Kobolt (Co)

Details

Last Updated: Saturday, 22 April 2023 15:01

Published: Thursday, 26 March 2020 15:03

Inledning
Egenskaper
Verksamheter
Spridningsvägar
Risker
Undersökningar
Åtgärdsmetoder att beakta
Referenser

Inledning

Kobolt är ett grundämne som förekommer i olika mineral och utvinns nästan alltid tillsammans med andra metaller. I Sverige bedrivs ingen gruvbrytning av kobolt i dagsläget men metallen förekommer på flera platser bland annat i Bergslagen, Kiruna och Skelleftefältet (sgu.se).

Det förekommer höga halter av kobolt i sedimenten i Bottenviken och Bottenhavet som troligen kommer från berggrunden och morän inom avrinningsområdet (SGU Rapport 2019:06). SGU:s brunnsarkiv visar förhöjda halter av kobolt i ett fåtal brunnar (SSI Rapport 2008:15).

Kobolts egenskaper gör att den har många användningsområden bland annat i jetmotorer, rymdskepp och turbiner men även i kemiska processer inom olje- och gasindustrin samt glastillverkning. Inom industrin används kobolt vid tryckeriverksamhet som torkmedel i färg, som legering i metaller men även i malande och skärande verktyg och vid metallframställning (Ladenberger et al. 2012). På senare år använts kobolt i uppladdningsbara batterier i elbilar och elektronikprodukter. En stor källa till kobolt i Sverige är återvinning (sgu.se).

Egenskaper

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Kobolt är en hård, grå, glänsande ferromagnetisk metall med hög smältpunkt (sgu.se). Kobolt har en densitet på 8900kg/m³, en smältpunkt på 1495 ^◦C och en kokpunkt på 2927 ^◦C. Kobolt behåller även sina magnetiska egenskaper upp till höga temperaturer (>1100 ^◦C). Kobolt är en så kallad karbidbildare, vilket innebär att den kan bilda en förening med kol. Detta används för att ge stål ökad hållbarhet samt korrosions- och värmebeständighet (Hallberg et al 2021). Kobolt är ett redoxelement som vanligtvis förekommer i oxidationstillståndet Co (II) och ibland Co (III) (Figur 1) men koboltföreningar med oxidationstal mellan -I och V har hittats.

Figur 2. Redox potential (Eh)–pH diagram för kobolt i vatten (vid 25°C och 1 bar tryck). Källa: Yazici et al 2016.

Naturlig förekomst och bakgrundshalt

Fyndigheter av kobolt återfinns som mest inom Sveriges fyra klassiska malmdistrikt, Norra Norrbotten, Skelleftefältet (inklusive nickellinjen), Bergslagen och Kaledoniderna. Många av fyndigheterna är polymetalliska, det vill säga att kobolt ingår som en av flera metaller, och koboltinnehållet kan vara en liten del (Hallberg et al 2021). Primärt kobolt förekommer som spårelement i ultramafiska och mafiska bergarter. Sekundärt förekommer metallen i sulfidrika sediment med högt innehåll av organiskt material samt i finkorniga sediment. Högre koncentrationer av kobolt förekommer i områden med exponerade postglaciala leror, t.ex. i Mälardalen och de östra och västra kustregionerna (sgu.se). I naturvårdsverkets modeller för generella riktvärden har bakgrundshalter av kobolt i morän på 10,1 och 15,4 mg/kg TS angetts (NV rapport 5976 ). Medelhalt i mårskikt i norra Sverige är 0,77 mg/kg (NV rapport 5536)

Halter av kobolt i mark finns i SGU:s geokemiska atlas: https://apps.sgu.se/kartvisare/kartvisare-markgeokemi-atlas.html

Halter av kobolt i sjösediment finns undersökta i de svenska referenssjöarna: http://info1.ma.slu.se/sediment/Co.ssi

För detaljerad information om förekomst av malm och mineral se SGU: https://apps.sgu.se/kartvisare/kartvisare-malm-mineral.html

För detaljerad information om grundvattenkemi för stationer som ingår i miljöövervakningen se SGU: https://www.sgu.se/grundvatten/miljoovervakning-av-grundvatten/kartvisare-och-diagram-for-miljoovervakning-av-grundvattenkemi/

Det finns ingen effektbaserad bedömningsgrund för kobolt i sediment, men jämförvärdet som antas representera förindustriella halter är 12 mg/kg TS (SGU rapport 2019:06).

