La quantité d’aluminium dans l’eau de mer varie entre environ 0,013 et 5 ppb. On sait que l’océan Atlantique contient plus d’aluminium que l’océan Pacifique. L’eau des rivières contient généralement environ 400 ppb d’aluminium.
L’aluminium se présente principalement sous forme d’Al3+ (aq) dans des conditions acides, et sous forme d’Al(OH)4- (aq) dans des conditions neutres à alcalines. Les autres formes comprennent AlOH2+ (aq) et Al(OH)3 (aq).
De quelle manière et sous quelle forme l’aluminium réagit-il avec l’eau ?
L’aluminium métallique développe rapidement une fine couche d’oxyde d’aluminium de quelques millimètres qui empêche le métal de réagir avec l’eau. Lorsque cette couche est corrodée, une réaction se développe, libérant de l’hydrogène gazeux très inflammable.
Le chlorure d’aluminium s’hydrolyse dans l’eau, et forme un brouillard lorsqu’il entre en contact avec l’air, car des gouttes d’acide chlorhydrique se forment lorsqu’il réagit avec la vapeur d’eau.
Les ions aluminium dans d’autres composés s’hydrolysent également, et cela continue jusqu’à ce que la charge cationique soit épuisée, terminant la réaction par la formation d’hydroxyde. Le début de la réaction d’hydrolyse est le suivant :
Al3+(aq) + 6H2O(l) <-> 3+ (aq)
Solubilité de l’aluminium et des composés d’aluminium
Les composés d’aluminium les plus abondants sont l’oxyde d’aluminium et l’hydroxyde d’aluminium, et ceux-ci sont insolubles dans l’eau.
L’oxyde d’aluminium peut être présent dans l’eau aussi bien sous forme alcaline (2Al2O3 (s) + 6H+ (aq) -> Al3+ (aq) + 3H2O (l)) que sous forme acide (2Al2O3 (s) + 2OH- (aq) -> AlO2- (aq) + H2O (l)).
Un exemple de composé d’aluminium soluble dans l’eau est le sulfate d’aluminium avec une solubilité dans l’eau de 370 g/L.
Pourquoi l’aluminium est-il présent dans l’eau ?
L’aluminium se forme lors de l’altération minérale des feldspaths, tels que et orthoclase, l’anorthite, l’albite, les micas et la bauxite, et se retrouve ensuite dans les minéraux argileux. Un certain nombre de pierres précieuses contiennent de l’aluminium, par exemple le rubis et le saphir.
À l’heure actuelle, seuls le fer et l’acier sont produits en plus grande quantité que l’aluminium. De plus, l’aluminium est largement recyclé car cela est très nettement possible. Il est appliqué par exemple dans les cadres, les boutons de porte, les carrosseries de voiture, les pièces d’avion (le rapport poids/résistance est très favorable), les moteurs, les câbles et les canettes. L’aluminium est un bon réflecteur et est donc utilisé dans les miroirs solaires et les couvertures réfléchissant la chaleur. L’aluminium est transformé en boîtes de conserve, en câblage et en alliages.
Les sels d’aluminium sont souvent ajoutés à l’eau pour déclencher des réactions de précipitation pour l’élimination des phosphates. Par conséquent, les boues d’épuration dans la purification de l’eau avec une valeur de pH entre 6,8 et 7,3 sont présentes sous forme d’hydroxydes.
Les aluns sont appliqués comme engrais dans les plantations de thé. D’autres composés d’aluminium sont appliqués dans la production de papier. Les alliages tels que le duraluminium sont appliqués car ils sont plus résistants que l’aluminium lui-même. La mousse d’aluminium est appliquée dans les tunnels comme matériau d’insonorisation.
Les autres exemples d’application de l’aluminium comprennent l’utilisation du chlorure d’aluminium dans les processus de craquage, l’oxyde d’aluminium comme abrasif ou pour la production d’objets inflammables, l’utilisation du sulfate d’aluminium comme matériau de base dans la colle à papier, les tanneurs, les mordants et le caoutchouc synthétique, et l’hydrogène d’aluminium comme agent de réduction et d’hydratation.
L’aluminium est présent sous forme d’aérosol dans les couches de surface océaniques et dans les eaux. Ceci est dû au fait que la poussière d’aluminium se retrouve dans l’eau. Les particules se retrouvent dans l’eau par le biais du ruissellement de surface ou du transport atmosphérique.
Généralement, les concentrations d’aluminium augmentent avec la profondeur de l’eau.
Quels sont les effets environnementaux de l’aluminium dans l’eau ?
L’aluminium peut affecter négativement la vie terrestre et aquatique de différentes manières. Les concentrations régulières d’aluminium dans les eaux souterraines sont d’environ 0,4 ppm, car il est présent dans les sols sous forme d’hydroxyde insoluble dans l’eau. À des valeurs de pH inférieures à 4,5, la solubilité augmente rapidement, ce qui fait que les concentrations d’aluminium dépassent 5 ppm. Cela peut également se produire à des valeurs de pH très élevées.
Les ions Al3+ dissous sont toxiques pour les plantes ; ils affectent les racines et diminuent l’absorption de phosphate. Comme il a été mentionné plus haut, lorsque les valeurs de pH augmentent, l’aluminium se dissout. Ceci explique la corrélation entre les pluies acides et les concentrations d’aluminium dans le sol. Lorsque le dépôt de nitrate augmente, la quantité d’aluminium augmente, alors qu’elle diminue dans les grandes surfaces de bruyère et les surfaces agricoles. Dans les sols forestiers, elle augmente.
