Quellen

¹initiative-zink Zinkvorkommen, Online-Quelle (abgerufen 10/2013)
²initiative-zink Rohstoff mit Zukunft, Online-Quelle (abgerufen 10/2013)
³nachhaltiges-bauen Zink, Online-Quelle (abgerufen 02/2014)

Herstellungsprozess

siehe auch Metalle

Grundsätzlich ist es möglich, metallisches Zink sowohl auf pyrometallurgischem Weg = Verhüttung (Zinkblende und Zinkspat) als auch auf hydrometallurgischen Weg = Elektrolyse herzustellen. Ca. 85% des Zinks werden heute auf stromintensivem hydrometallurgischem Weg gewonnen.
Bei beiden Herstellungsmethoden wird der Ausgangsstoff Zinkoxid benötigt. Er wird durch Rösten von Zinksulfid oder durch Brennen von Zinkspat bereitgestellt.

Rösten von Zinksulfid:
2 ZnS + 3 O₂ ---> 2 ZnO + 2 SO₂
Beim Rösten bei ca. 950°C entstehen im Wirbelschichtröstofen Zinkoxid und SO₂ -haltige Röstgase, die zu Schwefelsäure weiterverarbeitet werden.

Brennen von Zinkspat:
ZnCO₃ ---> ZnO + CO₂

Hydrometallurgische Zinkgewinnung (Elektrolyse):
Ziel der anschließenden Laugung des Röstguts in verdünnter Schwefelsäure ist die Überführung von Zink in Lauge, die nach einer Reinigung dem Elektrolysebetrieb zugeführt wird. Die bei der Laugung entstehenden eisenhaltigen Abfallstoffe müssen deponiert werden. In der Elektrolyse wird an Aluminiumkathoden Zink abgeschieden, das alle 24 h entfernt und in einem Induktionsofen eingeschmolzen wird. Das so gewonnene Feinzink wird wiederum eingeschmolzen, mit Titan legiert, abgegossen und anschließend gewalzt.

Pyromettalurgische Zinkgewinnung (Verhüttung):
Bei dem sogenannten Imperial Smelting Verfahren wird das Röstgut mit Kohle in einem schachtförmigen Ofen bei über 1000 °C lokal sogar 2000°C aufgeschmolzen. Dabei verdampft das Zink und verlässt den Ofen am oberen Ende. Der Nebenbestandteil Blei schmilzt und fließt am unteren Ende des Ofens ab. Die Restbestandteile (eisen etc.) werden in der sogenannten Schlacke abgeschieden und hauptsächlich im Straßenbau eingesetzt. 

Charakteristische Emissionen

Die konsequent angewandte Umweltschutzgesetzgebung in Verbindung mit strengen Auflagen haben dazu geführt, dass Zinkemissionen der Industrie in Deutschland heute weitgehend vernachlässigbar sind. Diffuse Zinkemissionen können aus unterschiedlichen Quellen stammen. Hierbei spielen natürliche Quellen wie z.B. Böden mit natürlich hohen Zinkgehalten sowie ehemalige Beragbaustandorte und historische Belastungen eine große Rolle. Weitere Quellen für diffuse Zinkemissionen können Zinkanwendungen sein z.B. in der Landwirtschaft, am Bau oder im Verkehrswesen. Quellen für Zinkemissionen sind heute bekannt und umfänglich dokumentiert. Ausführliche Berichte sind durch die EU und das Umweltbundesamt publiziert worden:

• Risikobewertungsbericht Zink, Teil 2 Umwelt
  (http://ecb.jrc.ec.europa.eu/documents/Existing-Chemicals/RISK_ASSESSMENT/REPORT/zincmetalreport072.pdf) (Bericht aktuell nicht verfügbar)
• Bericht von SCHER zum Risk Assessment für Zink unter
  http://ec.europa.eu/health/ph_risk/committees/04_scher/docs/scher_o_069.pdf
• UBA-Texte 19-05: „Einträge von Kupfer, Zink und Blei in Gewässer und Böden“:
  http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/2936.pdf
  

