Samstag, 18. November 2017
NE-METALLE:
08. Juni 2017
Zinn
zum Legieren, zum Konservieren und zum Verbinden

Zinn eingießen
Zinn eingießen
Entdeckung und kulturhistorische Bedeutung
Der Name Zinn leitet sich vom lateinischen „stannum“ ab. Seine Verarbeitung muss in frühen Hochkulturen mindestens seit 2500 vor Christus bekannt gewesen sein. Nachweisbar ist seine Verwendung in Ägypten um 1500 v. Chr. In China wurde es spätestens seit 1800 v. Chr. verwendet. Als Legierungsmetall mit Kupfer ist es für die Herstellung von Bronze unabdingbar. Je mehr Gebrauchsgegenstände und Waffen aus Bronze hergestellt wurden, desto größer wurde auch die Nachfrage nach Zinn. Da die Zinn-Vorkommen im Mittelmeerraum eher unbedeutend waren, musste das Metall teilweise von weit herangeschafft werden. So entstanden schon damals ausgedehnte Handelsrouten, auf denen es zum Beispiel von Nordpersien nach Ägypten transportiert wurde. Die Bedeutung von Zinn wird daran deutlich, dass einige Historiker die These vertreten, der Trojanische Krieg um 1000 v. Chr. sei ein Kampf um den freien Zugang zu Rohstoffen aus Vorderasien, zum Beispiel Zinn, gewesen. Es wird auch vermutet, dass in derselben Zeit phönizische Händler durch die Meerenge von Gibraltar bis an die Küsten Englands segelten, um dort Zinn zu kaufen. Die für damalige Verhältnisse reichen Lagerstätten Südenglands waren aber bereits im Mittelalter weitgehend erschöpft. Nachdem sich Eisen als Waffenmetall allgemein durchgesetzt und Bronze verdrängt hatte, wurde Zinn überwiegend in Gebrauchsgegenständen verwendet. Die teilweise kunstvoll verzierten Zinnkrüge und -teller aus dem Mittelalter können noch heute in Museen bewundert werden. Als Zinn-Bleilegierung wurde es zu Orgelpfeifen in Kirchen gefertigt. Industrielle Bedeutung erlangte es mit dem Beginn der Weißblechherstellung seit Mitte des 20. Jahrhunderts.

Vorkommen
Zinn ist ein relativ häufiges Element, dessen Anteil am Aufbau der Erdkruste bei ca. 0,003 Gewichtsprozent liegt. Das Metall ist zumindest in geringer Konzentration allgemein verbreitet, tritt aber nur in selten gediegen auf. Die größte wirtschaftliche Bedeutung hat das Zinn-Mineral Zinnstein, auch Kassiterit genannt, bei dem es ich um Zinndioxid handelt. Seine wichtigsten Vorkommen findet man in China, Indonesien, Brasilien und Bolivien. Bedeutende Förderstaaten sind auch Malaysia, die GUS, Thailand und Zaire. Neben Zinnstein ist auch das Zinn-Mineral Stannit (Zinnkies) von wirtschaftlichem Interesse.

Physikalisch-Chemische Eigenschaften
Zinn ist ein weiches, silbrig glänzendes Metall, von dem zwei Modifikationen bekannt sind. Zinn ist härter als Blei. Entsprechend der Mohs'schen Skala hat es eine Härte von 1,8. α-Zinn ist ein graues Pulver; diese Modifikation ist unter 13°C beständig. ß-Zinn ist die metallisch-glänzende Hauptmodifikation des Schwermetalls, die es bei Temperaturen über 13°C annimmt (tetragonal), Von technischer Bedeutung ist nur die ß-Modifikation. Als „Zinnpest“ bezeichnet man dabei den langsamen Übergang der ß-Modifikation in die α-Form bei niedrigen Temperaturen. Dieser Prozess kann durch die Legierung mit Wismut verhindert werden. Wird Zinn verbogen, gibt es ein charakteristisches Geräusch, das als „Zinngeschrei“ bekannt ist. An Luft und in Wasser ist das Metall unter Normalbedingungen sehr beständig, da es durch eine schützende Oxidschicht passiviert wird. Auch von verdünnten Säuren und Basen wird es nicht angegriffen. Dagegen wird es von konzentrierten Säuren und Basen unter Freisetzung von Wasserstoffgas zersetzt. Entsprechend seiner Elektronenkonfiguration kann Zinn die Oxidationszustände +2 und +4 annehmen. Wichtige Zinnverbindungen sind: Zinnwasserstoff, Zinn(II)-chlorid, Zinn(IV)-chlorid, Zinn(II)-oxid, Zinn(IV)-oxid, Zinn(II)-hydroxid und Zinn(II)-sulfid.

