Skôr nenápadný kov. Hojil rany, dnes je nepostrádateľný v automobilovom priemysle.
Zinok sa javí ako menej pôsobivý kov v porovnaní s ostatnými, bežne známymi kovmi. Nie je taký vzhľadný ako zlato alebo meď, nedosahuje pevnosť ocelí či nízku mernú hmotnosť hliníka. Veľmi vhodne ho však možno kombinovať s inými kovmi. Zinok s meďou vytvára mosadz, ktorá sa podobá zlatu, poskytuje vysokú ochranu oceli proti korózii, s hliníkom vytvára zliatiny, ktoré sa používajú pri výrobe namáhaných dielov.
Zinok ako biogénny prvok
Zinok je biogénny prvok, esenciálny pre väčšinu živých organizmov. Zohráva dôležitú úlohu pri fungovaní ľudského organizmu, pomáha stimulovať aktivitu mnohých enzýmov. Telo dospelého človeka obsahuje približne 2 g zinku. Jeho dostatok v organizme je podmienený bohatou a rôznorodou stravou a hlavne každodenným príjmom, nakoľko ľudské telo ho nedokáže skladovať. Denná potreba zinku priemerného dospelého človeka sa odhaduje na 12 až 20 mg. K najbohatším zdrojom zinku patria ustrice, kraby, homáre, ale aj strukoviny, červené mäso, hydina, semienka, orechy, ovsené vločky, horká čokoláda, čedar, vajíčka a mnoho ďalších potravín. Dostupné informácie naznačujú, že nedostatok zinku je spojený so závažnosťou ochorenia COVID-19. Hoci má zinok nepopierateľne priaznivé účinky na ľudské zdravie a ekosystémy, treba sa vyvarovať jeho vysokej koncentrácii v životnom prostredí.
Najprv mosadz, až potom zinok
Je zaujímavé, že skôr, ako bol zinok objavený v kovovej forme, sa zinkové rudy používali pri výrobe mosadzí a zinkových zlúčenín. Mosadz sa vyrábala postupom, pri ktorom sa kovová meď, zinková ruda a drevné uhlie ohrievali v téglikoch, pričom mosadz vznikala absorpciou zinkových pár meďou. To je dôvod prečo ľudia na celom svete hodne používali mosadz ešte pred výrobou samotného zinku.
Výroba zinku v minulosti a dnes
Všeobecne sa uznáva, že India bola prvou krajinou na svete, ktorá tavila zinok. Najstaršie archeologické dôkazy pochádzajú zo Zawaru v Rádžastháne a datujú sa do obdobia 11 až 12 storočia n.l. Starovekú čínsku produkciu zinku možno vysledovať do ranej dynastie Ming (začiatok 16. st). Čínske a indické technológie tavenia zinku sa značne líšili vo svojich kondenzačných technikách, peciach a retortách. Priemyselné tavenie zinku v Európe sa začalo v polovici 18. storočia. Zinkové pary boli zachytávané v keramických kondenzátoroch. Počas 2. svetovej vojny bol vyvinutý taviaci proces určený pre zmiešané zinkovo-olovnaté koncentráty a druhotné suroviny. Touto technológiou sa vyrobí nielen zinok, ale súčasne aj olovo. Na konci 20. začal nadobúdať význam iný spôsob výroby zinku. Založený je na prevode zinkového koncentrátu (z rudy) do roztoku a následnom získavaní zinku z roztoku v čistej forme pomocou procesu nazývaného elektrolýza. Je to takzvaný hydrometalurgický postup. Vstupnou surovinou sú primárne, ale aj sekundárne suroviny. Týmto spôsobom sa vo svete vyrobí viac ako 90 % zinku. Zaujímavé je zistenie vysokého obsahu zinku na Marse.
Tretí najviac vyrábaný neželezný kov
Dnes je zinok tretím najviac vyrábaným neželezným kovom (po hliníku a medi).V roku 2021 sa vo svete vyrobilo 12,8 mil. ton primárneho zinku. Spotreba zinku sa za posledných štyridsať rokov zdvojnásobila. Vzrástol podiel použitia v povrchovej úprave ocelí. Tento vzostup súvisí so stúpajúcim použitím pozinkovaných plechov v automobilovom priemysle. Približne 60% zinku sa spotrebuje v povrchovom inžinierstve na koróznu ochranu ocelí. Používa sa aj pri výrobe zliatin medi, predovšetkým mosadzí a pri výrobe zinkových zliatin, ktoré sú určené na odlievanie. Zinkové zlievarenské zliatiny majú vynikajúcu zabiehavosť, vďaka ktorej možno odlievať tenkostenné, tvarovo komplikované odliatky. Zinok potrebujeme aj pri výrobe zinkových batérií, či už zinkovo uhlíkových alebo alkalických. Takmer denne máme v ruke jedno či dvoj eurovú mincu obsahujúcu niklovú mosadz s 20% podielom zinku. Výrobná cena amerického centu obsahujúceho 97,5% zinku dosiahla v roku 2019 dvojnásobok jeho nominálnej hodnoty. V súčasnosti bude tento rozdiel zaiste vyšší.