Weitere Emissionen während der Herstellung sind die Gase SO₂, das aufgefangen und in Schwefelsäure umgesetzt wird, sowie CO₂, das beim Brennen von Zinkspat aber auch bei der Verhüttung frei wird. Die SO₂-Emissionen liegen ähnlich der Kupferindustrie bei 10 g SO₂/kg.¹

Maßnahmen Gesundheitsschutz

Bei der Herstellung von Zink ist persönliche Schutzausrüstung unerlässlich, z. B. Schutzkleidung und Augenschutz (z. B. vor spritzender Lauge aus den offenen Elektrolysebecken), oder Gehörschutz und Wärmeschutzkleidung (z. B. beim Aufschmelzen des Zinks).

Maßnahmen Umweltschutz

Umweltschutzmaßnahmen bestehen insbesondere in der Einhausung der Produktionsanlagen und Kreislaufführung von Flüssigkeiten und Gasen (z. B. Schwefelsäure, Reinigungswasser etc.). Des Weiteren helfen Filteranlagen zur Reinhaltung der Luft.

Transport

Da Zink in Deutschland nicht mehr abgebaut wird und es deshalb z.B. aus Australien oder Kanada importiert werden muss, kommt es zu langen Transportwegen, vorzugsweise auf dem Wasserweg per Schiff.

Quellen

¹nachhaltiges-bauen Zink, Online-Quelle (abgerufen 02/2014)

Technische Hinweise / Verarbeitungsempfehlungen

siehe auch Metalle

Beim Löten von Zinkblechen wird als Flussmittel Lötwasser auf Basis von Salzsäure eingesetzt. Es bewirkt die Reinigung der Werkstückoberflächen von Oxid-, Sulfid- und Schmutzschichten und ermöglicht so eine feste Verankerung des Lots auf der Metalloberfläche. Bei nicht sachgemäßer Verarbeitung kann es durch erhöhte Löttemperaturen und längere Haltezeiten zu einem Anstieg der Schadstoffemissionen kommen.

Beständigkeit Nutzungszustand

Auf der Oberfläche von Bauzink bildet sich eine fest haftende Schutzschicht aus Zinkoxid und basischem Zinkkarbonat. Diese sogenannte Patina wächst schrittweise bei Vorhandensein von Feuchtigkeit und Luft-CO₂ zu einer homogenen Oberfläche zusammen. Diese sehr dichte und bei Verletzung "selbstheilende" Schicht ergibt einen Langzeitschutz gegen Witterungseinflüsse.¹
Angegriffen und Oxidiert wird Zink von Säuren und Laugen unter Freisetzung von Wasserstoffgas. Zink ist gegenüber Salz- und Schwefelsäure sowie Natronlauge unbeständig und löst sich auf. Die wichtigsten Zink-Verbindungen sind Zinkchlorid, Zinkoxid, Zinkhydroxid, Zinksulfat und Zinksulfid.

Die Korrosion exponierter verzinkter Oberflächen ist in den letzten drei Jahrzehnten als direkte Folge des abnehmenden Säuregehaltes der Luft vor allem von Schwefeldioxid zurückgegangen. Die Emissionen von Stickoxiden aus Verbrennungsprozessen sind unverändert hoch, so dass die oxidierende Salpetersäure in Niederschlägen verzinkte Oberflächen angreift. Die Abschwemmung des Zinks von Blechdächern führt zu einer Belastung von Abwasser und Kläranlagen bei Einleitung in die Kanalisation. Bei der Versickerung des Regenwassers nach Reinigung bzw. Filtrierung durch den Oberboden sind die Richtlinien der Landesanstalten für Wasserwirtschaft zu beachten, die sich in den verschiedenen Bundesländern unterscheiden. So können z. B. in Bayern Abwässer von Dachflächen von bis zu 1000 m² genehmigungsfrei oberirdisch versickert werden.

