Zinc

Troisième métal de transition le plus élaboré par l’homme après le fer et le cuivre, mais aussi second plus utilisé par les organismes vivants, toujours après le fer, mais avant le cuivre, le zinc est un métal de poids atomique 65,4 et de densité 7,1, Il fond à 419,3° C et son point d’ébullition est assez bas : 907° C.

Il est relativement abondant dans la croûte terrestre, les réserves mondiales étant estimées à 250 Mt. Avec une demande actuelle de l’ordre de 13 Mt/an, le zinc risque de devenir un métal rare (et cher) d’ici 20 à 30 ans ! Son minerai principal est la sphalérite, riche en sulfure de zinc ZnS (la blende) qui contient aussi du plomb. Les principaux producteurs sont la Chine, le Pérou et l’Australie.

Bien qu’ancienne en Inde et en Chine, la métallurgie du zinc ne commence en Europe qu’à la fin du 18e siècle à partir d’un autre minerai, la calamine (à ne pas confondre avec le résidu charbonneux de la combustion des gaz qui se dépose sur les parois des cylindres et les sièges de soupapes des moteurs à explosion !) formée principalement de carbonate ZnCO3 et d’oxyde ZnO. C’est en Belgique que Jean-Jacques Daniel Dony créa les premières usines en 1805 et 1810 en exploitant près de Kelmis (province de Liège, à la frontière allemande) un gisement de calamine riche en zinc, et en perfectionnant le procédé dit des creusets horizontaux. Ce fut le point de départ de la « Société des mines et fonderies de zinc de la Vieille Montagne »… maintenant austrapdfne, pour ne pas dire tasmanienne.

On prépare le métal selon deux techniques : la pyrométallurgie et l’hydrométallurgie.

    • en pyrométallurgie, la première opération est l’enrichissement du minerai par flottation, puis grillage du sulfure pour obtenir l’oxyde selon la réaction :

ZnS + 3/2 O2 ----> ZnO + SO2

L’oxyde est ensuite réduit par cokéfaction à 1 300°C, au-dessus de la température de vaporisation du zinc

ZnO + C ----> Zn + CO

La vapeur de zinc est condensée, puis le métal est affiné par liquation et distillation pour le séparer du plomb.

    • en hydrométallurgie, après enrichissement, le sulfure de zinc est traité en milieu sulfurique et oxydant suivant la réaction :

ZnS + Fe2(SO4)3 ----> ZnSO4 + 2FeSO4 + S

Le sulfate de zinc obtenu est séparé des boues puis traité en solution par électrolyse afin de parvenir au zinc métal. Une variante consiste, après grillage, en l’attaque de l’oxyde de zinc (calcin) par l’acide sulfurique,

Le zinc réagit avec les acides dilués avec un dégagement de dihydrogène. Dans une atmosphère humide, il acquiert une patine grise protectrice constituée d’oxyde et de carbonate de zinc hydratés, d’où son utilisation pour la couverture des bâtiments. Son état d’oxydation le plus courant est +2. Du fait de sa position dans l’échelle d’électronégativité à 1,65 V, avant le cuivre et le fer, il est déplacé par le cuivre :
Zn + Cu2+ ----> Zn2+ + Cu.

De même, il peut protéger le fer de la corrosion par la formation d’une couche mince de revêtement sur l’acier, obtenue par galvanisation (trempage dans le zinc fondu ou électrodéposition en solution).

Les aciers galvanisés, utilisés massivement dans l’automobile, la construction, l’électroménager, etc. consomment près de la moitié du zinc produit mondialement. Les alliages de cuivre (cf. Cuivre) comme le laiton (Cu, Zn) ou le bronze (Cu, Sn, Zn) en sont la seconde utilisation en pourcentage et les alliages de zinc (Zamak et Kayem) (Zn, Al, Mg) constituent la troisième application, avant l’utilisation de plaques ou tubes pour la construction (toitures, gouttières ou descentes d’eaux).

Le zinc est aussi un oligo-élément nécessaire aux plantes, animaux et microorganismes. Il est stocké dans les métallothionéines au niveau du foie et de l’intestin. C’est, après le fer, le second métal de transition présent dans les organismes vivants (2-4 g), son action étant liée au comportement acide de Lewis de l’ion zinc(II) et à sa flexibilité de coordination à des résidus d’amino-acides.

On le trouve dans plus d’une centaine d’enzymes de toutes les classes dont l’anhydrase carbonique (à gauche : la sphère grise correspond à l’iion Zn(II)) et la carbopeptidase. La première est vitale pour le contrôle du taux de dioxyde de carbone dans le sang en catalysant la formation réversible de l’anion bicarbonate (cf. Hémoglobine) :

C’est un outil catalytique fantastique, capable d’effectuer plus d’un million de transformations par seconde… mais qui s’use très rapidement ! La seconde intervient dans la digestion des protéines en assistant la coupure des liaisons peptidiques.

Une carence en zinc est l’indice de populations sous-alimentées ou d’une alimentation mal équilibrée. Ce déficit a un impact sur les fonctions immunitaires et peut se traduire par une sensibilité accrue aux infections bactériennes. Une équipe de chercheurs a récemment démontré l’influence bénéfique des ions Zn(II) dans le traitement des rhumes.

D’où la pensée du jour :
« N’attendez pas d’être enrhumé pour aller boire un petit blanc sur le zinc. »

Sources :

Pour en savoir plus  :

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