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Zink im Bauwesen von der Tradition zur Moderne

Zink                                 30Zn

engl. zinc; lat. zinkum; Zinken ("zackige Gestalt von Erzen")

 

 
Ein dünner Zinküberzug (Verzinken)
schützt Eisen und Stahl vor dem Rosten

relat. Atommasse: 
Ordnungszahl:  
Schmelzpunkt: 
Siedepunkt: 
Oxidationszahlen: 
Dichte:  
Härte (Mohs):  
Elektronegativität: 
Atomradius: 
Elektronenkonfig.: 
natürl. Häufigkeit: 
  
  

 


65,409 
30   
419,58 °C   
907 °C   
2   
7,133 g/cm³ 
2,5   
1,65 (Pauling)   
134 pm 
[Ar]3d104s2 
Zn-64  48,6% 
Zn-66  27,9% 
Zn-67    4,1% 
Zn-68  18,8% 
Zn-70    0,6%
 



Geschichtliches

Seit mehr als 200 Jahren wird Zink als vielseitiges Baumetall in den Bereichen Dachdeckung, Fassade und Dachentwässerung eingesetzt. Gegen 1965 wurde Zink als Titanzink in den Markt eingeführt. Titanzink ist legierter Zink mit einem Reinheitsgrad von 99,995% Zn. Diesem werden geringe, mengenmäßig exakt definierte Anteile von Titan und Kupfer zulegiert, was insbesondere für die materialtechnologischen Eigenschaften von Bedeutung ist.

Der farblich neutrale, problemlos zu verarbeitende ökologisch unbedenkliche und über seine gesamte Lebensdauer ungiftige Werkstoff erfreut sich heute in der anspruchsvollen Architektur großer Beliebtheit. Die gute Formbarkeit, die neutrale blaugraue Patina und die assoziative Wertfreiheit machen legiertes Zink zum idealen Werkstoff klassischer, wie auch avantgardistischer Architektur. Er schafft einen harmonischen Kontrast zu allen Baumaterialien. Architektonische Elemente wie Gauben, Erker, Kaminbekleidungen werden neben Dach und Fassade dadurch zu Besonderheiten. Wegen seiner Langlebigkeit und Wartungsfreiheit ist legiertes Zink auch im Bereich der Dachentwässerung und für die Sanierung flach geneigter Dächer zur wertbeständigen Alternative geworden. Die garantierte Lebensdauer von mehreren Generationen und die hervorragendenökologischen Qualitäten zeichnen Zink im Bauwesen als Werkstoff mit Zukunft aus.

Die neueste Entwicklungsstufe ist der Einsatz von Titanzink in der Dachreinigung:

Der Nürnberger First. Aus einer verwendeten Materialstärke von 1mm Titanzink und einem Gewicht pro Firstlement von ca. 6kg resultiert eine solide Firstabdeckung, die eine Jahrzehntelange Lebensdauer erreicht.

Materialeigenschaften

Gute Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit, Langlebigkeit und einfache Verarbeitbarkeit von Zink sind Grundvoraussetzungen ür dessen Einsatz am Bau. Diese Eigenschaften wurden bei Titanzink noch verbessert. Zusätzlich weist er weitere Eigenschaften auf, die ihn von älteren Zinkqualitäten abheben: zum Beispiel sehr gute Umformbarkeit (Duktilität), verringerte thermische Längenänderung (Ausdehnung) und erhöhte Rekristallisationsgrenze (für besseres Weichlöten).

Die hohe Witterungsbeständigkeit beruht auf der zinktypischen Eigenschaft, an
der Atmosphäre durch Bewitterung allmählich natürliche Schutzschichten aus Zinkkarbonat zu bilden.

Diese schützen das Metall langfristig und sorgen für die werkstoffspezifische, blaugraue Oberfläche. Neuer Titanzink glänzt silbrig und wird als "walzblank" ezeichnet. Die Schutzschichtbildung durch natürliche Bewitterung wird auch Patinabildung genannt.