Abtragungsraten

Die durchschnittliche Abschwemmrate für Dächer aus Zink und verzinktem Stahlblech beträgt ca. 0,5 µm/a bzw. 3,6 g/(m²a).²

Erläuterungen siehe Metalle

Für Installationen in regulären Umgebungen haben sich Zinkbeschichtungen als Korrosionsschutzmittel für Stahl bewährt. Die schützende Zinkschicht wird jedoch im Laufe der Zeit durch verschiedene klimatische Einflüsse abgetragen. Einen Überblick über jährliche Abtragungsraten gibt folgende Tabelle:

Multipliziert man die Abtragungsrate mit der geplanten Anlagenlebensdauer ergibt sich die notwendige Zinkschichtdicke.
Angeboten werden im Wesentlichen drei Zinkbeschichtungen, die sich in Schichtdicke, Haftung und Aussehen unterscheiden:

• Galvanische Verzinkung (DIN 50961)
• Feuerverzinkung nach dem Sendzimirverfahren (DIN EN 10326/10327)
• Feuerverzinkung nach dem Tauchverfahren (DIN EN ISO 1461)

Unter der Rubrik Baustoff- und Gebäudedaten / Nutzungsdauern von Bauteilen findet sich auf dem Informationsportal Nachhaltiges Bauen eine Datenbank mit Nutzungsdauerangaben von ausgewählten Bauteilen des Hochbaus für den Leitfaden „Nachhaltiges Bauen“.
→ Datenbank als PDF

Instandhaltung

Bauelemente aus Zinkblech sind korrosionsbeständig und langlebig. Sie benötigen keine "Beschichtung" oder "chemische Pflege". Kleinere Fehlstellen in der Beschichtung werden durch Neuausbildung der Patina wieder geschützt. Vorsicht ist beim gleichzeitigem Verbau von Kupferwerkstoffen geboten, da es sonst zur elektrolytischen Korrosion kommt.

Quellen

¹initiative-zink Bauzink, Online-Quelle (abgerufen 02/2014)
²nachhaltiges-bauen Zink, Online-Quelle (abgerufen 02/2014)
³Zwiener, Mötzl: Ökologisches Baustofflexikon, 2006, 3. Auflage, C.F. Müller Verlag, Heidelberg

Umwelt- und Gesundheitsrisiko Rückbau

Bauelemente aus Zink können ohne größere Umwelt- und Gesundheitsrisiken zurückgebaut werden.

Wiederverwendung

Bauteile aus Zink bzw. Armaturen, können je nach Zustand direkt wiederverwendet werden, oder wenn das nicht möglich ist der stofflichen Verwertung zugeführt werden. Geschraubte Verbindungen sind gegenüber geschweißten oder genieteten Verbindungen wegen ihrer einfacheren Trennbarkeit vorzuziehen.

Stoffliche Verwertung

siehe auch Metalle

In Deutschland werden heute mehr als 80 % des verfügbaren Zinks recycelt. Dabei können Schrotte über Schmelzwerke oder auch Zinkoxidhersteller verwertet werden und ohne Qualitätsverlust wieder zu Zink aufbereitet werden. Rückstandsprodukte aus der Fertigung wie Zinkaschen und Schlacken werden ebenfalls wiederverwertet. Wegen des niedrigen Schmelzpunktes von Zink kann es mit wenig Energie wieder eingeschmolzen und zu neuem reinen Zink oder Zinklegierungen verarbeitet werden. Der beim Einschmelzen von verzinktem Stahlschrott gewonnene Zinkstaub wird ebenso zu Zink aufbereitet.

Der Energieaufwand für das Recyceln von Zinkblechen beträgt ca. 5 % des Primärenergieaufwandes für die Neuherstellung von Zink.

Beseitigung / Verhalten auf der Deponie

„Nach der Versatzverordnung dürfen Abfälle mit einem Zinkgehalt über 10 % nicht zur Verwertung auf obertägigen Deponien oder im Untertageversatz verwendet werden.“

Quelle: http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/3504.pdf (abgerufen 10/2013)

EAK-Abfallschlüssel