Zinek je důležitý kov (obr. 1). Jako zdroj je dostupný, udržitelný, recyklovatelný a bude klíčovým partnerem při přechodu na nízkouhlíkovou budoucnost, nejenom v průmyslu povrchových úprav.
Ekonomický a lidský rozvoj byly vždy úzce spjaty s kontrolou a výrobou materiálů. Vzhledem k pokračujícímu růstu globální ekonomiky a zároveň světové populace roste poptávka po přírodních zdrojích, jako jsou základní kovy. Z toho vyplývá nejen otázka vyčerpávání přírodních zdrojů, ale také dopady na životní prostředí a klima. Myšlení v souladu s principy cirkularity a udržitelnosti je přístup, který nám pomáhá porozumět tomu, jak si zinek (nepostradatelná složka antikorozních povrchových úprav) razí cestu těžbou, výrobou, životností produktu a recyklací, ale také vede k účinným opatřením pro optimalizaci a změnu v našem přístupu k efektivnějšímu využívání zdrojů výroby, používání a recyklaci zinku.

Obr. 1
Zinek je nezbytný prvek pro všechny živé organismy (obr. 2). Jeho jedinečné metalurgické a chemické vlastnosti z něj učinily materiál volby pro širokou škálu aplikací v moderní společnosti, včetně povrchových úprav. Na konci jejich životnosti může být obsažený zinek získaný z těchto produktů recyklován bez ztráty jeho metalurgických vlastností nebo hodnoty. Kromě toho, zatímco vlastnosti zinku významně přispívají k udržitelnosti během používání, recyklace zinku hraje důležitou roli během fáze konce životnosti výrobků tím, že snižuje spotřebu energie, eliminuje emise skleníkových plynů a minimalizuje likvidaci odpadu.

Obr. 2
Zinek má složitý životní cyklus od těžby jako rudy, přes rafinaci, výrobu a využití ve společnosti až po sběr odpadů a recyklaci produktů na konci životnosti. Tento životní cyklus lze charakterizovat shromažďováním informací v různých fázích výroby, použití a nakládání s odpady. Kromě toho lze informace o těchto „zásobách a tocích“ materiálu použít k výpočtu indikátorů recyklace v národním, regionálním nebo globálním měřítku spolu s ilustrováním časových trendů a budoucích trajektorií používaných zásob v rozvojových oblastech. Ve spolupráci s Yale University dokončila International Zinc Association (IZA), které je COREZINC s.r.o. jako jediná česká společnost členem, globální analýzu zásob a toků antropogenního zinkového cyklu na základě údajů o výrobě a použití (obr. 3). K dispozici jsou globální, regionální a národní údaje o zásobách a tocích (obr. 4).

