Lo zinco in natura si trova spesso insieme al piombo nei minerali solforati. I due metalli vengono poi separati durante la raffinazione. Poiché lo zinco è un materiale resistente alla corrosione e facile da applicare, gran parte di esso viene utilizzato come protezione per prodotti a base di ferro e acciaio.
Impieghi dello zinco
Lo zinco è usato come rivestimento per proteggere il ferro e l’acciaio dalla corrosione da parte dell’ atmosfera, dell’acqua e del suolo. Questo perché lo zinco reagisce in modo preferenziale rispetto al ferro nella maggior parte degli ambienti per formare strati protettivi di ossido, carbonato o altri prodotti di reazione dello zinco che sono resistenti alla continua corrosione atmosferica. Anche se il rivestimento viene abraso è lo strato di zinco che continua a corrodersi proteggendo il ferro. Lo zinco è il metallo che si sacrifica.
Esistono vari metodi per rivestire il ferro e l’acciaio con lo zinco. Uno è quello di immergere il prodotto in un bagno di zinco fuso, un processo noto come zincatura a caldo.
L’acciaio è spesso galvanizzato attraverso lo srotolamento di lamiere laminate con successivo passaggio in un bagno di zinco fuso. Questo viene poi utilizzato per molti scopi, in particolare nella fabbricazione di elettrodomestici (frigoriferi e lavatrici) e carrozzerie di automobili.
Gli articoli in acciaio già fabbricati, come i pali per la distribuzione dell’energia elettrica, i parapetti autostradali e i tubi per l’irrigazione, possono essere completamente rivestiti mediante pulitura e successiva immersione in un bagno di zinco, un processo definito galvanizzazione generale. Gli elementi di fissaggio possono inoltre essere immersi e poi centrifugati mentre il rivestimento è ancora liquido per ottenere dei rivestimenti sottili. In alternativa, rivestimenti meno durevoli su elementi di fissaggio e lamiere possono essere prodotti per elettrodeposizione.
Un altro metodo, usato per piccoli articoli come chiodi e viti, è quello di riscaldarli in un tamburo rotante con polvere di zinco a circa 650 K. Questo processo è noto come sheradizzazione.
Oggetti molto grandi, come i ponti ad esempio, possono essere rivestiti dopo la loro l’installazione mediante spruzzatura con zinco liquido.
Gli anodi in lega di zinco sono utilizzati per proteggere le petroliere marine e le navi. Sono fissati all’acciaio e si corrodono in modo preferenziale rispetto ad esso. Questi vengono poi sostituiti quando sono stati completamente erosi.
Le leghe di zinco-alluminio sono usate nella presso-fusione, un termine generico che sta ad indicare il processo che prevede la fusione in uno stampo mediante la tecnica dell’iniezione a pressione. Il risultato è una colata ad alta precisione e di moderata resistenza che può essere altamente rifinita. In questo modo viene realizzata un’ampia gamma di prodotti, dai giocattoli pressofusi ai componenti per motori.
*Per semilavorati di zinco si intendono lastre, barre e lamiere di zinco che verranno poi venduti alle aziende dove saranno utilizzati nella produzione di alcuni prodotti finali.
Figura 1 Impieghi dello zinco (2014)
Dati di: statista.com
Figura 2 Parte del Museo Ebraico di Berlino. L’architetto, Daniel Liebskind, utilizzò lo zinco, combinato con il titanio, come superficie esterna di questo straordinario edificio.
Per gentile concessione del Museo Ebraico di Berlino, figura Jens Ziehe.
Lo zinco è utilizzato nella normale batteria a celle a secco (il tipo più utilizzato per dispositivi che non hanno bisogno di molta energia, come ad esempio i telecomandi). Lo zinco viene utilizzato allo stesso tempo sia come involucro esterno che come anodo. Il catodo è una miscela di carbonio e ossido di manganese (IV) e l’elettrolita è rappresentato da una miscela di ammonio e cloruri di zinco.