Zinok chráni oceľ pred koróziou
Zinok sa osvedčil ako materiál pre tvorbu povlakov s cieľom zvýšenia koróznej odolnosti, najmä ocelí. Najrozšírenejším spôsobom je tzv. žiarové zinkovanie, založené na ponore oceľového výrobku do roztaveného zinku. Ďalšie spôsoby ako elektrolytické zinkovanie, metalizácia (termické nástreky) a mechanické zinkovanie ako aj použitie náterových hmôt s vysokým obsahom zinku majú menšie použitie.
Najdôležitejšia zlúčenina zinku
Najdôležitejšou zlúčeninou zinku je oxid zinočnatý (ZnO), biely prášok, nerozpustný vo vode. Možno ho považovať za multifunkčný materiál s jedinečnými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami, akými sú vysoká fotostabilita, polovodičové vlastnosti, nízka toxicita, biokompatibilita a ďalšie. Oxid zinočnatý sa používal ešte v staroveku ako súčasť liečivých mastí. Toto použitie pokračuje až do súčasnosti. Nájdeme ho v tekutom púdri, zinkovej masti, opaľovacích krémoch a iných výrobkoch. Práškový oxid zinočnatý sa tradične používa ako biely pigment a ako prísada do kaučuku. Cielená výroba práškového ZnO oxidáciou kovového zinku začala v 18. storočí. Nový pigment (známy aj ako zinková biela alebo čínska biela) konkuroval „olovenej belobe“, pretože v prítomnosti sírnych plynov nestmavol a mal lepšiu kryciu schopnosť. V súčasnosti sa približne polovica vyrobeného ZnO uplatňuje v gumárenskom priemysle. V roku 2020 sa ho na svetovom trhu predalo približne 1,4 mil. ton.
Recyklácia zinku
Výrobky obsahujúce zinok sa vyznačujú pomerne dlhou životnosťou, ktorá sa môže pohybovať od 10-15 rokov u automobilov až po viac ako 100 rokov u zinkových plechov používaných na strechách. Miera recyklácie je vysoká v prípade zinkových plechov alebo mosadze – nad 90 %. V prípade ZnO vo farmaceutických výrobkoch sa nerecykluje vôbec. Niektoré odpady sa pred opätovným použitím jednoducho pretavujú. Do tejto kategórie možno zahrnúť najmä zliatiny (mosadze a zinkové zliatiny na tlakové odlievanie) a zinkové plechy. Metódy spracovania závisia od čistoty zinku, formy a stupňa kontaminácie. Výsledkom spracovania sú zinkové ingoty, oxid zinočnatý alebo zinkový prach. Recyklácia pozinkovaných ocelí poskytuje nový, významný zdroj východiskových materiálov. Pozinkovaná oceľ sa recykluje pri výrobe ocele s iným oceľovým odpadom, pričom zinok sa v priebehu procesu odparuje a zachytáva vo forme úletov. V minulosti bola tvorba úletov s obsahom zinku z recyklácie zdrojom strát v životnom cykle v dôsledku ich skládkovania. Dnešné technológie však motivujú spracovateľov tento odpad minimalizovať, resp. zhodnocovať. Súčasný výskum sa orientuje práve na vývoj efektívnych metód zhodnocovania odpadov obsahujúcich zinok vo forme zlúčenín, napríklad oxidov a chloridov. Tieto odpady, napr. spomínané úlety pochádzajúce z výroby ocele, môžu obsahovať aj viac ako 20% zinku. Keďže obsah zinku v rudách je v intervale 3 až 10%, predstavujú odpady veľmi zaujímavý a dôležitý zdroj sekundárneho zinku. V Ústave recyklačných technológií Fakulty materiálov, metalurgie a recyklácie Technickej univerzity v Košiciach preto vyvíjame efektívne metódy zhodnocovania priemyselných odpadov s obsahom zinku. Prínosom výskumu je aj znižovanie výskytu odpadu na skládkach, využitie jeho kovového potenciálu a premena odpadu na predajný produkt.
prof. Ing. Jarmila Trpčevská, CSc.
Ústav recyklačných technológií Fakulty materiálov, metalurgie a recyklácie Technickej univerzity v Košiciach