Obr. 3

Obr. 4
Míra recyklace výrobků na konci životnosti v Evropě a Severní Americe byla vyšší než 50 %. Míra recyklace pro konkrétní použití zinku však může být mnohem vyšší, např. u odpadů z povrchových úprav (zinkového prachu, popelů, úletů, stěrů, strusek apod.) až 95 %. Výrobní zinkové odpady a zinek získaný z moderních výrobků na konci své životnosti lze recyklovat, aniž by se znehodnotil. Kromě dlouhodobé udržitelnosti nejenom povrchově upravených výrobků během používání, hraje recyklace zinku důležitou roli také během fáze konce jejich životnosti, protože přispívá k udržitelnosti všech přírodních zdrojů. Dva přístupy, běžně používané k hodnocení míry recyklace zinku, jsou obsah recyklovaného materiálu v nových produktech (podíl použitého sekundárního zinku) a míra recyklace na konci životnosti (EoL.) A pak je to podíl recyklovaného zinku v poměru k množství dostupnému v EoL. Analýza IZA ukazuje následující:
– 25 % – obsah recyklovaného zinku v nových produktech;
– 50 % – míra recyklace zinku na konci životnosti v USA;
– 55 % – míra recyklace zinku na konci životnosti v Evropě.
Jedna z největších překážek udržitelnosti spočívá v současném lineárním ekonomickém modelu „take-make-dispose“, volně přeloženo jako „vem-použij-zlikviduj“. Odhlédneme-li od modelu, cirkulární ekonomika si klade za cíl redefinovat růst se zaměřením na pozitivní celospolečenské přínosy, např. v navrhování systémů a odpadových strategií. Široce zmiňovaná je definice Ellen MacArthur Foundation, kdy model rozlišuje technické a biologické cykly. Ke spotřebě v případě zinku dochází pouze v biologických cyklech, kde jsou farmaceutické produkty, kosmetické výrobky, potraviny a materiály na biologické bázi a kdy např. hnojiva jsou navržena tak, aby se vracela zpět do systému prostřednictvím procesů, jako jsou kompostování a anaerobní vyhnívání. Technické cykly nahrazují a obnovují produkty, součásti a materiály prostřednictvím strategií, jako je opětovné použití, oprava, přepracování nebo v posledním případě recyklace. Produkty, které jsou nejen recyklovatelné, ale také vyrobené s maximálním množstvím recyklovatelných látek a obnovitelné energie, jsou certifikovány jako Cradle-to-Cradle (C2C). Mezi certifikované produkty C2C patří specifické kvality zinkového plechu a galvanizované ocelové povrchy:
– použití zinkového kovu, jako je galvanizovaná ocel a zinkový plech, jsou známé svou trvanlivostí. Tento kovový zinek je recyklován s vysokou mírou sběru a recyklace EoL;
– když se zinek používá jako hnojivo, přechází z technického do biologického cyklu a vrací se do přírody;
– toto oběhové hospodářství přispívá k cílům udržitelného rozvoje OSN.
Neželezné kovy se však v přírodě nikdy nevyskytují izolovaně jeden od druhého. Rudná tělesa se často skládají z minerálních směsí a v rudách a koncentrátech obecných kovů jsou obsaženy vždy ve velmi malém množství, někdy obsahují taktéž cenné prvky. Umění rafinace kovů není ani tak regenerací hlavního kovu, v našem případě zinku, ale oddělením všech ostatních prvků tak, aby mohly být vstupním materiálem pro další procesy regenerace. Zpracování koncentrátů rud s obsahem zinku není výjimkou: při rafinaci kovového zinku vznikají vedlejší produkty s koncentrovanými jinými kovy. Patří mezi ně stříbro, měď, někdy i indium a germanium. Při poskytování těchto koncentrovaných vedlejších produktů jiným výrobcům kovů získávají zinkové zpracovny a rafinerie taktéž vedlejší produkty zinku od jiných výrobců kovů. Prach obohacený zinkem, takzvané Waelzovy oxidy, jsou jedním dobře známým příkladem.
Dnes si tyto dlouho zavedené multikovové cykly zasluhují více pozornosti než kdy jindy: nárůst recyklace výrobků obsahujících kov opět vede ke smíšeným materiálům. Průmysl neželezných kovů je zavádí ve stávajících cyklech a dále je rozvíjí pro potřeby oběhového hospodářství.
Cirkulární zinkové prášky pro povrchové úpravy
COREZINC se v souladu s principy cirkulární ekonomiky zaměřuje především na recyklaci zinkových odpadů vznikajících při povrchových úpravách, jako zinkový prach, úlet, popel, stěry a strusky, zbytky apod, dále při různorodých procesech zpracování zinku a zinkových slitin, např. při výrobě produktů ze zinkových plechů, při tlakovém a odstředivém lití finálních výrobků, galvanizaci, žárovém zinkování apod. A protože odpady typu prach, úlet, popel a různé strusky jsou velice nehomogenní a obsahují různé nečistoty, byly donedávna z velké části ukládány na skládky odpadů jako zásyp, v lepším případě exportovány do zahraničí pro účely rafinace. V ČR neexistuje kromě uvedené firmy žádný přímý zpracovatel těchto odpadů. Zpracováním je docíleno až 95% využití vstupních odpadů přímo do nových produktů. Při recyklaci samotné vznikají další vedlejší produkty, které jsou během procesu upraveny a taktéž vhodné pro další použití. V recyklačním procesu tak nevznikají žádné další odpady a veškeré zbytkové materiály jsou dále využity v technickém či ve výše uvedeném biologickém cyklu zinku. Cílem firmy je vlastním výzkumem a vývojem docílit za využití vyvinutých technologií, procesů a postupů co možná největší míry recyklace zinku obsaženého v odpadech, navrhovat a nalézat způsoby jeho využití v moderních výrobcích a produktech, jako náhradu primárních zdrojů, ideálně ve 100% podílu, a přispět tak významným podílem ke snížení zátěže životního prostředí, eliminace uhlíkové stopy a zajištění udržitelnosti přírodních zdrojů, včetně materiálové i biologické udržitelnosti (obr. 5).