Altre leghe di zinco (principalmente laminate) sono spesso utilizzate per prodotti semilavorati come le monete, per la parte conduttrice nei piccoli fusibili elettrici e per i nastri anodici nelle condutture interrate.
L’ottone, una lega contenente principalmente rame e zinco, è utilizzato per realizzare prodotti sia decorativi che funzionali come maniglie di porte, raccordi marini, componenti idraulici e fissaggi a vite.
Produzione annuale di zinco
| Mondiale | 13.4 milioni di tonnellate |
| Cina | 4.9 milioni di tonnellate |
| Australia | 1.6 milioni di tonnellate |
| Perù | 1.4 milioni di tonnellate |
| U.S.A | 0.8 milioni di tonnellate |
| India | 0.8 milioni di tonnellate |
Dati da:
U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, 2016.
La Cina attualmente copre circa il 37% della produzione mondiale del metallo.
Produzione dello zinco
Quasi tutto lo zinco si ricava dai minerali solforati, che solitamente contengono anche piombo, cadmio ed altri metalli come il ferro e l’argento. I minerali più comuni sono la sfalerite, nota anche come solfuro di zinco (ZnS), e un’altra varietà di sfalerite chiamata marmatite che contiene quantità significative di solfuri di ferro.
I minerali solforati sono ampiamente distribuiti in tutto il mondo. I più importanti giacimenti si trovano principalmente in Nord e Sud America (Canada, Stati Uniti, Messico, Messico, Perù, Bolivia), Australia, Giappone e Cina. Ci sono depositi significativi anche in Sud Africa, Iran, Spagna, Scandinavia, Spagna, Macedonia, Russia e Germania.
Figura 3 Trivellazione di zinco e piombo nella miniera della Black Mountain Mine nel Capo settentrionale, Sud Africa.
Per gentile concessione di Anglo American.
Sono due i principali processi produttivi: il processo elettrolitico e il processo termico. Oltre il 90% della produzione mondiale deriva dal processo elettrolitico.
Il processo elettrolitico
Il processo è suddiviso in quattro fasi:
a) Concentrazione del minerale
b) Essiccazione del minerale all’aria
c) Conversione dell’ossido di zinco in solfato di zinco
d) Elettrolisi della soluzione di solfato di zinco
a) Concentrazione del minerale
Il minerale viene estratto, frantumato, macinato in sfere e poi concentrato mediante flottazione a schiuma. Questo rimuove i componenti indesiderati, compresi i residui di piombo e le rocce di scarto.
b) Essiccazione del minerale in aria
Il processo solitamente avviene in un forno a letto fluido a circa 1300 K, con aria immessa dal basso. La reazione più importante è la conversione del solfuro di zinco in ossido di zinco:
Tuttavia, qualsiasi solfuro di ferro presente nel minerale verrà convertito in ossido di ferro (III), che reagirà con l’ossido di zinco per formare ferrite di zinco:
Mediante il processo di lisciviazione, lo zinco non può essere recuperato facilmente e pertanto è preferibile utilizzare minerali con un basso contenuto di ferro.
L’anidride solforosa viene spesso convertita in acido solforico in un impianto adiacente alla fonderia.
c) Conversione dell’ossido di zinco in solfato di zinco
L’ossido di zinco grezzo viene sottoposto a lisciviazione con elettrolita esausto, che è sufficientemente ricco di acido solforico da sciogliere l’ossido e ripristinare la concentrazione del solfato di zinco nella soluzione elettrolitica (Figura 4).
La reazione principale che avviene è:
Come già detto, parte dell’ossido di zinco è presente assieme all’ossido di ferro (III) sotto forma di ferrite di zinco. Diverse varianti del processo di lisciviazione sono utilizzate per separare lo zinco dalle impurità. La maggior parte di queste utilizza acido a caldo per produrre una miscela di zinco e solfato di ferro (III), seguita poi dalla rimozione del solfato di ferro (III).
Ultimo aggiornamento 5 ottobre 2016
Edizione italiana a cura di Giorgia Migliorati e Valter Ballantini 8 dicembre 2020
Foto in alto di Clément Falize su Unsplash