• Relative Atommasse: 118,71 g/mol
• Schmelzpunkt: 232 °C
• Siedepunkt: 2270 °C
• Dichte: 7,29 g/cm³
• Oxidationszahlen: 4, 2
• Atomradius: 140,5 pm
• Ionenradius: 74 pm (+4), 93 pm (+2)
• Elektrische Leitfähigkeit: 9,17×106 S/m

Industrielle Gewinnung
Die beiden hauptsächlichen Erzarten (Primärerze, Seifen) bedingen in der Regel auch verschiedene Abbau- und Aufbereitungsprozesse.

Während bei den Primärerzen Tiefbau vorherrscht und der Schwerkraft-Sortierung des Zinnsteins oft eine Sulfid-Flotation vorausgehen muss, werden Zinnerzseifen oberflächlich im Tagebau gewonnen und mit einfachen Verfahren der Dichtesortierung (Setzrinnen, Setzmaschinen, Herde) mit anschließender Magnetscheidung konzentriert.

Die verunreinigten, niederhaltigen Kassiterit-Konzentrate aus Primärzinn-Minen müssen vor der Verhüttung noch gereinigt werden. Durch Oxidationsröstung lässt sich Schwefel und Arsen entfernen, bei nachfolgender Magnetscheidung lassen sich auch die Eisenminerale abtrennen.

Der gebräuchliche Verhüttungsvorgang besteht aus einer thermischen Reduktion des Kassiterits mittels Kohlenstoff zu metallischem Zinn. - Reine Erzkonzentrate oder das Röstgut der Vorreinigung werden reduzierend im Flammofen, mitunter auch im Drehrohrofen oder im Elektroofen auf Rohzinn (97-99 % Sn) geschmolzen. Für eine Raffination von Rohzinn aus reinen Seifenerz-Konzentraten genügt ein Umschreiben mit Polen, um Reinzinn mit 99,8 % Sn zu erzielen. Rohzinn aus Primärzinn muss dagegen einer thermischen Raffination (Weigern) und oft auch noch einer elektrolytischen Raffination unterzogen werden, damit handelsfähiges Reinzinn (mindestens 99,75 % Sn) entsteht.

Ein neues Verhüttungsverfahren für zinnarme Erzkonzentrate vermeidet das übliche mehrstufige Röst-, Schmelz- und Verblaseverfahren durch einen Ofen mit Schmelzzyklon und Aufblaslanzen für Reduktionsgas, der kontinuierlich Rohzinn und zinnarme Schlacke produziert. Sekundär-Rohstoffe, wie zinnhaltige Flugstäube, Aschen, Rückstände und Schlacken, werden in Elektroöfen oder Rotationskonvertern (TBRC-Verfahren) eingeschmolzen und zu Rohzinn reduziert oder das Zinn wird durch Schwefelzusatz als Zinnsulfid verflüchtigt und in einem Flugstaub angereichert, der danach reduzierend zu Rohzinn verschmolzen wird. Das Rohzinn wird entweder auf trockenem Wege ähnlich Werkblei raffiniert, in dem Cu, Fe durch Schwefelung und Seigern, As und Sb durch Aluminium-Zusatz, Zn, Pb, Bi durch Vakuum-Destillation abgetrennt werden oder es geht zur Raffinationselektrolyse.

Elektrolytzinn wird auch aus der nassmetallurgischen Aufarbeitung von Schrott, z.B. Weißblechabfällen, und Zwischenprodukten aus der der Bleiraffination und zinnverarbeitenden Industrie gewonnen. Zunehmend verdrängt unter anderem auch Zinn das Blei in Produkten und wird sich daher stärker in Recyclingmamterialien wieder finden. Mischoxide von NE-Metallhütten mit unterschiedlichen Sn-, PB und Zn-Gehalten werden pyro- oder nassmetallurgisch entzinkt und auf eine Blei-Zinnlegierung zur Herstellung von Lötzinn verschmolzen.

Anwendungen / Produkte
Seit Jahrhunderten wird reines Zinnblech großflächig zur Herstellung von Orgelpfeifen im Sichtbereich verwendet. Diese behalten ihre silbrige Farbe über viele Jahrzehnte. Das weiche Metall wird aber in der Regel in einer Legierung mit Blei, dem so genannten Orgelmetall verwendet und hat für die Klangentfaltung sehr gute vibrationsdämpfende Eigenschaften. Zu tiefe Temperaturen sind wegen der Umwandlung in α-Zinn schädlich für Orgelpfeifen, siehe Zinnpest. Viele Haushaltsgegenstände, Geschirre, Tuben, Dosen und auch das Kinderspielzeug Zinnfiguren wurden früher ganz aus Zinn gefertigt, der einfacheren Verarbeitungstechnologie der Zeit entsprechend. Mittlerweile jedoch wurde das relativ kostbare Material meist durch preiswertere Möglichkeiten ersetzt. Ziergegenstände und Modeschmuck werden weiterhin aus Zinnlegierungen h, Hartzinn bzw. Britanniametall hergestellt. Industriell stellt man aus verzinntem Eisenblech so genanntes Weißblech her, beispielsweise für Konservendosen oder Backformen. Zu dünner Folie gewalzt nennt man es auch Stanniol; hier ist Zinn im 20. Jahrhundert durch das preiswertere Aluminium verdrängt worden. Bei manchen Farbtuben und Weinflaschenverschlüssen begegnet uns Zinn noch heute.

