Zink (Zn)

Details

Last Updated: Saturday, 22 April 2023 14:58

Published: Thursday, 26 March 2020 15:09

Inledning
Egenskaper
Verksamheter
Spridningsvägar
Risker
Undersökningar
Åtgärdsmetoder att beakta
Referenser

Inledning

Zink är en av de allra vanligaste metallerna i vår omgivning och varje år förbrukas ca 13 miljoner ton zink i världen (Zinks spridning i miljön). Metallen har många användningsområden inom framförallt ytbehandling eftersom det ökar korrosionsbeständigheten.

Zink är inte bara viktig som metall till förzinkade metallkonstruktioner utan är även ett essentiellt ämne för människor, djur och växter för att kunna överleva. En person behöver till exempel ett intag av 5–12 mg zink beroende av kön och ålder (livsmedelsverket.se).

I mark och vatten förekommer zink naturligt i varierande halter beroende av jordtyp, bergart eller närliggande sulfidmineraliseringar. Högre halter kan förekomma på grund av utsläpp från industri, avloppsreningsverk eller atmosfärisk deposition från luft. I mark binder zink relativt hårt till organiska material (pH >6), men vid lägre pH (pH <6) ökar lösligheten vilket ökar dess rörlighet i mark och vatten. Dess toxiska effekt är primärt i vatten, där vattenlevande organismer tar skada av höga zinkhalter.

Figur 1. Zink i metallisk form. Foto: Materialscientist. CC-BY-1.0

Egenskaper

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Zink förekommer i olika former, i lösning i form av joner, suspenderad i form av partiklar eller i form av zinkföreningar. Zink har en densitet på 7140 kg/m³, en smältpunkt på 419,5°C och en kokpunkt på 907°C. Zink är en bra ledare av både elektrisk ström och värme och är kemiskt reaktiv för en övergångsmetall. Den klassas även som en mjuk metall och är plastiskt formbar.

Zink förekommer i ett oxidationstillstånd (Zn²⁺) och i vatten med pH >6 bildar den vanligast komplex med DOC. Vid lågt pH dominerar löst Zn²⁺ då lösligheten ökar med sjunkande pH. I jord förekommer zink främst bundet till organiskt material men vid höga pH även till järn- och manganoxider samt aluminiumoxid, se Figur 1 (NV rapport 5536).

Naturlig förekomst och bakgrundshalt

Zink förekommer i flertalet mineral där den vanligaste formen av zink är zinkblände (ZnS). Zinkblände uppträder ofta tillsammans med andra sulfidmineral, som till exempel blyglans, som anknyts till polymetalliska sulfidmalmer i Kaledoniderna. Höga zinkhalter uppträder även i form av zinkanomalier runt om i landet, ofta tillsammans med metaller såsom Pb, Cu, Ag och Au (SGU Geokemisk atlas).  Zink uppträder även i mineral tillsammans med kadmium (SGU rapport 2013:01). Kadmium är döpt efter den gamla grekiska benämningen för zinkspat (ZnCO₃)”kadmia”, som kadmium hittades i först.

I mark varierar zinkhalten mycket, jord som härstammar från basiska magmatiska bergarter innehåller ofta höga zinkhalter medan mera kiselsyrarika jordar innehåller ringa halter av zink (slu.se). Höga zinkhalter i morän kan påträffas i Jämtland, Östergötland, Västergötland och sydöstra Skåne och kopplas framförallt till sedimentära alunskifferområden (SGU Geokemisk atlas). I Naturvårdsverkets indata för riktvärdesmodellen anges en halt på 60,4 mg/kg TS som bakgrundshalt för morän för 90-percentilen.

Bakgrundshalter av zink i morän i Sveriges län finns här.

I grundvatten förekommer zink naturligt i låga halter men där vissa bergarter och mineraliseringar gör att de naturliga halterna kan variera något. Enligt SGU:s tillståndsklassning för grundvatten kan en låg zinkhalt i grundvatten ligga mellan 0,005-0,01 mg/l. Medianhalten för zink inom den nationella miljöövervakningen för ytligt grundvatten är 4,3 μg/l, och den 90:e percentilen 20 μg/l (SGU rapport 2013:01).  Zinkhalter över 1 mg/l i grundvattnet betecknas som mycket hög halt.

För detaljerad information om grundvattenkemi för stationer som ingår i miljöövervakningen se SGU.

För detaljerad information om bergartskemi se SGU.

Se även SGU:s maringeologiska karta för metaller.

Förekomst i verksamheter

Zink var en av de första metallerna som användes av människan, långt innan zink var känt som ett eget ämne. Det var först under 1500-talet det blev känt i västvärlden (i form av mässing) och i mitten av 1700-talet som storskalig brytning av zink påbörjades. Idag bryts zink i flera gruvor i Sverige, varav Zinkgruvan i Närke är den största producenten.

Zink används i stora mängder i dagens samhälle där bygg- och infrastrukturindustrin samt fordons- och elektronikindustrin är stora brukare av zink (Zinks spridning i miljön). Zink har också många användningsområden inom metallindustrin genom galvanisering, legering och andra typer av ytbehandlingar för att öka livslängden för andra metaller genom att motverka korrosion. Då zink är antioxiderande kan man även hitta det i tex. Solkrämer (sgu.se).