Titanzink ist ein hochwertiger Werkstoff, der speziell für die Erfordernisse des modernen Bauwesens entwickelt wurde. Titanzink ist legierter Zink nach DIN 17770 mit der Bezeichnung D-Zn und basiert auf elektrolytisch gewonnenem Feinzink des hohen Reinheitsgrades 99,995% Zn (DIN 1706).
Er enthält als Legierungsbestandteile geringe metallische Zusätze (z.B. Titan u. Kupfer).


Die technisch/mechanischen Eigenschaften sind:

•  Werkstoff-Nr.: 2,2203
•  0,2-(Dehn-)Grenze Rp 0,2: >= 100N/mm²
•  Zugfestigkeit Rm: >= 150N/mm²
•  Bruchdehnung A10: 35 %
•  Zeitdehngrenze für 1%Dehnung/Jahr: 50N/mm²
•  Vickershärte HV 1/15 >= 40
•  Faltbarkeit um 180:  Biegeradius = 0 (anschließend aufbiegen ohne 
    Anbruch)

Gewinnung von Zink

Die ersten Beschreibungen von Herstellungsverfahren für Zinkmetall finden sich in alten hinduistischen Schriften aus dem 14. Jahrhundert. Zink ist in der Erdkruste mit einem durchschnittlichen Gehalt von 70mg/kg enthalten, das entspricht einem Anteil in der Erdkruste von 0,007%. Verwitterung und Abtragung von Gestein, Böden und Sedimenten durch Wind und Wasser
setzen kleine Zinkmengen auf natürliche Weise in Umlauf. Zink wird von Lebewesen und Pflanzen aufgenommen, verwertet und wieder ausgeschieden. In Wasser, Luft und Boden stellt sich auf diese Weise eine natürliche Zinkkonzentration ein, die je nach Ort und Lage sehr unterschiedlich sein kann.

Üblicherweise schwanken die Zinkgehalte im Boden zwischen 10 und 300 mg/kg. In einigen Gebieten unserer Erde ist Zink durch natürliche geologische und geochemische Prozesse auf bis zu 5 bis 15% angereichert (50.000 – 150.000mg/kg). Gestein mit derart hohen Zinkgehalten wird als Erz bezeichnet. Das Erz enthält Zink meist als Sphalerit, d.h. als sogenannte Zinkblende (ZnS), und dient neben Zink-Schrotten als wichtigster Rohstoff zur Zinkgewinnung.

Wie wird Erz zum Rohstoff für die Zinkgewinnung?

Zinkerze findet man in vielen Gebieten unserer Erde. Sie werden z.B. in Thailand, Brasilien, Australien und in Russland abgebaut. Auch in Deutschland gab es Zinkerzlagerstätten z.B. bei Stolberg im Rheinland oder am Rammelsberg im Harz. Oberirdisch kann man in diesen Gebieten seltene Pflanzen finden, die auf zinkhaltigen Böden besonders gut wachsen z.B. das gelbe Galmeiveilchen, das nach dem alten Namen für Zinkerz „Galmei“ benannt ist.

In Deutschland wird Zinkerz heute nicht mehr abgebaut. Diese Vorräte sind inzwischen erschöpft. Der Rohstoff für die Zinkgewinnung hat also eine weite Reise z.B. aus Australien hinter sich, bevor er in Deutschland zu Zinkmetall verarbeitet wird. Reisen kostet Geld und Energie. Da versteht es sich von selbst, dass man möglichst wenig Material meist per Schiff transportieren möchte.

In der Nähe der Minen, in denen Zinkerz im Tief- oder Tagebau abgebaut wird, stehen daher Anlagen, in denen der Zinkgehalt des Erzes (5-15%) auf etwa 55% im sogenannten Konzentrat angereichert wird. Das abgetrennte zinkarme Gestein bleibt an Ort und Stelle. Auf diese Weise muss weniger Material transportiert werden, d.h., für den Transport wird weniger Energie verbraucht und die Zinkgewinnung verläuft umweltfreundlicher.