Als Legierungsbestandteil wird Zinn vielfältig verwendet, mit Kupfer zu Bronze oder anderen Werkstoffen legiert. "Nordic Gold", die Legierung der goldfarbigen Euromünzen, beinhaltet unter anderem 1 % Zinn.

Als Bestandteil von Metall-Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt ist es unersetzbar. Weichlot (so genanntes Lötzinn) wurde vor einigen Jahren zur Verbindung elektronischer Bauteile (beispielsweise auf Leiterplatten) wird mit Blei (eine typische Mischung ist etwa 63 % Sn und 37 % Pb) und anderen Metallen in geringerem Anteil legiert. Die Mischung schmilzt bei etwa 183 °C. Das Blei wird in elektronischen Anwendungen zunehmend durch Zinn, aber auch Cudurch Kupfer und, Ag Silber, ersetzt. In der Floatglasherstellung schwimmt die zähflüssige Glasmasse bis zur Erstarrung auf einer spiegelglatten flüssigen Zinnschmelze. In der modernen Industrie werden Zinnverbindungen dem Kunststoff PVC als Stabilisatoren beigemischt. Hochreine Zinn-Einkristalle eignen sich auch zur Herstellung von elektronischen Bauteilen.

In Form einer transparenten Zinnoxid-Indiumoxid-Verbindung ist es elektrischer Leiter in Anzeigegeräten wie LC-Displays. Das reine, weiße, nicht sehr harte Zinndioxid besitzt eine hohe Lichtbrechung und wird im optischen Bereich und als mildes Poliermittel eingesetzt. In der Dentaltechnik wird Zinn auch als Bestandteil von Amalgamen zur Zahnfüllung eingesetzt. Die sehr toxischen organischen Zinnverbindungen finden als Fungizide oder Desinfektionsmittel Verwendung.

Im Wesentlichen werden Zinn und Zinn-Legierungen in der elektronischen und chemischen Industrie sowie in großem Maße bei der Weißblechherstellung, hier jedoch in immer dünneren Auflagen, eingesetzt. Zinn ist von einem Schmuckmetall zu einem multifunktionalen Industriemetall geworden.

Wirtschaftliche Bedeutung
Weltweit werden heute rund 340.000 t Zinn pro Jahr erzeugt und verwendet. Deutschland verfügt über keine eigene Zinnproduktion; die jährliche Verwendung liegt bei knapp 20.000 t pro Jahr. – 35% des verwendeten Zinns werden für Lote eingesetzt, rund 30% für Weißblech und ebenfalls 30% für Chemikalien und Pigmente. Durch die Umstellung der Zinn-Blei-Lote auf bleifreie Lote mit Zinnanteilen von über 95% wird der jährliche Bedarf weiter um etwa 10% wachsen. Die Preise steigen durch die hohe Nachfrage kontinuierlich. Die größten Zinnverwender weltweit sind nach China die USA, Japan, Deutschland, Südkorea und Taiwan.

Stannum metallicum („metallisches Zinn“) wird auch bei der Herstellung von homöopathischen Arzneimitteln eingesetzt.

Unter der Bezeichnung Argentin wurde Zinnpulver früher zur Herstellung von unechtem Silberpapier und unechter Silberfolie verwendet.

Gesundheit
Zinn ist vermutlich für einige Arten essenziell. So ist es unter Umständen auch für den Menschen lebensnotwendig, gesicherte Erkenntnisse gibt es darüber aber nicht. Im Körper eines Erwachsenen mit einem durchschnittlichen Körpergewicht von 70 kg findet man ca. 15 mg Zinn. Die toxische Dosis liegt bei zwei Gramm; eine letale Dosis ist nicht bekannt. Obwohl Zinn selbst nur eine sehr geringe Toxizität hat, kann es zu gewissen Vergiftungserscheinungen kommen, wenn Lebensmittelkonserven mit dem Metall stark verunreinigt sind. Sie wirken sich durch Unwohlsein, Durchfall und Erbrechen aus. Im Gegensatz zur metallischen Form können einige organische Zinn-Verbindungen überaus giftig sein, so dass sie teilweise als Pilz- und Bakteriengifte eingesetzt werden.



MELDUNG:
28. Mai 2017
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GDMB Gesellschaft der Metallurgen und Bergleute e.V.


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