Foto: COREZINC s. r. o. a UGT SAV Košice
Dříve hojil rány, dnes je nepostradatelný v automobilovém průmyslu. Zinek je ve srovnání s jinými, běžně známými kovy, spíše nenápadný. Není tak vzhledný jako zlato nebo měď, nedosahuje pevnosti oceli ani nemá nízkou měrnou hmotnost jako hliník. Zinek s mědí ale vytváří mosaz, která se podobá zlatu. Poskytuje vysokou ochranu oceli proti korozi, s hliníkem vytváří slitiny, jež se používají při výrobě namáhaných dílů.
Zinek je biogenní prvek, zcela klíčový pro většinu živých organismů. Sehrává důležitou úlohu ve fungování lidského organismu, pomáhá stimulovat aktivitu mnoha enzymů.
Tělo dospělého člověka obsahuje přibližně dva gramy zinku. Jeho dostatek v organismu je podmíněn bohatou a různorodou stravou a hlavně jeho každodenním příjmem, protože lidské tělo nedokáže zinek skladovat.
Denní potřeba zinku průměrného dospělého člověka se odhaduje na 12 až 20 mg. K nejbohatším zdrojům zinku patří ústřice, krabi, humři, ale i luštěniny, červené maso, drůbež, semínka, ořechy, ovesné vločky, hořká čokoláda, čedar, vajíčka a mnoho dalších potravin.
Podle dostupných informací souvisí nedostatek zinku také s průběhem, respektive závažností onemocnění covid-19. Třebaže má zinek nepopiratelně příznivé účinky na lidské zdraví a ekosystémy, je třeba se vyvarovat jeho vysoké koncentrace v životním prostředí.
NEJPRVE MOSAZ, POTOM ZINEK
Dřív, než byl zinek objeven v kovové formě, se zinkové rudy používaly při výrobě mosazí a zinkových sloučenin. Mosaz se vyráběla postupem, při němž se kovová měď, zinková ruda a dřevěné uhlí ohřívaly v kelímcích a mosaz vznikala absorpcí zinkových par mědí. To je důvod, proč lidé na celém světě ve velké míře používali mosaz už před výrobou samotného zinku.
Všeobecně se má za to, že Indie byla první zemí na světě, která tavila zinek. Nejstarší archeologické důkazy pocházejí ze Zawaru v Rádžasthánu a datují se do 11. až 12. století.
Starověkou čínskou produkci zinku je možné vysledovat do rané dynastie Ming (začátek 16. stol.). Čínské a indické technologie tavení zinku se ve svých kondenzačních technikách, pecích a retortách značně lišily.
Průmyslové tavení zinku v Evropě začalo v polovině 18. století. Zinkové páry byly zachytávány v keramických kondenzátorech. Během 2. světové války byl vyvinut proces tavení určený pro zinko-olovnaté koncentráty a druhotné suroviny. Touto technologií se vyrobí nejen zinek, ale současně i olovo.
Na konci 20. století začal převládat jiný způsob výroby zinku. Je založen na převodu zinkového koncentrátu (z rudy) do roztoku a následném získávání zinku v čisté formě pomocí elektrolýzy. Je to takzvaný hydrometalurgický postup. Vstupní surovinou jsou primární, ale i sekundární suroviny. Tímto způsobem se ve světě vyrobí víc než 90 % zinku. Mimochodem, vysoký obsah zinku byl zjištěn také na Marsu.
SPOTŘEBA ZINKU STOUPÁ, HLAVNĚ DÍKY VÝROBĚ AUT
Dnes je zinek po hliníku a mědi třetím nejvíce vyráběným neželezným kovem. V roce 2021 se ve světě vyrobilo 12,8 milionu tun primárního zinku. Spotřeba zinku se za posledních čtyřicet let zdvojnásobila.
Vzrostl podíl použití v povrchové úpravě ocelí. Tento vzestup souvisí se stoupajícím použitím pozinkovaných plechů v automobilovém průmyslu.
Přibližně 60 % zinku se spotřebuje v povrchovém inženýrství na korozní ochranu ocelí. Používá se i při výrobě slitin mědi, především mosazí, a při výrobě zinkových slitin určených k odlévání. Zinkové slévárenské slitiny mají vynikající zabíhavost, díky níž je možné odlévat tenkostěnné, tvarově komplikované odlitky.