Einfluss auf die Umwelt

Viele Stoffe vor allem solche, die in der Natur nicht vorkommen haben negative Auswirkungen auf die Umwelt. Zink ist ein natürliches Element. Im Laufe der Evolution haben sich die Organismen den in ihrem Lebensraum vorkommenden Konzentrationen angepasst. Zink ist auch ein essentielles also lebensnotwendiges Element.

Toxikologie und Ökotoxikologie

Die Toxikologie untersucht die negativen Einflüsse von Stoffen auf den Menschen. Beim Zink sind Erscheinungen durch Zinkmangel (z.B. Wachstumsstörungen) dokumentiert und in manchen Gegenden ein Problem. In der Tier- und Pflanzenproduktion, mit ihren erwünscht hohen Wachstumsraten, muss Zink sogar zugegeben werden. Fälle von Störungen durch Zinküberschuss sind äußerst selten. Im Ökosystem, das ist die komplexe Lebensgemeinschaft unterschiedlicher voneinander über die Nahrungskette abhängiger Lebewesen leben die Organismen im Idealfall in einem Gleichgewicht. Sie sind dabei natürlich auch von der chemischen und physikalischen Eigenschaft ihres Lebensraumes abhängig.

Umweltverträglichkeit/Recycling

Titanzink ist über die gesamte Nutzungsdauer ungiftig. Bei Verarbeitung und durch ewitterung werden keine für die Umwelt schädlichen Substanzen freigesetzt. Materialreste und Abbruch werden legierungskontrolliert zurück gewonnen. Führende Titanzink-Hersteller nennen Recyclingquoten von über 90%.

Zink ist lebenswichtig Zink und Bestandteil von mehr als 200 Enzymen des Organismus. Es ist an vielen wichtigen Prozessen wie Wundheilung und Wachstum beteiligt. Als essentielles Element muss Zink regelmäßig mit der Nahrung aufgenommen werden.
Der tägliche Zinkbedarf von etwa 15 mg wird in weiten Bevölkerungsgruppen nicht gedeckt. Kinder, Schwangere und stillende Frauen haben sogar einen höheren Bedarf. Zinkreiche Ernährung, z. B. mit Fleisch, Innereien, Meeresfrüchten schützt vor Mangelerscheinungen. Häufig werden zusätzlich Zinkpräparate empfohlen, die gezielt organische Zinkverbindungen enthalten, die besonders gut bioverfügbar sind. Das Spurenelement Zink war lange Zeit in seiner Wirksamkeit für den Organismus
unterschätzt. Deshalb sind vielleicht auch viele Menschen mit diesem wichtigen Spurenelement unterversorgt.

Zink ist an der Bildung von Antikörpern beteiligt und ist Cofaktor des Hormons Thymulin, das die Bildung wichtiger Immunzellen reguliert. Es ist für das Gedächtnis des Immunsystems verantwortlich, da es an schon einmal da gewesene Eindringlinge erinnert, die dann sofort mit den richtigen Waffen bekämpft werden können. Zink unterstützt die Arbeit einer Vielzahl von Enzymen und ist
am Kohlehydrat-, Eiweiß- und Fettstoffwechsel beteiligt.