Se även SGU:s maringeologiska karta för metaller: https://apps.sgu.se/kartvisare/kartvisare-marinkemi-metaller.html?zoom=-606796.8960664677,5657792.431358406,2868290.0541074337,7973677.06312767

Förekomst i verksamheter

Kobolt har använts i kemiska processer inom olje- och gasindustrin samt vid glastillverkning. Andra verksamheter är tryckeriverksamhet, metallindustri (där kobolt används som legering i metaller men även i malande och skärande verktyg) och i bekämpningsmedel (Naturvårdsverket; Länsstyrelserna). Kobolt har blivit en viktig metall för elektronikindustrin då det används i batterier och skärmar (Mahey et al 2020). Massaindustrin har gett ifrån sig stora mängder fiberbankar med processkemikalier, där bland annat kobolt ingår i kisaskan (SGU rapport 2014:16).

För hela Naturvårdsverkets branschlista för förorenade områden där metaller använts se här: Branchlista

Spridningsvägar för olika faser och medier

Kobolt uppträder i naturen både som fria joner samt bundet i olika föreningar, varav den fria 2-värda katjonen är mer mobil.

Jord

Kobolt adsorberas starkt till manganoxider och följer ofta mangan. I jord binds kobolt till organiskt material, manganoxider, järnoxider och lermineral. Vid pH> 6.5-7 och vid god tillgång på syre oxideras en stor mängd lättlösligt mangan (Mn²⁺) till svårlösliga manganoxider. Detta innebär att kobolt binds starkt i marken över dessa pH och är mer lättlösligt vid lägre pH i en oxiderande miljö (NV rapport 5536). Kobolt adsorberas även till järnoxider, lerpartiklar och humus, vilket gör att mobiliteten för kobolt är begränsad i naturliga miljöer, se figur 2 och 3 (Woodward et al 2018).

Figur 2. Procentuell andel adsorberad kobolt som en funktion av pH. I panel A till mineralet ferrihydrit och i panel B till lermineralet kaolin. Källa: Woodward et al 2018.

Figur 3. Procentuell andel adsorberad kobolt till humus som en funktion av pH med olika jonstyrkor. Källa: Woodward et al 2018.

Sediment

En jämförelse av metallhalterna i de två översta sedimentskikten visar en tendens till minskning för bland annat kobolt (slu.se). I en reducerande miljö är kobolt relativt mobilt i frånvaro av sulfid. Kobolt bildar inga egna sulfider i närvaro av dessa, men fastnar lätt på ytan av sulfider och blir då immobilt (NV rapport 5536).

Vatten

Dominerande formen i vatten är Co²⁺ samt dess olika komplex med bl.a. karbonat och DOC. Komplexen har möjlighet att sedimentera men fria joner förblir i lösning och därmed biotillgängliga. 

Miljö- och hälsorisker

Miljörisker

Kobolt är ett essentiellt näringsämne för djur (det ingår bl.a. i vitamin B12) och för kvävefixerande bakterier eftersom det krävs för N₂-fixeringen. Vid höga koncentrationer kan Co störa reproduktionen hos hinnkräftor (vid ca 10 µg/l). Kobolt antas kunna ersätta zink i vissa enzymer vilket kan förklara toxiciteten (NV rapport 5536). Invertebrater och växter har visats vara mest känsliga för kobolt i miljön (Saili et al 2021). Saili et al 2021 hittade ett HC5-värde (koncentrationen då minst fem procent av populationen visar någon effekt) på 7 µg/l av löst kobolt i vatten för vattenlevande organismer.

Hälsoeffekter

Kobolt är en av de vanligaste orsakerna till kontaktallergi. Allergi mot kobolt förekommer hos cirka 2 procent av den vuxna befolkningen i Europa och hos cirka 1 procent av ungdomar i Sverige. Förekomsten av allergi mot kobolt är betydligt högre i vissa yrkesgrupper, till exempel tandtekniker och byggnadsarbetare, och hos eksempatienter. Hårdmetall, pigment och torkmedel förknippas ofta med arbetsrelaterad koboltallergi (Karolinska institutet).

