Gunnar Nordberg
Vorkommen und Verwendungen
Zink (Zn) ist in der Natur in Mengen weit verbreitet, die etwa 0.02 % der Erdkruste ausmachen. Es kommt in der Natur als Sulfid (Sphalerit), Karbonat, Oxid oder Silikat (Galme) in Kombination mit vielen Mineralien vor. Sphalerit, das wichtigste Zinkmineral und die Quelle von mindestens 90 % des metallischen Zinks, enthält Eisen und Cadmium als Verunreinigungen. Es wird fast immer von Galenit, dem Bleisulfid, begleitet und gelegentlich in Verbindung mit Erzen gefunden, die Kupfer oder andere Sulfide von unedlen Metallen enthalten.
An der Luft überzieht sich Zink mit einem zähen Oxidfilm, der das Metall vor weiterer Oxidation schützt. Diese Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion bildet die Grundlage für eine der häufigsten Anwendungen des Metalls, den Schutz von Stahlkonstruktionen durch Verzinkung. Die Fähigkeit von Zink, Eisenmetalle vor Korrosion zu schützen, wird durch elektrolytische Wirkung verstärkt. Es wirkt gegenüber Eisen und anderen Baumetallen außer Aluminium und Magnesium als Anode und wird daher bevorzugt von korrosiven Mitteln angegriffen. Diese Eigenschaft wird in vielen anderen wichtigen Anwendungen von Zink genutzt – zum Beispiel bei der Verwendung von Zinkplatten als Anoden für den kathodischen Schutz von Schiffsrümpfen, unterirdischen Tanks und so weiter. Zinkmetall wird für Komponenten in der Automobilindustrie, der Elektrogeräteindustrie und in der leichten Werkzeugmaschinen-, Eisenwaren-, Spielzeug- und Modewarenindustrie druckgegossen. Es wird in Walzwerken für die Herstellung von Bedachungen, Dichtungen, Behältern für Trockenbatterien, Druckplatten usw. zu Platten gewalzt. Zink wird auch mit Kupfer, Nickel, Aluminium und Magnesium legiert. Mit Kupfer legiert bildet es die wichtigen Legierungsgruppen der Messinge.
Zinkoxid (ZnO) oder Zinkweiß (Zinkblüten) wird durch Oxidation von verdampftem reinem Zink oder durch Rösten von Zinkoxiderz hergestellt. Es wird als Pigment in Farben, Lacken und Lasuren sowie als Füllstoff für Kunststoffe und Gummi verwendet. Zinkoxid findet sich in Kosmetika, schnell abbindenden Zementen und in Arzneimitteln. Es ist nützlich bei der Herstellung von Glas, Autoreifen, Streichhölzern, Weißleim und Druckfarben. Zinkoxid wird auch als Halbleiter in der Elektronikindustrie verwendet.
Zinkchromat (ZnCrO4) oder Zinkgelb, wird durch Einwirkung von Chromsäure auf Aufschlämmungen von Zinkoxid oder auf Zinkhydroxid hergestellt. Es wird in Pigmenten, Farben, Lacken und Lacken sowie bei der Herstellung von Linoleum verwendet. Zinkchromat wirkt als Korrosionsinhibitor für Metalle und Epoxidlaminate.
Zinkcyanid (Zn(CN)2) wird durch Fällung einer Lösung von Zinksulfat oder -chlorid mit Kaliumcyanid hergestellt. Es wird zur Metallbeschichtung und zur Goldgewinnung verwendet. Zinkcyanid wirkt als chemisches Reagenz und als Pestizid. Zinksulfat (ZnSO4· 7H2O) oder weißes Vitriol, wird durch Rösten von Zinkblende oder durch Einwirkung von Schwefelsäure auf Zink oder Zinkoxid hergestellt. Es wird als Adstringens, als Konservierungsmittel für Häute und Holz, als Bleichmittel für Papier, als Pestizid-Hilfsstoff und als Fungizid verwendet. Zinksulfat dient auch als Flammschutzmittel und als Drücker bei der Schaumflotation. Es wird in der Wasseraufbereitung und beim Färben und Bedrucken von Textilien verwendet. Zinksulfid wird als Pigment für Farben, Wachstücher, Linoleum, Leder, Tinten, Lacke und Kosmetika verwendet. Zinkphosphid (Zn3P2) wird hergestellt, indem Phosphin durch eine Zinksulfatlösung geleitet wird. Es wird hauptsächlich als Rodentizid verwendet.
