Ritzen Sie den Überzug von verzinktem Stahl bis auf das blanke Metall an, und an dieser Stelle bildet sich trotzdem kein Rost. Das ist kein Zufall, sondern die Wirkung des kathodischen Schutzes: Zink korrodiert anstelle des Stahls und schützt ihn elektrochemisch selbst an der Beschädigungsstelle. Diese eine Eigenschaft hat Zink zum weltweit am vierthäufigsten verwendeten Metall und zum Fundament des industriellen Korrosionsschutzes gemacht.
Zink – grundlegende Eigenschaften
Zink (Symbol Zn, von lat. Zink) ist ein Metall mit der Ordnungszahl 30 und gehört zur 12. Gruppe des Periodensystems, den sogenannten Zinkgruppenmetallen. In reiner Form hat es eine bläulich-weiße Farbe und einen charakteristischen metallischen Glanz. An der Luft überzieht es sich mit einer dünnen, dichten Schicht aus Oxiden und Carbonaten, die die weitere Oxidation verlangsamt – diesen Vorgang nennt man Passivierung, und er verläuft ähnlich wie bei Aluminium.
Zink ist bei Raumtemperatur relativ spröde, wird aber im Bereich von 100–150 °C plastisch und lässt sich walzen. Es ist ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt, was sich unmittelbar auf die Technologie des Tauchverzinkens auswirkt.
| Eigenschaft | Wert |
|---|---|
| Chemisches Symbol | Zn |
| Ordnungszahl | 30 |
| Atommasse | ca. 65,38 u |
| Gruppe / Periode | 12 (Zinkgruppe) / 4 |
| Farbe | Bläulich-weiß |
| Schmelztemperatur | 419,5 °C |
| Siedetemperatur | 907 °C |
| Dichte | 7,14 g/cm³ |
| Kristallsystem | Hexagonal |
| Hauptoxidationsstufe | +2 |
Woher stammt Zink? Zinkerze und Gewinnung
In der Natur kommt Zink nicht in elementarer Form vor – es ist immer in Mineralen gebunden. Die wichtigsten Zinkerze sind:
- Sphalerit (Zinkblende, ZnS) – Zinksulfid, die wichtigste und am weitesten verbreitete Quelle dieses Metalls;
- Smithsonit (ZnCO₃, früher Galmei genannt) – Zinkcarbonat;
- Hemimorphit und Wurtzit – Begleitminerale von geringerer industrieller Bedeutung.
In Polen befinden sich die größten Zinkerzlagerstätten im Gebiet des Oberschlesischen Steinkohlenbeckens, unter anderem in der Umgebung von Olkusz.
Die Gewinnung des Metalls beruht auf zwei hüttentechnischen Verfahren:
- Pyrometallurgisches Verfahren (thermisch) – das Erzkonzentrat wird zunächst geröstet, wobei das Sulfid in Zinkoxid (ZnO) umgewandelt wird, und anschließend bei hoher Temperatur mit Koks reduziert; die Zinkdämpfe werden in einem Kondensator aufgefangen.
- Hydrometallurgisches Verfahren – liefert Zink von höherer Reinheit und ist heute das vorherrschende Verfahren. Das Zinkoxid wird mit Schwefelsäure ausgelaugt, und aus der gereinigten Lösung wird das reine Metall durch Elektrolyse abgeschieden.
Verwendung von Zink
Die Einsatzmöglichkeiten von Zink sind außerordentlich breit – von Stahlkonstruktionen über Legierungen und Batterien bis hin zu Medizin und Landwirtschaft. Seine Bedeutung zeigt sich am besten an der Verbrauchsstruktur: Etwa die Hälfte der weltweiten Produktion geht in das Verzinken von Stahl, der Rest verteilt sich auf Legierungen, chemische Verbindungen und sonstige Sektoren.
Korrosionsschutz von Stahl
Das ist mit Abstand die wichtigste Verwendung von Zink und der Grund, warum es in der Industrie so geschätzt wird. Wenn wir Stahl mit einer Zinkschicht überziehen, erhalten wir verzinkten Stahl – einen Werkstoff, der rostbeständig ist und im Bauwesen, in der Energiewirtschaft, im Automobilbau und in der Straßeninfrastruktur eingesetzt wird. Den dauerhaftesten Schutz bietet das Feuerverzinken, also das Eintauchen fertiger Bauteile in ein Bad aus geschmolzenem Zink. Den Mechanismus dieses Schutzes behandeln wir im weiteren Verlauf des Artikels.
Zinklegierungen
Zink ist Bestandteil vieler gebräuchlicher Legierungen:
- Messing – eine Legierung aus Kupfer und Zink (Zinkgehalt in der Regel 5–45 %), geschätzt wegen seiner Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und guten Bearbeitbarkeit, verwendet für Armaturen, Beschläge und Dekorationselemente;
- Gusslegierungen vom Typ ZAMAK (Zink mit Zusätzen von Aluminium, Kupfer und Magnesium) – eingesetzt im Druckguss kleiner, präziser Teile, unter anderem im Automobilbau und bei Elektrowerkzeugen.
Weitere Anwendungen
Zink dient außerdem als Anode in gängigen Zink-Kohle- und Zink-Luft-Batterien. Zinkoxid (ZnO), auch Zinkweiß genannt, wird als weißes Pigment für Farben, als Füllstoff und Stabilisator für Gummi und Kunststoffe sowie als Bestandteil von Kosmetika und Sonnenschutzcremes verwendet. Zink ist zudem ein lebensnotwendiges Spurenelement – es ist Bestandteil von rund 200 Enzymen und beteiligt sich an der Wundheilung, der Funktion des Immunsystems und der Insulinausschüttung.
