Zinkverhüttung

Zink ist schwer zu verhütten, weil es bei der Hitze, die nötig ist, um es aus dem Erz zu lösen, schon verdampft und an der Luft wieder zu Oxid verbrennt. Zinkmetall wurde zuerst durch Destillation in geschlossenen Tongefäßen gewonnen. Zawar in Rajasthan destillierte Zink schon im Frühmittelalter in großem Maßstab, China folgte unter den Ming, Europa im 18. Jahrhundert.

Was es ist

Zink ist ein bläulich graues Metall, das fast immer an andere Elemente gebunden in seinen Erzen vorkommt; gediegenes Zink, das freie Metall, ist ein sehr seltenes Mineral. Seine Erze trugen in Europa lange einen einzigen Namen, Galmei, der zwei Zinkminerale umfasste, Smithsonit und Hemimorphit, die im verwitterten oberen Teil der Lagerstätten vorkommen. Weiter unten ist das übliche Erz die Zinkblende oder Sphalerit, ein Zinksulfid, oft mit Bleierzen vermengt. Verhütten heißt, das Zink vom Sauerstoff oder Schwefel zu trennen, an den es gebunden ist, wie bei Kupfer oder Blei, doch Zink verhält sich im Feuer anders.

Ein verzinkter Eimer: Das Kristallmuster auf der Oberfläche ist die Zinkschicht, die den Stahl vor Rost schützt.

Heute dient Zink vor allem zum Verzinken, einer dünnen Schicht, die Stahl vor Rost schützt. Es geht außerdem in Druckgussteile, in Messing, seine Legierung mit Kupfer, und in Chemikalien. Messing wurde viele Jahrhunderte lang hergestellt, bevor man Zinkmetall gewinnen konnte, denn das Zink des Erzes konnte direkt ins Kupfer übergehen, ohne je für sich aufzutreten. Zinkmetall kam später, und es verlangte eine andere Art von Ofen.

Die Arbeit ist gefährlich. Die Zinkoxiddämpfe, die heißes Zink abgibt, verursachen Metalldampffieber mit Schüttelfrost, Fieber, Husten und Engegefühl in der Brust. Zinkerze enthalten oft Cadmium und Blei, und beim Rösten sulfidischer Erze entsteht Schwefeldioxid. Zinkverhüttung war immer eine Industrie, und eine kleine Ausführung, die sich gefahrlos betreiben ließe, gibt es nicht.

Wie es funktioniert

Zink hat einen niedrigen Siedepunkt. Die Hitze, die nötig ist, um seinem Erz den Sauerstoff zu entziehen, liegt bereits darüber, und so wird das Zink als Dampf frei. In einem offenen Ofen steigt dieser Dampf mit den heißen Gasen auf, trifft auf Luft und verbrennt wieder zu Zinkoxid, einem weißen Pulver, und fast nichts bleibt übrig. Zinkmetall lässt sich daher nur in geschlossenen Gefäßen gewinnen, in denen der Dampf keine Luft trifft und an einer kühleren Stelle wieder zu Metall wird.

Eine Retorte mit ihrer Vorlage vom Zawar-Typ, wie sie ausgegraben wurden.

In Zawar, in den Aravalli-Bergen von Rajasthan, standen in den Öfen Reihen länglicher Tonretorten kopfüber, ihre Hälse führten durch einen gelochten Boden in eine kühlere Kammer darunter, mit einer Tonvorlage unter jedem Hals. Chinesische Hütten verwendeten später stehende Retorten mit einer kühleren Kondensationszone oben.

Die Destillation in geschlossenen Gefäßen blieb jahrhundertelang der Weg zum Zink, in Indien, in China und dann in Europa. Im 20. Jahrhundert stellten die meisten Hütten auf Elektrolyse um, bei der elektrischer Strom Zinkmetall aus einer Lösung abscheidet, die aus dem Erz bereitet wird. Das Zink muss nicht mehr den Weg über den Dampf nehmen, und dieses Verfahren liefert heute den größten Teil des Zinks der Welt, doch die Gase und Rückstände müssen weiterhin aufgefangen und behandelt werden.

Geschichte und Entwicklung

Messing ist älter als Zinkmetall: Das Verfahren, es in geschlossenen Tiegeln herzustellen, ohne das Zink abzutrennen, entstand im 1. Jahrtausend v. Chr. im Nahen Osten. Die älteste bekannte Herstellung von Zinkmetall in großem Maßstab stammt aus Indien. Kharakwal und Gurjar vertreten die Ansicht, dass schon in der zweiten Hälfte des 1. Jahrtausends v. Chr. reines Zink erzeugt wurde und die gewerbliche Herstellung im Frühmittelalter begann. Craddock und seine Kollegen setzen den Beginn der Destillation in großem Maßstab in Zawar vor etwa tausend Jahren an, die Historical Metallurgy Society im 12. Jahrhundert. Die Gruben und Öfen von Zawar arbeiteten danach jahrhundertelang, und Ausgrabungen haben dort die Öfen und ihre Retorten freigelegt.

China nahm die Zinkverhüttung um die Mitte der Ming-Dynastie auf, im 15. und 16. Jahrhundert, mit einem eigenen Verfahren in stehenden Retorten. Ausgegrabene Hütten am Ober- und Mittellauf des Jangtse stammen aus dieser Zeit, und ein Handwerkstraktat der Ming-Zeit, das Tiangong Kaiwu, beschreibt und zeigt die Zinkverhüttung. Chinesisches Zink ging vor allem in Messing, auch in das Messing der Münzen aus Kupferlegierung im Kaiserreich.

Chinesische Zinkbarren aus einem Wrack: Zink aus Asien gelangte auf dem Seeweg nach Indien und Europa.

Vom 16. Jahrhundert an erreichten kleine Mengen asiatischen Zinks Europa. Chinesisches Zink, das die Niederländische und die Englische Ostindien-Kompanie verschifften, beherrschte danach bis ins 19. Jahrhundert den Weltmarkt. 1738 ließ sich William Champion aus Bristol ein Verfahren patentieren, Zink in großem Maßstab aus Galmei zu gewinnen, und zwar durch Destillation in geschlossenen Retorten. Später zog er nach Warmley östlich von Bristol, wo er ein Werk baute, das Kupfer und Zink verhüttete und an einem einzigen Ort Messing und fertige Waren herstellte.

Während des Ersten Weltkriegs begann die Anaconda Copper Mining Company in Montana um 1915–1916, Zink durch Elektrolyse zu raffinieren, mit dem Strom der Wasserkraftwerke der Gegend, um verwickelte, schwer verhüttbare Erze zu verarbeiten, und verlegte ihr wichtigstes Zinkwerk bald nach Great Falls. Die Elektrolyse setzte sich im 20. Jahrhundert in den meisten Hütten durch, und mit ihr die Verwendung von Zink zum Verzinken von Stahl, für Druckgussteile und für die Elektroden vieler Batterien.