Obr. 5
Ve spolupráci s předními výzkumnými organizacemi, jako je UJEP Ústí nad Labem, Technopark Kralupy VŠCHT Praha, VŠTE České Budějovice, a dalšími partnery se podařilo během posledních pěti let v rámci realizovaných projektů vyvinout prozatím dva vlastní 100% recyklované produkty, z nichž jeden byl již uveden na trh v roce 2022 a druhý v roce 2023:
– zinkový prášek FZNP10 – vhodný pro výrobu zinkových nátěrových hmot;
– zinkový prášek ZNP38/16HS – vhodný pro metalizaci zinkem / Thermal-spraying.
Jako vstupní surovina pro výrobu obou uvedených produktů jsou použity úlety a prach vznikající při metalizaci a žárovém nástřiku, filtrační prach a úlety ze zpracování různých galvanizovaných materiál, prach a úlety z výroby i opracování zinkových produktů, dále částečně popel a úlety ze žárového zinkování (obr. 6 až 10).
Zinkové prášky jsou vyráběny v České republice materiálovým využitím druhotných surovin unikátními technologiemi, vyvinutými vlastní vývojovou činností v centru průmyslového výzkumu, vývoje a inovací uvedené firmy. Sofistikovaná metoda zpracování a výroby nabízí konstantní průměr velikosti částic a 100% recyklované produkty v kvalitě primárních výrobků, nahrazující základní surovinové zdroje pro aplikace antikorozních povrchových úprav v mnoha průmyslových odvětvích a snižující významně uhlíkovou stopu v souladu s principy cirkulární ekonomiky.
Obr. 6 až 10





Zinkový prášek FZNP10 – 100% recyklovaný produkt pro antikorozní nátěrové hmoty
V rámci projektu realizovaného ve spolupráci s UJEP Ústí nad Labem s názvem „Výzkum a vývoj technologie procesu získávání zinkových surovin materiálovým využitím odpadů a vývoj inovativních výrobků z recyklátů“, byla vyvinuta nová technologie pro zpracování odpadních zinkových prášků a úletů a vyvinut inovativní 100% recyklovaný Zinkový prášek FZNP10, jehož vlastnosti byly ověřeny v rámci projektu „Aplikace recyklovaného zinku v antikorozních nátěrových systémech“. Z výsledků vyplývá, že recyklovaný zinkový prášek má stejné či lepší vlastnosti, v porovnání s produkty vyráběnými celosvětovými producenty v současnosti výhradně z primárních zdrojů. Nyní jsou z primárních surovin vyráběny 2 typy zinkových pigmentů, a to sférický a lamelární. Recyklovaný zinkový pigment obsahuje částice semisférické, a využívá tak při aplikaci v nátěrových hmotách výhod obou standardních
produktů.
Zinkový prášek ZNP38/18 HS – 100% recyklovaný produkt pro metalizaci
V rámci projektu realizovaného ve spolupráci s UJEP Ústí nad Labem s názvem „Výzkum zinkových odpadů a vývoj zinkových produktů“, jehož výsledek je zapsán v RIV, byly zmíněnou firmou vyvinuty inovativní 100% recyklované zinkové prášky s různými možnostmi využití v povrchových úpravách i chemickém průmyslu, které jsou postupně uváděny na trh (tab. 1).