Zinkchlorid (ZnCl2), oder Zinkbutter, hat zahlreiche Anwendungen in der Textilindustrie, einschließlich Färben, Bedrucken, Schlichten und Beschweren von Stoffen. Es ist ein Bestandteil von Zement für Metalle, Zahnputzmittel und Lötflussmittel. Es wird allein oder mit Phenol und anderen Antiseptika zur Konservierung von Eisenbahnschwellen verwendet. Zinkchlorid ist nützlich zum Ätzen von Glas und zur Herstellung von Asphalt. Es ist ein Vulkanisationsmittel für Gummi, ein Flammschutzmittel für Holz und ein Korrosionsinhibitor in der Wasseraufbereitung.
Gefahren
Zink ist ein essentieller Nährstoff. Es ist Bestandteil von Metalloenzymen, die eine wichtige Rolle im Nukleinsäurestoffwechsel und in der Proteinsynthese spielen. Zink wird nicht im Körper gespeichert und eine tägliche Mindestaufnahme von Zink wird von Ernährungsexperten empfohlen. Die Aufnahme von Zink erfolgt aus tierischen Proteinquellen leichter als aus pflanzlichen Produkten. Der Phytatgehalt von Pflanzen bindet Zink und macht es für die Aufnahme unverfügbar. Zinkmangelzustände wurden aus Ländern gemeldet, in denen Getreide die Hauptproteinquelle für die Bevölkerung darstellt. Einige der anerkannten klinischen Manifestationen eines chronischen Zinkmangels beim Menschen sind Wachstumsverzögerung, Hypogonadismus bei Männern, Hautveränderungen, Appetitlosigkeit, geistige Lethargie und verzögerte Wundheilung.
Im Allgemeinen sind Zinksalze adstringierend, hygroskopisch, ätzend und antiseptisch. Ihre adstringierende und antiseptische Wirkung beruht auf ihrer ausfällenden Wirkung auf Proteine und sie werden relativ leicht über die Haut aufgenommen. Die Geschmacksschwelle für Zinksalze liegt bei etwa 15 ppm; Wasser, das 30 ppm lösliche Zinksalze enthält, hat ein milchiges Aussehen und einen metallischen Geschmack, wenn die Konzentration 40 ppm erreicht. Zinksalze reizen den Magen-Darm-Trakt, und die emetischen Konzentrationen für Zinksalze in Wasser reichen von 675 bis 2,280 ppm.
Die Löslichkeit von Zink in schwach sauren Lösungen in Gegenwart von Eisen hat zur versehentlichen Einnahme großer Mengen von Zinksalzen geführt, wenn säurehaltige Lebensmittel wie Fruchtgetränke in abgenutzten verzinkten Eisengefäßen zubereitet wurden. Fieber, Übelkeit, Erbrechen, Magenkrämpfe und Durchfall traten innerhalb von 20 Minuten bis 10 Stunden nach der Einnahme auf.
Eine Reihe von Zinksalzen kann durch Einatmen, über die Haut oder durch Verschlucken in den Körper gelangen und eine Vergiftung hervorrufen. Es wurde festgestellt, dass Zinkchlorid Hautgeschwüre verursacht. Eine Reihe von Zinkverbindungen bergen Feuer- und Explosionsgefahren. Bei der elektrolytischen Herstellung von Zink können schwefelsäure- und zinksulfathaltige Nebel entstehen, die die Atemwege oder das Verdauungssystem reizen und zu Zahnerosion führen können. Metallurgische Prozesse, an denen Zink beteiligt ist, können zu Arsen-, Cadmium-, Mangan-, Blei- und möglicherweise Chrom- und Silberbelastungen mit den damit verbundenen Gefahren führen. Da Arsen häufig in Zink vorhanden ist, kann es eine Quelle der Exposition gegenüber hochgiftigem Arsingas sein, wenn Zink in Säuren oder Laugen gelöst wird.
In der Zinkmetallurgie und -herstellung, beim Schweißen und Schneiden von verzinktem oder verzinktem Metall oder beim Schmelzen und Gießen von Messing oder Bronze ist die am häufigsten auftretende Gefahr durch Zink und seine Verbindungen die Exposition gegenüber Zinkoxiddämpfen, die Metallrauchfieber verursachen. Symptome des Metalldampffiebers sind Schüttelfrost, unregelmäßiges Fieber, starkes Schwitzen, Übelkeit, Durst, Kopfschmerzen, Gliederschmerzen und Erschöpfungsgefühl. Die Attacken sind von kurzer Dauer (die meisten Fälle sind auf dem Weg zur vollständigen Genesung innerhalb von 24 Stunden nach dem Einsetzen der Symptome), und eine Toleranz scheint erworben zu sein. Bei Zinkoxid-Verpackungsvorgängen wurde über einen signifikanten Anstieg des freien Erythrozyten-Protoporphyrins berichtet.