Riskbedömning

För vissa ämnen ligger de nationella bakgrundshalterna på en relativt hög nivå vilket innebär att skillnaden mellan bakgrundshalt och hälsobaserade lågrisknivåer är liten. Detta gäller för kobolt där de lokala bakgrundshalterna i många fall ligger på en lägre nivå än de nationella bakgrundhalterna. I sådana fall, om den representativa halten är högre än den lokala bakgrundshalten men lägre än den nationella bakgrundshalten, bör en hälsoriskbedömning övervägas.

Om de representativa halterna inom ett område ligger under eller i nivå med lokala och nationella bakgrundshalter är halterna, och därmed riskerna, i de flesta fall låga och man behöver normalt inte göra en riskbedömning (NV rapport 5592).

Tester av biotillgänglighet erbjuds i dagsläget av Statens Geotekniska Institut (SGI). Kontakta SGI och stäm av syfte, metodik och vad resultat kan användas till innan provtagning för analys av biotillgänglighet görs.

Här finns mer information om biotillgänglighet vid efterbehandling och riskbedömning.

Vid vittring är mobiliteten hos kobolt stor då den är lättlösliga i oxiderande miljöer och kan transporteras via markvatten och grundvatten till vattendrag. Mobiliteten styrs av adsorptionen till lermineral, bildningen av organiska komplex och bindningar till järn- och manganhydroxider.

Jord: Vid bedömning av förorenade områden styr de generella riktvärden för förorenad mark. Länk till generella riktvärden finns här.

Skydd av ytvatten: En sammanställning har gjorts av bakgrundshalter av metaller i sjöar och vattendrag. Sammanställningen baseras på data som insamlats via fortlöpande nationell och regional miljöövervakning av sjöar och vattendrag genom Sveriges lantbruksuniversitet (SLU). Haltkriterierna för ytvatten som sedan används i riktvärdesmodellen är baserade på intervallet mellan medianvärdena och högre punkter på fördelningen (75- och 90-percentiler).

Gränsvärden för kemisk ytvattenstatus från Havs- och Vattenmyndigheten finns här: HVMFS 2019:25.

Angående undersökningar

För generella provtagningsstrategier se: http://fororenadeomraden.se/index.php/undersoekningsstrategier/provtagningsstrategier

För mediespecifik provtagning se:

http://fororenadeomraden.se/index.php/undersoekningsstrategier/medier

Provhantering och provberedning

Jord

Vid provtagning av jord bör utgångsläget vara att halterna kobolt i jorden är heterogent fördelade och eftersom den mängd jord som tas ut för själva analysen är mycket liten är det viktigt att homogenisera provet (kräver provberedning på labb) för att få en jämn fördelning av föroreningshalter i provet.

Upprepade analyser med XRF-instrument kan med fördel användas för fältanalys av metaller i jord och andra fasta material. Resultaten från fältanalyser behöver kombineras med laboratorieanalyser vid t.ex. riskbedömning då fältanalyserna ofta ej är direkt jämförbara med riktvärden (SGF rapport 2:2013).

Vatten

Inför provtagning av grundvatten bör vattnet i röret omsättas före provtagning. Vid provtagning av metaller är grundvattenrör av plast att föredra. Provtagningsutrustningen ska vara tillverkade av inerta material. Slangar ska sköljas igenom med metallfritt avjoniserat vatten mellan provtagningstillfällena. Då bailers används är det viktigt att undvika kontamineringsrisker (SGU rapport 2013:01).

Filtrering och konservering kan utföras direkt i fält. Om proverna inte konserverats efter provtagning finns risk för att vissa metaller fälls ut vilket kan ge en underskattning av halterna vid analys av löst fas (SGF rapport 3:2011).

Sediment

Sedimentprover ska tas på ackumulationsbotten där föroreningarna ansamlas och inte omlagras. Fördelningen av föroreningar i sedimenten kan anses vara homogena spatialt men kan variera i djupled. Som stöd för analysen kan redoxpotential mätas direkt i fält.

Fyllnadsmassor

Partikelbundna föroreningar i fyllnadsmassor har ofta stor haltvariation både i sidled och i djupled då äldre utfyllnader oftast gjordes med för dagen tillgängliga massor med rätt geotekniska egenskaper men med mindre hänsyn till innehållet av farliga ämnen. Provtagning av fyllnadsmassor bör därför provtas systematiskt i tredimensionella rutnät både i sidled och djupled. Underliggande ostörda jordlager (torrskorpelera, tät lera, morän, sand) bör aldrig ingå i samma jordprov som den ovanliggande påverkade jordmassan.

