Reines Zink ist ein silbrig glänzendes Schwermetall. An feuchter Luft überzieht es sich allmählich mit einer grauen Schutzschicht. Bei Zimmertemperatur ist Zink spröde, kompakte Stücke kann man unter hohem Kraftaufwand zerbrechen. Beim Erwärmen wird es weich und dehnbar, so dass man es bei 120 °C bis 150 °C zu Blechen und Drähten walzen kann. Bei 220 °C wird es so spröde, dass man es leicht zu einem Pulver zermahlen kann. Wie Zinn besitzt es eine relativ niedrige Schmelztemperatur.

Kompaktes, hochreines Zink

Kompaktes Zink lässt sich bei Raumtemperatur mit viel Kraftaufwand zerbrechen.

Zinkpest entsteht bei Zinkdruckguss, der ungeeignete Legierungs-Bestandteile oder eine falsche Mischung mit Kupfer, Aluminium oder Magnesium enthält. Davon betroffen sind vor allem Spielzeugmodelle, die während oder nach dem Zweiten Weltkrieg aufgrund von Materialknappheit gefertigt wurden. Die Modelle weisen zum Beispiel Risse in den Rädern oder im Motorblock auf, oder die Farbe blättert durch Ausblühungen ab. Im Gegensatz zur Zinnpest, die nur bei geringen Temperaturen beim α-Zinn auftritt, erfolgt die Zinkpest durch Korrosion der Metallbestandteile untereinander mit Hilfe des Luftsauerstoffs. Bewahrt man solche Modelle unter Luftabschluss auf, kann der Prozess verlangsamt werden. Luftfeuchtigkeit und starke Temperaturschwankungen beschleunigen den Vorgang. Durch die Korrosion findet eine Volumenzunahme statt, die zur Blasen- oder Rissbildung führt.

Zinkpest an altem Modelleisenbahn-Waggon

Bei diesem Märklin-Modell Nr. 323 von 1950 sind die Ausblühungen der Zinkpest gut zu sehen.

Nicht stabilisiertes, sehr feines Zinkpulver ist pyrophor, es kann sich an der Luft oder auch beim Zutritt von Luftfeuchtigkeit von selbst entzünden. Stabilisiertes Zinkpulver erhält man, wenn beim Herstellungsprozess eine geringe Menge Sauerstoff zugegeben wird, so dass sich um die Pulverteilchen eine dünne Oxidschicht bildet. Derartig phlegmatisiertes Pulver kann man nur noch schwer entzünden. Beim Erhitzen mit einem Brenner verbrennt Zinkpulver unter blaugrünen Leuchterscheinungen zu Zinkoxid, das sich als weißer Rauch im Raum verteilt. Es entstehen oft auch längliche Fäden, die man früher als „Lana philosophica“ bezeichnete.

An feuchter, kohlenstoffdioxidhaltiger Luft bilden sich auf der Oberfläche des Metalls Schutzschichten komplizierter Verbindungen, beispielsweise mit der Formel Zn₅(OH)₆(CO₃)₂. Diese schützen das darunterliegende Zink vor weiterer Korrosion. Eisenbleche können daher durch das Verzinken rostfrei gemacht werden, obwohl Zink unedler als Eisen ist. Aufgrund der Schutzschicht reagiert Zink nicht mit kaltem Wasser. In feinverteilter Form oder mit heißem Wasser wird das unedle Metall angegriffen, und es entsteht Wasserstoff:  

Mit Salzsäure, Schwefel- und Salpetersäure entstehen unter Wasserstoffentwicklung die entsprechenden Salze, mit heißen Laugen bilden sich Zinkate:  

Mit Schwefel reagiert Zinkpulver nach Zündung mit einem heißen Draht unter Feuererscheinungen und einer großen Stichflamme, wobei Zinksulfid entsteht:   

Zink-Ionen treten bei Raumtemperatur nur in der Oxidationsstufe +2 auf. Beispiele für Salze sind Zinkoxid, Zinksulfid, Zinkbromid oder Zinkchlorid. Zinkverbindungen können im Labor durch Glühen mit Cobaltnitrat identifiziert werden. Dazu gibt man in einem Porzellanschiffchen auf eine Spatelspitze einer Zinkverbindung ein oder zwei Tropfen einer wässrigen 0,1%igen Cobaltnitrat-Lösung. Nach dem Glühen in der oxidativ wirkenden Brennerflamme entsteht das Cobaltpigment Rinmans Grün. Der Versuch ist aufgrund der krebserzeugenden Wirkung des Cobaltnitrats für Schulen weniger geeignet.