Zink und Zinn – worin unterscheiden sie sich?
Zink und Zinn werden wegen ähnlicher Namen und eines ähnlichen Aussehens mitunter verwechselt, sind aber zwei völlig verschiedene Elemente mit unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungen. Zink gehört zur Zinkgruppe (Gruppe 12), Zinn zur Kohlenstoffgruppe (Gruppe 14). Unterschiede bestehen auch bei Schmelztemperatur und Verwendungszweck.
| Merkmal | Zink (Zn) | Zinn (Sn) |
|---|---|---|
| Ordnungszahl | 30 | 50 |
| Gruppe des Periodensystems | 12 (Zinkgruppe) | 14 (Kohlenstoffgruppe) |
| Schmelztemperatur | 419,5 °C | 231,9 °C |
| Dichte | 7,14 g/cm³ | ca. 7,29 g/cm³ |
| Typische Verwendung | Verzinken von Stahl, Messing | Lote, Überzüge auf Blech (Weißblech), Bronze |
Wie erkennt man sie in der Praxis? Zinn ist deutlich weicher und schmilzt bei merklich niedrigerer Temperatur – daher seine Rolle beim Löten. Zink ist härter, in kaltem Zustand spröde und genau dieses Metall ist für den Korrosionsschutz von Metallen zuständig.
Wie schützt Zink Stahl vor Korrosion?
Die Korrosion von Stahl ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem sich Eisen unter dem Einfluss von Feuchtigkeit und Sauerstoff in Rost verwandelt. Zink wirkt dem auf zwei sich ergänzende Weisen entgegen:
- Barriereschutz – ein dichter, gut haftender Zinküberzug trennt den Stahl von Feuchtigkeit und Sauerstoff. Die Haltbarkeit dieser Barriere ist proportional zur Schichtdicke: Eine größere Dicke bedeutet einen längeren Schutz.
- Kathodischer Schutz (Opferanodenschutz) – Zink ist elektrochemisch aktiver als Eisen. Wird der Überzug angekratzt oder beschädigt, korrodiert daher zuerst das Zink und „opfert sich“ anstelle des Stahls. Die freigelegte Stahlstelle bleibt geschützt, solange sich in der Nähe Zink befindet – ohne dass der Überzug ausgebessert werden muss.
Zink beim Feuerverzinken – wie es in der Praxis wirkt
Beim Feuerverzinken werden vorbereitete Stahlbauteile in ein Bad aus geschmolzenem Zink mit einer Temperatur von ca. 450 °C getaucht. An der Grenzfläche zwischen Stahl und Zink läuft eine metallurgische Reaktion ab, bei der nicht einfach eine auf die Oberfläche „aufgetragene“ Schicht entsteht, sondern eine dauerhafte metallurgische Verbindung mit dem Grundwerkstoff. Das Zink gelangt dabei auch in das Innere geschlossener Profile und in schwer zugängliche Winkel, sodass der Schutz das gesamte Bauteil umfasst.
Das Ergebnis ist ein Überzug, der gegen mechanische Beschädigungen widerstandsfähig ist und sich unter schwierigen Witterungsbedingungen bewährt – weniger präzise, dafür aber deutlich langlebiger als beim galvanischen Verfahren (die Unterschiede beider Technologien vergleichen wir in einem eigenen Beitrag: Feuerverzinken im Vergleich zur galvanischen Verzinkung).
Bei Strumet führen wir das Feuerverzinken von Stahlkonstruktionen und Stahlerzeugnissen unter Einhaltung der Normen für die Überzugsdicke durch. Wenn Sie planen, Bauteile vor Korrosion zu schützen, wenden Sie sich an den Vertrieb unserer Feuerverzinkerei – wir helfen Ihnen, die passende Lösung für die jeweiligen Einsatzbedingungen auszuwählen.
FAQ – die häufigsten Fragen zu Zink
Worin unterscheidet sich Zink von Zinn?
Es sind zwei verschiedene Elemente: Zink (Zn, Ordnungszahl 30) gehört zur Zinkgruppe, Zinn (Sn, Ordnungszahl 50) zur Kohlenstoffgruppe. Zink dient vor allem dem Korrosionsschutz von Stahl und als Bestandteil von Messing, Zinn dem Löten und für Überzüge auf Blech.
Aus welchen Erzen wird Zink gewonnen?
Vor allem aus Sphalerit (Zinkblende, ZnS) und Smithsonit (ZnCO₃). Das Metall wird daraus pyrometallurgisch oder hydrometallurgisch gewonnen.
Warum schützt Zink Stahl vor Korrosion?
Es wirkt zugleich als dichte Barriere, die den Stahl von Feuchtigkeit trennt, und als Opferanode – bei einer Beschädigung des Überzugs korrodiert es anstelle des Stahls und schützt ihn so elektrochemisch.
Was sind die wichtigsten Anwendungen von Zink in der Industrie?
Das Verzinken von Stahl (die wichtigste Anwendung), die Herstellung von Legierungen wie Messing und ZAMAK, Batterien, Pigmente (Zinkweiß) sowie chemische Verbindungen, die in Gummi und Kunststoffen verwendet werden.
Rostet Zink?
Nein – Rost betrifft Eisen und Stahl. Zink oxidiert an der Oberfläche und bildet dabei eine dichte Patina, die es vor weiterer Korrosion schützt, weshalb es Stahl so gut absichert.
Welche Schmelztemperatur hat Zink?
Zink schmilzt bei 419,5 °C und siedet bei 907 °C. Der niedrige Schmelzpunkt ermöglicht das Tauchverzinken in einem Bad mit einer Temperatur von ca. 450 °C.
