Mængden af aluminium i havvand varierer mellem ca. 0,013 og 5 ppb. Det er kendt, at Atlanterhavet indeholder mere aluminium end Stillehavet. Flodvand indeholder generelt ca. 400 ppb aluminium.
Aluminium forekommer hovedsageligt som Al3+ (aq) under sure forhold og som Al(OH)4- (aq) under neutrale til alkaliske forhold. Andre former omfatter AlOH2+ (aq) og Al(OH)3 (aq).
På hvilken måde og i hvilken form reagerer aluminium med vand?
Aluminiummetal udvikler hurtigt et tyndt lag aluminiumoxid på få millimeter, der forhindrer metallet i at reagere med vand. Når dette lag korroderes, opstår der en reaktion, hvor der frigives letantændelig brintgas.
Aluminiumklorid hydrolyserer i vand og danner en tåge, når det kommer i kontakt med luft, fordi der dannes saltsyredråber ved reaktion med vanddamp.
Aluminiumsioner i andre forbindelser hydrolyserer også, og dette fortsætter, indtil den kationiske ladning er opbrugt, hvorved reaktionen afsluttes ved hydroxiddannelse. Begyndelsen af hydrolysereaktionen er som følger:
Al3+(aq) + 6H2O(l) <-> 3+ (aq)
Løselighed af aluminium og aluminiumsforbindelser
De hyppigst forekommende aluminiumsforbindelser er aluminiumoxid og aluminiumhydroxid, og disse er uopløselige i vand.
Aluminoxid kan forekomme i vand både i alkalisk form (2Al2O3 (s) + 6H+ (aq) -> Al3+ (aq) + 3H2O (l)) og i sur form (2Al2O3 (s) + 2OH- (aq) -> AlO2- (aq) + H2O (l)).
Et eksempel på en vandopløselig aluminiumsforbindelse er aluminiumsulfat med en vandopløselighed på 370 g/L.
Hvorfor findes aluminium i vand?
Aluminium dannes under mineralforvejring af feldspater, såsom og orthoklase, anorthit, albit, micas og bauxit, og ender efterfølgende i lermineraler. En række ædelsten indeholder aluminium, eksempler er rubin og safir.
I øjeblikket er det kun jern og stål, der produceres i større mængder end aluminium. Derudover genanvendes aluminium i vid udstrækning, fordi det er meget udpræget muligt. Det anvendes f.eks. i rammer, dørknopper, bilkarrosserier, flydele (vægt/styrkeforholdet er meget gunstigt), motorer, kabler og dåser. Aluminium er en god reflektor og anvendes derfor i solspejle og varmereflekterende tæpper. Aluminium forarbejdes til dåser, ledninger og legeringer.
Aluminiumsalte tilsættes ofte til vand for at starte udfældningsreaktioner med henblik på fjernelse af fosfat. Derfor er spildevandsslam i vandrensning med en pH-værdi mellem 6,8 og 7,3 til stede som hydroxider.
Aluminium anvendes som gødning i teplantager. Andre aluminiumsforbindelser anvendes i papirproduktionen. Legeringer som f.eks. duraluminium anvendes, fordi disse er stærkere end aluminium selv. Aluminiumsskum anvendes i tunneler som lydisolerende materiale.
Andre eksempler på anvendelse af aluminium omfatter anvendelse af aluminiumchlorid i krakningsprocesser, aluminiumoxid som slibemiddel eller til fremstilling af brændbare genstande, aluminiumsulfat anvendelse som grundstof i papirlim, garvestoffer, bejdsemidler og syntetisk gummi samt aluminiumhydrogen som reduktions- og hydreringsmiddel.
Aluminium forekommer som aerosol i havets overfladelag og i vand. Dette skyldes, at aluminiumstøv ender i vand. Partikler ender i vandet gennem overfladeafstrømning eller atmosfærisk transport.
Generelt stiger aluminiumkoncentrationerne med stigende vanddybde.
Hvad er miljøvirkningerne af aluminium i vand?
Aluminium kan påvirke terrestrisk og akvatisk liv negativt på forskellige måder. Almindelige aluminiumkoncentrationer i grundvand er ca. 0,4 ppm, fordi det findes i jordbunden som vanduopløseligt hydroxid. Ved pH-værdier under 4,5 stiger opløseligheden hurtigt, hvilket får aluminiumkoncentrationerne til at stige til over 5 ppm. Dette kan også forekomme ved meget høje pH-værdier.
Opløste Al3+-ioner er giftige for planter; de påvirker rødderne og nedsætter fosfatoptagelsen. Som nævnt ovenfor opløses aluminium, når pH-værdierne stiger. Dette forklarer sammenhængen mellem sure regnskyl og aluminiumkoncentrationer i jorden. Ved stigende nitratdeposition stiger aluminiummængden, mens den falder under store lyng- og landbrugsarealer. I skovjord stiger den.