Zinek potřebujeme i při výrobě zinkových baterií, ať už zinko-uhlíkových, nebo alkalických. Jednoeurová nebo dvoueurová mince obsahuje niklovou mosaz s 20% podílem zinku. Výrobní cena amerického centu obsahujícího 97,5 % zinku dosáhla v roce 2019 dvojnásobku jeho nominální hodnoty. V současnosti je tento rozdíl ještě vyšší.
CHRÁNÍ OCEL PŘED KOROZÍ
Zinek se osvědčil také jako materiál pro tvorbu povlaků s cílem zvýšení korozní odolnosti, zejména ocelí. Nejrozšířenějším způsobem je tzv. žárové zinkování, založené na ponoření ocelového výrobku do roztaveného zinku.
Další způsoby jako elektrolytické zinkování, metalizace (termické nástřiky) a mechanické zinkování i použití nátěrových hmot s vysokým obsahem zinku mají menší použití.
OXID ZINEČNATÝ V MASTECH I GUMĚ
Nejdůležitější sloučeninou zinku je oxid zinečnatý (ZnO), bílý prášek, nerozpustný ve vodě. Je možné ho považovat za multifunkční materiál s jedinečnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi, jakými jsou vysoká fotostabilita, polovodičové vlastnosti, nízká toxicita, biokompatibilita a další.
Oxid zinečnatý se používal už ve starověku jako součást léčivých mastí. A používá se tak dodnes. Najdeme ho v tekutém pudru, zinkové masti, opalovacích krémech a jiných výrobcích. Práškový oxid zinečnatý se tradičně používá jako bílý pigment a jako přísada do kaučuku.
Cílená výroba práškového ZnO oxidací kovového zinku začala v 18. století. Nový pigment (známý i jako zinková bílá nebo čínská bílá) konkuroval „olověné bělobě“, protože v přítomnosti sirných plynů neztmavl a měl lepší krycí schopnost.
V současnosti se přibližně polovina vyrobeného ZnO uplatňuje v gumárenském průmyslu. V roce 2020 se ho na světovém trhu prodalo přibližně 1,4 milionu tun.
ÚLETY SE DAJÍ ZHODNOTIT
Výrobky obsahující zinek se vyznačují poměrně dlouhou životností, která se může pohybovat od 10 do 15 let u automobilů, až po 100 let a déle u zinkových plechů používaných na střechách. Míra recyklace je vysoká v případě zinkových plechů nebo mosazi – více než 90 %. V případě ZnO ve farmaceutických výrobcích se nerecykluje vůbec.
Některé odpady se před opětovným použitím jednoduše přetavují. Do této kategorie lze zahrnout zejména slitiny (mosazi a zinkové slitiny na tlakové odlévání) a zinkové plechy.
Metody zpracování závisejí na čistotě zinku, formě a stupni kontaminace. Výsledkem zpracování jsou zinkové ingoty, oxid zinečnatý nebo zinkový prach.
Recyklace pozinkovaných ocelí poskytuje nový, významný zdroj výchozích materiálů. Pozinkovaná ocel se recykluje při výrobě oceli s jiným ocelovým odpadem, přičemž zinek se v průběhu procesu odpařuje a zachytává ve formě úletů. V minulosti byla tvorba úletů s obsahem zinku z recyklace zdrojem ztrát, dnešní technologie motivují zpracovatele, aby tento odpad minimalizovali, respektive zhodnocovali.
Současný výzkum se orientuje právě na vývoj efektivních metod zhodnocování odpadů obsahujících zinek ve formě sloučenin, například oxidů a chloridů. Tyto odpady, například již zmiňované úlety z výroby oceli, mohou obsahovat i víc než 20 % zinku. Protože obsah zinku v rudách se pohybuje mezi 3 až 10 %, představují odpady velmi zajímavý a důležitý sekundární zdroj zinku.
Na vývoj efektivních metod zhodnocování průmyslových odpadů s obsahem zinku se soustředí napříkad v Ústavu recyklačních technologií Fakulty materiálů, metalurgie a recyklace Technické univerzity v Košicích. Jednoznačným přínosem výzkumu je i redukce odpadu na skládkách, využití kovového potenciálu a přeměna odpadu na prodejní produkt.
Text: prof. Ing. Jarmila Trpčevská, CSc. (Ústav recyklačních technologií Fakulty materiálů, metalurgie a recyklace Technické univerzity v Košicích)