Zink-Nachweis durch Rinmans Grün

Beim Glühen einer Zinkverbindung mit einer Cobaltnitrat-Lösung entsteht Rinmans Grün.

Zink ist im menschlichen Körper als Spurenelement bei zahlreichen Aufgaben beteiligt. Es ist für mehr als 200 Enzyme von Bedeutung. Viele Stoffwechselreaktionen werden erst dadurch ermöglicht. Bei den Zink-Finger-Proteinen bildet ein Zn²⁺-Ion einen tetraedrischen Komplex mit vier Aminosäuren-Seitenketten. Diese Moleküle treten in Wechselwirkung mit der DNS und kontrollieren das Ablesen des genetischen Codes. [Lit 20]  Ohne Zink gäbe es also keine Zellteilung. Zink-Ionen schützen die Zellen vor freien Radikalen. Sie vermögen Schwermetall-Ionen von Cadmium, Blei und Quecksilber zu neutralisieren. Von großer Bedeutung ist auch die Wirkung von Zink im Stoffwechsel der Geschlechtshormone, der Schilddrüsenhormone oder der Wachstumshormone. Die höchste Zinkkonzentration findet sich in der Netzhaut. Die Bildung des Transport-Proteins für Vitamin A ist von einer guten Versorgung mit Zink abhängig. [Lit 16]  

Häufigkeit   relativ häufig

Zink kommt in der Erdhülle etwas häufiger wie Kupfer vor. Zink gediegen ist ein anerkanntes Mineral, das aber in der Natur sehr selten ist. Metallisches Zink findet man auch in Mineralen mit Messing-Legierungen, ein Beispiel dafür ist der Danbait (CuZn₂). Die beiden wichtigsten Zinkerze stellen der Sphalerit (Zinkblende) und der Smithsonit (Zinkspat) dar, beide sind weltweit sehr häufig anzutreffen. Zinkerze wie Hemimorphit, Willemit oder Zinkit sind etwas weniger stark verbreitet, sie werden aber ebenfalls abgebaut. Darüber hinaus existieren weitere Zinkminerale wie Adamin oder Aurichalcit; diese Zinkminerale besitzen aufgrund ihrer Seltenheit nur eine geringe Bedeutung als Zinkerz.

China produzierte im Jahr 2021 mit 4,2 Millionen Tonnen im weltweiten Vergleich am meisten Zink, es folgen Peru mit 1,6 Millionen Tonnen und Australien mit 1,3 Millionen Tonnen. [Lit 110]  Eine der größten Zinkerz- und Bleierz-Minen der Welt ist die Red Dog Mine in Alaska. Dort werden pro Jahr mehr als eine halbe Million Tonnen Zink produziert. In Deutschland wurden die Zinkerze früher in geringen Mengen im Sauerland, im Harz und im Bergischen Land gefördert. Zink kann auch durch Recycling-Prozesse sehr gut wiederverwendet werden.  

Die alten Ägypter verwendeten ein weißes Pulver mit der Bezeichnung „phrygische“ Asche als Augenheilmittel. Dieses Mittel bestand aus unreinem Zinkoxid, das aus Zinkerzen wie Smithsonit durch Glühen oder direkt aus dem Zinkit gewonnen werden konnte. Im Altertum war Messing den Griechen und den Römern bekannt. Cicero berichtet, dass in Rom Betrüger Messing als Gold verkauften. Der Schlüssel zur Herstellung war Galmei, eine Mischung aus verschiedenen Zinkerzen wie Smithsonit, Hemimorphit, Willemit oder Hydrozinkit.

Galmeiverfahren zur Messingherstellung

In den Schmelztiegel wird Zinkcarbonat mit wenig Holzkohlepulver gegeben und mit einem Kupferblech abgedeckt. Beim Erhitzen des geschlossenen Tiegels bildet sich unten auf dem Blech eine Schicht aus goldenem Messing.

Beim Galmeiverfahren zur Messingherstellung wird das Galmei-Erz zuerst gemahlen, mit Holzkohlepulver vermischt, mit Kupferblech abgedeckt und dann im geschlossenen Schmelztiegel auf 1100 °C erhitzt. Dabei reagiert das Zinkcarbonat aus dem Galmei-Erz bei hohen Temperaturen zu Zinkoxid und Kohlenstoffdioxid (I). Zwischen 1100 °C und 1300 °C bildet sich auch Kohlenstoffmonooxid (II). Das Zinkoxid wird durch Kohlenstoffmonooxid in reduzierender Umgebung zu Zink reduziert, wobei gleichzeitig wieder Kohlenstoffdioxid entsteht (III):