Aufbau und Umbaureaktionen im Organismus sind ohne Zink nicht vorstellbar und ein ausgeglichener Säure-Basen-Haushalt ist ohne eine ausreichende Versorgung des Körpers mit Zink nicht möglich. Es ist zusammen mit Vitamin A wichtig für die Verhornung der Haut und fördert das Wachstum von Haaren und Nägeln. In den Augen verbessert Zink das Sehen im Dunkeln und es ist wichtig für den Erhalt der Sexualfunktion. Da Zink sowohl am Aufbau, als auch an der Wirkung des Insulins beteiligt ist, sollten Zuckerkranke ganz sorgfältig auf eine gute Zinkversorgung achten. Zink ist in der Lage, viele Schwermetalle an sich zu binden und dadurch unschädlich zu machen. Deshalb ist es für Menschen, die häufig Umweltgiften ausgesetzt sind, sehr wichtig, den Zinkspiegel zu beobachten. Symptome für Zinkmangel sind Infektionsanfälligkeit, Wundheilungsstörungen, Nachtblindheit, Haarausfall, Hauterkrankungen, Unfruchtbarkeit, Depressionen und Teilnahmslosigkeit. Zuviel Zink wirkt toxisch. Ein Überschuss wird in der Leber eingelagert. Symptom ist frühzeitiges Ergrauen. Gute Zinkquellen sind Fisch, Fleisch, Hülsenfrüchte, Vollkorn- und Milchprodukte.

Zink in der Pharmazie:
Schon sehr alt ist die Verwendung von Zinkoxid in pharmazeutischen Produkten. Zinksalben und Zinkleimverbände, kosmetische Puder und Cremes finden in der Pharmazie bewährte Anwendung. Neben den biochemischen werden auch die pilzhemmenden und vor UV-Strahlen schützenden Eigenschaften (Sonnencreme) von Zinkoxid genutzt.

Zink in Nahrungsmitteln:
Zink ist für den Menschen nach Eisen das zweitwichtigste Spurenelement. Die meisten Lebensvorgänge in den Körperzellen werden von Enzymen gesteuert. Für viele Enzyme ist Zink ein wirkungsbestimmender Bestandteil. Es ist an der Tätigkeit des Zellkerns beteiligt, da es die Kernteilung und Zellvermehrung steuernde Enzyme aktiviert. Der ausgeglichene Zinkspiegel in Nahrungsmitteln ist folglich lebensnotwendig.

Zink in der Landwirtschaft:
Zinkoxide und Zinksulfate spielen auch in der Agrarkulturchemie eine bedeutende Rolle. Spezialdünger versorgen den Boden mit dem wichtigen Spurenelement Zink. Zink ist für das Wachstum und Gedeihen von Pflanzen unerlässlich.

Zink im Tierfutter:
Die Futtermittelverordnung regelt bei Kraft-, Misch- und Mineralfutter für jede Tierart eine definierte
Menge von Zinkverbindungen in spurenhaften Anteilen. Wie beim Menschen spielt auch beim Tier der ausgeglichene Zinkspiegel eine wichtige Rolle.

Schlussfolgerung

Zink ist ein natürliches Element, das für den Menschen und die meisten Organismen lebensnotwendig ist. Zinkmangel kann ein Problem für die Gesundheit von Menschen und Tieren werden. Die Zinkemissionen durch die Zinkindustrie sind in den vergangenen Jahren deutlich zurückgegangen und entsprechen heute dem derzeit technisch machbaren. Die daraus resultierenden Konzentrationen sind für die Umwelt ohne Risiko. Durch das internationale Programm für chemische Sicherheit (IPCS), ein weltweites Forum unter der Führung der WHO (Weltgesundheitsorganisation), der ILO (Internationale Arbeitsorganisation) und des UNEP (Umweltprogramm der Vereinten Nationen) wurde ein Expertenteam für Zink ins Leben gerufen, das Umwelt- und Gesundheitskriterien für Zink aufstellen soll.

Das Expertenteam stellt fest "Zink ist ein essentielles Element in der Umwelt. Es bestehen sowohl
Möglichkeiten für einen Mangel an diesem Metall als auch für einen Überschuss. Aus diesem Grunde
ist es wichtig, dass Kriterien zur Reglementierung von Zink als Schutz vor Toxizität nicht so niedrig
angesetzt werden, dass sie in den Bereich des Zinkmangels führen."

 

KW
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