Aluminium er ikke et ernæringsmæssigt krav for planter, men det kan påvirke væksten positivt hos nogle arter. Det optages af alle planter på grund af dets store udbredelse i jordbunden. Græsarter kan akkumulere aluminiumkoncentrationer på over 1 % tørvægt.
Syreregn opløser mineraler i jordbunden og transporterer dem til vandkilder. Dette kan få aluminiumkoncentrationerne i floder og søer til at stige.
Aluminium forekommer naturligt i vand i meget lave koncentrationer. Højere koncentrationer, der stammer fra mineaffald, kan have en negativ indvirkning på den akvatiske biocenose. Aluminium er giftigt for fisk i surt, ubufferet vand fra en koncentration på 0,1 mg/L. Samtidig elektrolytmangel påvirker mågepermeabiliteten og skader mågeoverfladens celler. Aluminium er hovedsagelig giftigt for fisk ved pH-værdierne 5,0-5,5. Aluminiumioner ophobes på mågerne og tilstopper disse med et slimlag, hvilket begrænser vejrtrækningen. Når pH-værdierne falder, påvirker aluminiumionerne reguleringen af mågernes permeabilitet ved hjælp af calcium. Dette øger natriumtabet. Calcium og aluminium er antagonistiske, men tilførsel af calcium kan ikke begrænse elektrolyttabet. Dette vedrører hovedsagelig unge dyr. En aluminiumkoncentration på 1,5 mg/L viste sig at være dødelig for ørreder. Grundstoffet påvirker også væksten hos benfisk i ferskvand.
Phytoplankton indeholder ca. 40-400 ppm aluminium (tørvægt), hvilket fører til en biokoncentrationsfaktor på 104-105 i forhold til havvand.
Terrestriske organismer indeholder også en del aluminium. Eksempler: myggelarver 7-33 ppm, springhaler 36-424 ppm (tørvægt). Tilsammen bestemmer pH-værdier og aluminiumkoncentrationer larvernes dødelighed.
Der er kendt en række LD50-værdier for aluminium for rotter. Ved oral indtagelse er dette 420 mg/kg for aluminiumklorid og 3671 mg/kg for aluminiumnonahydrat. Toksicitetsmekanismen er hovedsageligt baseret på enzymhæmning.
Kun én ikke-radioaktiv aluminiumisotop forekommer naturligt. Der findes otte ustabile isotoper.
Hvad er de sundhedsmæssige virkninger af aluminium i vand?
Den samlede aluminiumkoncentration i menneskekroppen er ca. 9 ppm (tørvægt). I nogle organer, specielt i milt, nyrer og lunger, kan der være koncentrationer på op til 100 ppm (tørvægt). Det daglige aluminiumindtag er ca. 5 mg, hvoraf kun en lille del absorberes. Dette fører til en relativt lav akut toksicitet. Absorptionen er ca. 10 μg pr. dag. Disse mængder anses for at være uskadelige for mennesker. Silicium kan mindske aluminiumoptagelsen. Men når grundstoffet først er optaget i kroppen, fjernes det ikke let.
Et stort aluminiumindtag kan have en negativ indflydelse på helbredet. Dette blev forbundet med nerveskader. Især mennesker med nyreskader er modtagelige for aluminiumforgiftning. Der er en risiko for allergier. Aluminium er sandsynligvis mutagent og kræftfremkaldende. Der er mistanke om en sammenhæng mellem aluminiumoptagelse og et øget antal Alzheimer-tilfælde. Dette er dog usikkert, fordi aluminiumkoncentrationerne altid stiger med alderen. Øget aluminiumoptagelse kan også forårsage osteomalaci (D-vitamin- og calciumunderskud).
Aluminiumsoptagelse sker hovedsagelig gennem fødevarer og drikkevand. De seneste standarder lå mellem 50 og 200 μg/L. Aluminiumpartikler kan forårsage funktionelle lungesygdomme.
Ingen kendte sygdomme er forbundet med aluminiummangel.
Aluminiumklorid kan ætse huden, irritere slimhinderne i øjnene og forårsage sved, åndenød og hoste. Alun øger blodkoagulationen.
Hvilke vandrensningsteknologier kan anvendes til at fjerne aluminium fra vand?
Aluminium kan fjernes fra vand ved hjælp af ionbytning eller koagulering/udflocning. Aluminiumsalte anvendes i vandbehandling til udfældningsreaktioner. Tilsætning af aluminiumsulfat og kalk til vand medfører dannelse af aluminiumhydroxid, hvilket fører til bundfældning af forurenende stoffer. Hydroxid er uopløseligt i vand, og der er derfor kun 0,05 ppm opløst aluminium tilbage. Dette er under Verdenssundhedsorganisationens (WHO) lovbestemte grænseværdi for drikkevand på 0,2 ppm aluminium.
Litteratur og de andre grundstoffer og deres interaktion med vand