(I)    ZnCO₃   ZnO  +  CO₂   
(II)   CO₂  +  C    2 CO
(III)  ZnO  +  CO   Zn  +  CO₂

Die entstehenden Zinkdämpfe verbinden sich direkt mit dem Kupfer im Tiegel zum Messing. Beim Galmeiverfahren sah man das Zink als Metall nie, daher verstand man die exakten Vorgänge lange Zeit nicht, man hielt Galmei für eine farbgebende Komponente. Die Herstellung von Zink war im Altertum noch nicht möglich. [Lit. 130 und 132]  Aus dem Namen Galmei ging der spätere Name für das Zink hervor, da das Galmei-Erz häufig Zinken und zackige Formen zeigte. Der Name für Messing leitet sich wahrscheinlich nach dem Land der Mossynoiken („Holzturm-Bewohner“) ab, aus dem nach Aristoteles das Messing importiert wurde.

Die erste Gewinnung von mehr oder weniger reinem Zink gelang den Indern schon im 13. Jahrhundert. Sie verwendeten Holzkohle und Calamin, das eine historische Bezeichnung für eine Mischung aus verschiedenen Zinkerzen ist. Es gelang ihnen, die im Schmelztiegel entstehenden Zinkdämpfe abzuleiten und in einem darunter stehenden, luftgekühlten Kondensationsgefäß zu metallischem Zink zu kondensieren. Eine Schwierigkeit bei der Zinkproduktion besteht darin, dass das entstehende Zink bei der notwendigen Verhüttungstemperatur sofort verdampft. Die Zinkdämpfe oxidieren an der Luft zu Zinkoxid. Daher muss der Prozess unter Luftabschluss vor sich gehen. [Lit 144] Die Inder waren es auch, die im 17. Jahrhundert erstmals reine Messing-Legierungen herstellen konnten.

Das Zinkerz wird zunächst fein gemahlen und dann durch Flotation angereichert. Die Zinksulfide werden geröstet (a), die Zinkcarbonate durch Brennen in Zinkoxid verwandelt (b). Das als Nebenprodukt anfallende Schwefeldioxid dient zur Herstellung von Schwefelsäure.

(a)  2 ZnS  +  3 O₂   2 ZnO  +  2 SO₂   
(b)  ZnCO₃    ZnO  +  CO₂   

Das trockene Verfahren ist die alte Methode. Das Zinkoxid wird mit Kohlepulver vermischt und im Gebläseschachtofen erhitzt. Die Reduktion erfolgt mit Kohlenstoffmonooxid unter Bildung von Zink und Kohlenstoffdioxid (I). Zwischen 1100 °C und 1300 °C bildet sich nach dem Boudouard-Gleichgewicht aus dem entstehenden Kohlenstoffdioxid mit dem vorhandenen Kohlenstoff erneut Kohlenstoffmonooxid (I):

(I)  ZnO  +  CO    Zn  +  CO₂
(II) CO₂  +  C    2 CO

Dabei bildet sich gasförmiges Zink, das mit den Röstgasen mitgeführt und außerhalb des Reaktionsofens in luft- oder wassergekühlten Vorlagen abgekühlt wird.

Heute erfolgt der Hauptanteil der Zinkproduktion nach dem nassen Verfahren. Das Zinkoxid aus der Erzaufbereitung wird zuerst mit Schwefelsäure zu Zinksulfat umgewandelt. Eine wässrige Lösung dieses Zinksalzes wird bei etwa 3,5 Volt elektrolysiert, wobei sich sehr reines Zink an der Aluminium-Kathode abscheidet und Sauerstoff an der Anode entweicht. Die Gesamtreaktion für diese Elektrolyse stellt sich so dar:

2 ZnSO₄  +  2 H₂O   2 Zn  +  2 H₂SO₄  +  O₂   

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der hohen Reinheit des Endprodukts, die etwa 99,99 % beträgt. Allerdings werden etwa 3500 Kilowattstunden elektrische Energie benötigt, um eine Tonne Zink herzustellen. Ein erheblicher Anteil des Zinks wird heute durch Recycling aus Altmetallschrott gewonnen. 

Beim Zinkdruckguss werden Zink-Legierungen wie Zamak unter Druck in Gussform gedrückt. Zamak besteht überwiegend aus Zink und enthält Beimengungen von bis zu 4 % Aluminium, 0,035 bis 0,06 % Magnesium und 1 bis 3 % Kupfer. Das Verfahren erzeugt sehr formgenaue Gusserzeugnisse. Es eignet sich daher zur Herstellung von elektronischen Bauteilen und Gehäusen. Auch Reißverschlusskrallen, Türgriffe, Modelleisenbahnen und Modellautos bestehen aus Zinkdruckguss.