Provhantering, provtagningskärl och analysmetoder

För att rätt provtagningskärl ska användas vid specifika prov är det viktigt att kontakta analyserande labb för en diskussion om provhantering så som filteraring eller surgörande av provet och rätt provkärl. Viktigt är att provkärl fylls till brädden och förvaras mörkt och kallt under transport till laboratorium.

Åtgärdsmetoder att beakta

För lämpliga åtgärdstekniker se:

https://atgardsportalen.se/

In situ

Fytosanering
Grundvattenpumpning och behandling - skyddspumpning kan tillämpas för att kontrollera spridning

Inneslutning/barriärteknik

Kemisk reduktion - främst för behandling av CrVI

Stabilisering/solidifiering

Ex situ - baseras på att schaktning är möjligt

Deponering

Gräv- och schaktsanering
Jordtvätt

Referenser

Länsstyrelserna publikation 2017:10. Förorenad mark vid gamla handelsträdgårdar-information till fastighetsägare och boende.

Mahey, S., Kumar, R., Sharma, M. et al. A critical review on toxicity of cobalt and its bioremediation strategies. SN Appl. Sci. 2, 1279 (2020). https://doi.org/10.1007/s42452-020-3020-9

Naturvårdsverket Rapport 5536. Metallers mobilitet i mark. Berggren-Kleja, D., Elert, M., Gustafsson, J.P., Jarvis, N., Norrström, A-C., (2006).

Naturvårdsverket Rapport 5977. Riskbedömning av förorenade områden. En vägledning från förenklad till fördjupad riskbedömning.

Naturvårdsverket Rapport 5976. Riktvärden för förorenad mark. Modellbeskrivning och vägledning.

Saili, K.S., Cardwell, A.S. and Stubblefield, W.A. (2021), Chronic Toxicity of Cobalt to Marine Organisms: Application of a Species Sensitivity Distribution Approach to Develop International Water Quality Standards. Environ Toxicol Chem, 40: 1405-1418. https://doi.org/10.1002/etc.4993

SGF Rapport 3:2011. Hantering och analys av prover från förorenade områden. Osäkerheter och felkällor.

SGF Rapport 2:2013. Fälthandbok, Undersökningar av förorenade områden.

SGU Rapport 2013:01. Bedömningsgrunder för grundvatten.

SGU Rapport 2014:16. Kartläggning av fiberhaltiga sediment längs Västernorrlands kust. Apler, A., Nyberg, J., Jönsson, K., Hedlund, I., Heinemo, S-Å., och Kjellin, B.

SGU. Rapport K 410. Markgeokemiska kartan. Morängeokemi i norra Norrbotten. Ladenberger, A., Andersson, M., Gonzalez, J., Lax, K., Carlsson, M., Olsson, S-Å., och Jelinek, C., (2012).

SGU Rapport 2019:06. Miljöföroreningar i utsjösediment-geografiska mönster och tidstrender. Josefsson, A., och Apler, Anna.,

SGU Rapport 2021:1. Mineralmarknaden 2020. Tema Kobolt. Hallberg, A., Larsson, D., Reginiussen, H., Hamisi, J., Sjöberg, J., Norlin, L., Fackel, M., Åkerhammer, P., Westrin, P., Hamberg, R. och Berthet, T., (2021).

SSI Rapport 2008:15. Naturligt radioaktiva ämnen, arsenik och andra metaller i dricksvatten från enskilda brunnar. Ek, B-M., Thunholm, B., Östergren, I., Falk, R och Mjönes, L, (2008).

Woodward G. L, Caroline L. Peacock, Alba Otero-Fariña, Olivia R. Thompson, Andrew P. Brown, Ian T. Burke, (2018). A universal uptake mechanism for cobalt(II) on soil constituents: Ferrihydrite, kaolinite, humic acid, and organo-mineral composites. https://doi.org/10.1016/j.gca.2018.06.035.

Yazıcı, Ersin & Altınkaya, Pelin & Celep, Oktay & Deveci, Haci., (2016). Recovery of Cobalt from Sulphate Solutions by Precipitation via Persulphate Oxidation.