Zinkchloriddämpfe reizen Augen und Schleimhäute. Bei einem Unfall mit Rauchgeneratoren kam es bei 70 exponierten Personen zu unterschiedlich starken Reizungen von Augen, Nase, Rachen und Lunge. Von den 10 Todesopfern starben einige innerhalb weniger Stunden an einem Lungenödem, andere starben später an einer Bronchopneumonie. Bei einer anderen Gelegenheit wurden zwei Feuerwehrleute während einer Brandbekämpfungsdemonstration Zinkchloriddämpfen aus einem Rauchgenerator ausgesetzt, der eine kurz, der andere mehrere Minuten. Ersterer erholte sich schnell, während letzterer nach 18 Tagen an Atemversagen starb. Kurz nach der Exposition kam es zu einem raschen Temperaturanstieg und einer deutlichen Entzündung der oberen Atemwege. Auf dem Röntgenbild des Brustkorbs waren diffuse Lungeninfiltrationen zu sehen, und die Autopsie ergab eine aktive Fibroblastenproliferation und Cor pulmonale.
In einem Experiment, das hauptsächlich zur Bewertung der Karzinogenese diente, erhielten Gruppen von 24 Mäusen ein Jahr lang 1,250 bis 5,000 ppm Zinksulfat im Trinkwasser. Abgesehen von einer schweren Anämie bei Tieren, die 5,000 ppm erhielten, gab es keine negativen Auswirkungen von Zink. Die Tumorinzidenz unterschied sich nicht signifikant von der in den Kontrollen beobachteten.
Zinkphosphid, das als Rodentizid verwendet wird, ist für Menschen giftig, wenn es geschluckt, eingeatmet oder injiziert wird, und ist zusammen mit Zinkchlorid das gefährlichste der Zinksalze; Diese beiden Substanzen waren für die einzigen Todesfälle verantwortlich, die definitiv auf eine Zinkvergiftung zurückzuführen sind.
Skin-Effekte. Es wurde berichtet, dass Zinkchromat in Grundierfarben, die von Karosseriebauern, Blechschmieden und Stahlschrankbauern verwendet werden, bei exponierten Arbeitern Nasengeschwüre und Dermatitis verursacht. Zinkchlorid hat eine ätzende Wirkung, die bei Personen, die damit imprägniertes Holz handhaben oder es als Flussmittel beim Löten verwenden, zu Geschwüren an Fingern, Händen und Unterarmen führen kann. Es wurde berichtet, dass Zinkoxidstaub die Kanäle der Talgdrüsen blockieren und bei Menschen, die diese Verbindung verpacken, zu einem papulösen, pustulösen Ekzem führen kann.
Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen
Feuer und Explosion. Fein verteiltes Zinkpulver und andere Zinkverbindungen können Feuer- und Explosionsgefahren darstellen, wenn sie an feuchten Orten gelagert werden, Quellen der Selbstentzündung. Rückstände aus Reduktionsreaktionen können brennbare Materialien entzünden. Zinkammoniumnitrat, Zinkbromat, Zinkchlorat, Zinkethyl, Zinknitrat, Zinkpermanganat und Zinkpikrat sind allesamt gefährliche Brand- und Explosionsgefahren. Außerdem entzündet sich Zinkethyl bei Kontakt mit Luft spontan. Es sollte daher an einem kühlen, trockenen und gut belüfteten Ort fern von akuten Brandgefahren, offenen Flammen und starken Oxidationsmitteln gelagert werden.
In allen Fällen, in denen Zink bis zu dem Punkt erhitzt wird, an dem Dämpfe entstehen, ist es äußerst wichtig, für eine ausreichende Belüftung zu sorgen. Der individuelle Schutz wird am besten durch Aufklärung des Arbeitnehmers über Metalldampffieber und die Bereitstellung einer örtlichen Absaugung oder in einigen Situationen durch das Tragen einer Haube oder Maske mit Zuluft gewährleistet.
Arbeiter, die dennoch Zinkchloriddämpfen ausgesetzt sind, sollten persönliche Schutzausrüstung tragen, einschließlich Schutzkleidung, chemischem Augen- und Gesichtsschutz und geeigneter Atemschutzausrüstung. Die Exposition gegenüber Zinkchloriddämpfen sollte durch ausgiebige Bewässerung der exponierten Bereiche behandelt werden.