L’aluminium n’est pas un besoin alimentaire pour les plantes, mais il peut influencer positivement la croissance de certaines espèces. Il est absorbé par toutes les plantes en raison de sa large distribution dans les sols. Les espèces herbacées peuvent accumuler des concentrations d’aluminium supérieures à 1 % de la masse sèche.
Les pluies acides dissolvent les minéraux dans les sols, et les transportent vers les sources d’eau. Cela peut entraîner une augmentation des concentrations d’aluminium dans les rivières et les lacs.
L’aluminium est naturellement présent dans les eaux en très faibles concentrations. Les concentrations plus élevées provenant des déchets miniers peuvent avoir un effet négatif sur la biocénose aquatique. L’aluminium est toxique pour les poissons dans les eaux acides et non tamponnées à partir d’une concentration de 0,1 mg/L. Le manque simultané d’électrolytes influence la perméabilité des goélands et endommage les cellules superficielles des goélands. L’aluminium est principalement toxique pour les poissons à des valeurs de pH de 5,0-5,5. Les ions d’aluminium s’accumulent sur les goélands et les obstruent avec une couche gluante, ce qui limite la respiration. Lorsque les valeurs de pH diminuent, les ions d’aluminium influencent la régulation de la perméabilité des goélands par le calcium. Cela augmente les pertes de sodium. Le calcium et l’aluminium sont antagonistes, mais l’ajout de calcium ne permet pas de limiter les pertes d’électrolytes. Ceci concerne principalement les jeunes animaux. Une concentration d’aluminium de 1,5 mg/L s’est avérée fatale pour les truites. L’élément influence également la croissance des poissons osseux d’eau douce.
Le phytoplancton contient environ 40 à 400 ppm d’aluminium (masse sèche), ce qui conduit à un facteur de bioconcentration de 104 à 105 par rapport à l’eau de mer.
Les organismes terrestres contiennent également de l’aluminium. Exemples : larves de moustiques 7-33 ppm, collemboles 36-424 ppm (masse sèche). Ensemble, les valeurs de pH et les concentrations d’aluminium déterminent la mortalité des larves.
Un certain nombre de valeurs de DL50 pour les rats sont connues pour l’aluminium. Pour une absorption orale, cette valeur est de 420 mg/kg pour le chlorure d’aluminium, et de 3671 mg/kg pour le nonahydrate d’aluminium. Le mécanisme de toxicité est principalement basé sur l’inhibition des enzymes.
Seul un isotope non radioactif de l’aluminium existe à l’état naturel. Il existe huit isotopes instables.
Quels sont les effets de l’aluminium dans l’eau sur la santé ?
La concentration totale d’aluminium dans le corps humain est d’environ 9 ppm (masse sèche). Dans certains organes, en particulier la rate, les reins et les poumons, des concentrations allant jusqu’à 100 ppm (masse sèche) peuvent être présentes. L’apport quotidien en aluminium est d’environ 5 mg, dont seule une petite fraction est absorbée. Cela conduit à une toxicité aiguë relativement faible. L’absorption est d’environ 10 μg par jour. Ces quantités sont considérées comme inoffensives pour l’homme. Le silicium peut diminuer l’absorption de l’aluminium. Cependant, une fois que l’élément est absorbé par l’organisme, il n’est pas facilement éliminé.
Une forte absorption d’aluminium peut avoir une influence négative sur la santé. Cela a été mis en relation avec des lésions nerveuses. Les personnes souffrant de lésions rénales sont particulièrement sensibles à la toxicité de l’aluminium. Il existe un risque d’allergies. L’aluminium est probablement mutagène et cancérigène. On soupçonne une corrélation entre l’absorption d’aluminium et un nombre accru de cas d’Alzheimer. Cependant, ceci est incertain car les concentrations d’aluminium augmentent toujours avec l’âge. L’augmentation de l’absorption d’aluminium peut également provoquer une ostéomalacie (déficits en vitamine D et en calcium).
L’absorption d’aluminium se fait principalement par les aliments et l’eau potable. Les normes les plus récentes se situaient entre 50 et 200 μg/L. Les particules d’aluminium peuvent provoquer un trouble fonctionnel du poumon.
Aucune maladie connue n’est liée aux pénuries d’aluminium.
Le chlorure d’aluminium peut corroder la peau, irriter les muqueuses des yeux et provoquer la transpiration, l’essoufflement et la toux. L’alun augmente la coagulation du sang.
Quelles technologies de purification de l’eau peuvent être appliquées pour éliminer l’aluminium de l’eau ?
L’aluminium peut être éliminé de l’eau par échange d’ions ou par coagulation/floculation. Les sels d’aluminium sont appliqués dans le traitement de l’eau pour les réactions de précipitation. L’ajout de sulfate d’aluminium et de chaux à l’eau provoque la formation d’hydroxyde d’aluminium, ce qui entraîne la décantation des polluants. L’hydroxyde étant insoluble dans l’eau, il ne reste que 0,05 ppm d’aluminium dissous. Cela est inférieur à la limite légale pour l’eau potable de l’Organisation mondiale de la santé (OMS), de 0,2 ppm d’aluminium.
Les autres éléments et leur interaction avec l’eau
.