Tab. 1
Aplikace zinkového prášku v povrchových úpravách je zaměřena zejména na využití v „práškové metalizaci“ metodou rozstřiku taveniny za využití plynu, kyslíku a tlaku, např. pro opravy poškozených částí při žárovém zinkování ponorem, či opravy nebo novou aplikaci povrchové úpravy pro různé ocelové konstrukce velkých rozměrů nebo na těžko dostupných místech. Dále může být prášek využit při práškovém pokovování „šeradizací“, nanášením prášku na výrobek a jeho zatavením. Recyklovaný zinkový prášek nalézá také uplatnění v chemickém průmyslu, např. pro různé cementační procesy, redukční činidlo či aplikace spojené s recyklací drahých a vzácných kovů. Na základě výsledků by mohl recyklovaný zinkový prášek nalézt využití taktéž v práškovém lakování, což bude předmětem plánovaného výzkumně-vývojového projektu. Taktéž by mohl nalézt uplatnění v 3D tisku pro výrobu forem a modelů, nebo po masivnějším zavedení této technologie do praxe i v průmyslovém měřítku.
Cirkulární produkt Zinkový prášek ZNP38/16HS
Jde o produkt s hemisférickým tvarem částic, určený pro žárové zinkování (metalizaci), splňuje normu ČSN EN ISO 14232-1 – Žárové stříkání – Prášky.
Zinkový povlak vytváří stabilní ochrannou vrstvu a katodickou korozní ochranu s předvídatelnou rychlostí degradace. A protože mikrostruktura každé z kapiček naneseného povlaku sestává z fáze velmi bohaté na zinek, vytváří optimální ochranu proti korozi oceli v agresivních atmosférických podmínkách. Při metalizaci je zinkový prášek stříkán pomocí spalovacího procesu kyslíko-palivového plamene, kde dochází k roztavení zinku, který je poté atomizován aplikací stlačeného vzduchu. Žárově stříkanými povlaky lze snadno zajistit tloušťku povrchu 50–500 μm. Doporučená tloušťka povlaku je u nástřiku 100–200 μm. To je důležité při zvažování atmosférických podmínek, které budou určovat požadovanou tloušťku povlaku. Požadavky životnosti nebo vysoce korozní podmínky vyžadují vždy různou tloušťku nástřiku. Povrchová úprava hran, která je obvykle obtížným úkolem pro všechny nátěrové systémy, se snadno a efektivně dosahuje pomocí procesu žárovým zinkováním (metalizací). Použitím duplexních vrchních nátěrů na zinkem pokovený povrch pomocí žárového stříkání práškem lze zajistit ještě delší životnost antikorozního systému.
V současnosti jsou na trhu kromě recyklovaných produktů dostupné pouze primární zinkové prášky, a uvedená firma je tak průkopníkem v recyklaci a vývoji 100% recyklovaných produktů pro aplikace v povrchových úpravách. Veškeré vstupy, výstupy a výsledky jsou analyzovány v plně vybavené laboratoři centra průmyslového výzkumu, vývoje a inovací zmíněné firmy. Laboratoř centra je přizpůsobena pro výzkum a vývoj práškových materiálů a analýzy kovových zinkových materiálů, produktů i odpadů, včetně analýzy distribuce a velikosti částic, XRF a ED-XRF analýzy, SEM snímkování včetně chemického složení, OES analýzy atd.