Primärzinkherstellung
Die Primärzinkherstellung ist ein Prozess zur Herstellung von Zink aus Zinkerzen. Zinkerze sind Erze, die Zinkmineralien in hohen Konzentrationen enthalten. Zinkvorkommen werden oft von Eisen, Blei und Silber begleitet. Für die Herstellung von Zink aus Zinkkonzentraten gibt es das hydrometallurgische und pyrometallurgische Verfahren. Das hydrometallurgische Verfahren wird im Kontext der Zinkherstellung auch als nasses Verfahren bezeichnet, da eine Elektrolyse zum Einsatz kommt. Das pyrometallurgische Verfahren wird hingegen auch als trockenes Verfahren bezeichnet.
Das wichtigste Zinkmineral ist Zinksulfid, auch Zinkblende genannt. Zinkerze werden vor allem in den Vereinigten Staaten, Australien, Kanada, China und Südamerika gefördert. Der Abbau erfolgt mit Hilfe von Sprengungen und Räumbaggern. Zinkerze werden zum Teil am Standort fein gemahlen und aufkonzentriert. Dies erfolgt mit Hilfe von Flotationsverfahren und Klassiertechniken. Bei der Flotation werden in einem Rührbecken feste Partikel in Flüssigkeiten zu Aggregaten angereichert. Die Partikel haften an Gasblasen, die beim Rührvorgang entstehen und steigen mit diesen auf. Die gebildeten Aggregate können dann mit einem Abstreifer abgezogen werden. Das hergestellte Konzentrat wird zum Bestimmungsort transportiert und zu Zink weiterverarbeitet. Etwa 90 Prozent des hergestellten Primärzinks werden im hydrometallurgischen Verfahren gewonnen.
Das überwiegend eingesetzte hydrometallurgische Verfahren lässt sich in die fünf aufeinander folgende Prozessschritte einteilen: Rösten, Behandeln des Röstgutes, Laugen, Reinigen und Elektrolyse. Im ersten Schritt, beim Rösten, wird das Zinkkonzentrat zunächst bei Temperaturen von 900 bis 1.000 °C geröstet. Hierbei wird Zinksulfid in Zinkoxid umgewandelt. Dabei fällt ebenfalls Schwefeldioxid an, welches aufgefangen und zu Schwefelsäure weiterverarbeitet wird. Das Zinkoxid wird anschließend in sogenannten Fließbettkühlern oder Drehrohrkühlern abgekühlt und in Silos zwischengelagert. Im dritten Schritt, beim Laugen wird das Zinkoxid in einem Wirbelbettreaktor in Schwefelsäure gegeben. Dort lösen sich das enthaltene Zink und weitere enthaltene Metalle in der Schwefelsäure. Im darauf folgenden Schritt wird die Lösung durch verschiedene Verfahren gereinigt. Zur Reinigung werden je nach Zusammensetzung der Lösung entweder das Verfahren Fällung oder das Verfahren Flüssig-Flüssig-Extraktion angewendet. Im letzten Schritt wird die gereinigte Lösung bestehend aus Zinkoxid und Schwefelsäure in eine Elektrolyse geleitet. Für die Elektrolyse werden in der Regel eine Aluminiumkathode und eine Bleianode verwendet. An der Anode lagert sich Sauerstoff und Schwefelsäure und an der Kathode Zink an. Die Reinheit des Zinks beträgt nach dem letzten Schritt 99,9%. Das Zink wird von der Anode abgeschält, eingeschmolzen und zu Halbzeugen weiterverarbeitet.
Das pyrometallurgische Verfahren hat weltweit nur noch eine geringe Bedeutung und wird innerhalb der EU zur Behandlung von Blei-Zink Konzentraten eingesetzt. Wenn Zink im pyrometallurgischen Verfahren gewonnen wird, wird Zinksulfid in einer Drucksinteranlage geröstet, so dass beim Sintern Zinkoxid entsteht. Anschließend wird das Zinkoxid unter Zugabe von Koks reduziert. Die dazu eingesetzte Anlage wird Imperial Smelter genannt. Das notwendige Koks wird in einer Kokerei hergestellt. Das Zink verlässt die Anlage gasförmig und wird im Anschluss auskondensiert. Es hat dann einen Reinheitsgrad von etwa 98 Prozent. Im Anschluss folgt ein zweistufiger Destilliationsprozess, in dem Verunreinigungen wie Blei und Cadmium abgetrennt werden. Nach der zweiten Destillationsstufe hat das Zink eine Reinheit von etwa 99,9%. Der Vorteil des pyrometallurgischen Verfahrens ist, dass in einem Prozess Blei und Zink gemeinsam gewonnen werden können.
Die Erzeugung von Nicht-Eisen-Metallen, zu dem die Primärzinkherstellung gehört, ist ein energieintensiver Prozess. Der Energieeinsatz für die Primärzinkherstellung beträgt in Europa etwa 24 MJ/kg für die hydromettalurgische und 29 MJ/kg für die pyrometallurgische Route. Wird der Energieeinsatz für die Aufkonzentration der Zinkerze mit bilanziert, so beträgt der Energieeinsatz für die die hydromettalurgische Route etwa 50 MJ/kg und für die pyrometallurgische Route etwa 45 MJ/kg.
Primärzink macht etwa 60 Prozent des weltweit genutzten Zinks aus. Die restlichen 40 Prozent des weltweit genutzten Zinks stammen aus der Sekundärzinkherstellung. Zink wird als Korrosionsschutz für Stahl eingesetzt und ist Legierungselement in Messing. Zinkgusslegierungen finden zudem im Baubereich vielfältige Anwendung.
Synonym(e):
Primärzinkproduktion
Englische Übersetzung(en):
production of primary zinc
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