För hela Naturvårdsverkets branschlista för förorenade områden där antimon använts se här.

Utsläpp av zink till vatten delas ofta in i punktkällor och diffusa källor. De största utsläppen från punktkällor i Sverige kommer från massaindustrin och avloppsreningsverken som står för ca 13% av den totala belastningen av zink till vatten. Bidraget från diffusa källor är betydligt högre än för punktkällor där den största enskilda källan utgörs från skogsmark följt av atmosfärisk deposition på vatten samt dagvatten (SMED rapport 106). Utsläpp och emissioner via dagvatten i framförallt urbana miljöer förklaras av zinkhaltiga konstruktionsmaterial (rännor, tak och rör) samt slitage från däck (SGU Geokemisk atlas).  

Figur 2. Kretslopp för zink, inklusive antroprogena och naturliga processer i Gg per år.

Spridningsvägar för olika faser och medier

Jord

I mark binds zink, i regel som Zn²⁺, till organiskt material men till viss del även med Fe-, Al- och Mn-oxider vid högre pH-värden (pH>6) (NV rapport 5536). Zink klassas trots det som relativt rörlig i marken då den vid låga pH-värden blir relativt lättlöslig (SGU Geokemisk atlas). Zink tillförs även till marken via atmosfärisk deposition och ansamlas främst i de övre delarna av marken som är rik på organiskt material. Beroende av pH förflyttar den sig nedåt i markskiktet eller frigörs till vattendrag och grundvatten (Zinks spridning i miljön). I starkt förorenade jordar sker även utfällningar av zink med fosfat och hydroxid.

Sediment

I urbaniserade områden är halterna av zink i sediment ofta starkt påverkade av lokala föroreningskällor från industri eller reningsverk, men en viss del tillförs även via atmosfäriskt nedfall från kemi- och metallindustrin och förbränning av biobränsle och sopor (sgu.se). Även om sedimentbundna metaller överlag har låg mobiliseringsgrad så kan zink vid höga halter i de övre sedimentskikten mobiliseras genom erosion, resuspension och bioturbation.

Vatten

Zink binder till lösta humusämnen (DOC) men kan frigöras vid lågt pH och domineras då av Zn²⁺i vatten (NV rapport 5536). Lösligheten hos zink ökar framförallt under sura förhållanden, speciellt sura jordar (morän och myr) och kan då frigöras till vattendrag och grundvatten (SGU Geokemisk atlas). I grundvatten förekommer zink naturligt i låga halter men redan vid måttliga halter i grundvatten (0,01-0,1 mg/l) signalerar om att även andra metaller kan förekomma, främst kadmium som ofta uppträder i mineral tillsammans med zink (SGU rapport 2013:01).

Miljö- och hälsorisker

Miljörisker

En miljöriskbedömning består av faroidentifiering, exponerings- och dosresponsanalys samt riskkarakterisering. Faroidentifiering innebär närvaro av det ämne/ämnen med potential att skada organismer i de media (t.ex. luft, vatten, mark, sediment) som bedöms. Zink är ett nödvändigt spårämne i små mängder för både för människa, djur och växter. Toxiska halter av zink inom växtriket är ovanligt, då de flesta växter tål relativt höga halter, men kan förekomma i förorenade områden med zinkhalter över 900 mg/kg (NV rapport 5158). För däggdjur har zink en generellt låg toxisk effekt, medan sötvattenlevande organismer är känsliga och påverkas redan vid zinkhalter på 10–25 µg/l (Zinks spridning i miljön).

Hälsoeffekter

Zink är kroppens näst vanligaste spårämne och varje person bör få i sig 5–12 mg per dag beroende på kön och ålder (livsmedelsverket.se). Zink är ett livsnödvändigt spårämne för kroppen för att ämnesomsättningen och vissa enzymer ska fungera (naturvardsverket.se). Hälsoproblem kan dock uppstå om en obalans finns i kroppen i förhållande till andra spårämnen, såsom järn eller koppar. Sekundär förgiftning är ovanligt då kroppen ofta reglerar ämnesbalansen av zink i kroppen automatiskt (Zinks spridning i miljön).

För hela Naturvårdsverkets branschlista för förorenade områden där arsenik använts se här.

Riskbedömning

Då zink förekommer i olika komplex/former i miljön är det ofta av intresse att veta hur stor del som är biotillgänglig vid riskbedömning av hälsa och miljö. Av zinkens olika kemiska former har Zn²⁺ och zinksulfid högst biotillgänglighet. Likt koppar och andra metaller kan zink binda till organiskt material och bilda starka bindningar vilket minskar biotillgängligheten. Vid lägre pH är zink relativt lättlösligt och innebär att biotillgängligheten ökar eftersom zink i större utsträckning förekommer som fria joner (Zn²⁺)(Zinks spridning i miljön).

För zink finns ett fåtal projekt där den orala biotillgängligheten i jord har mätts, bland annat vid ett tidigare mässingsbruk i Gasum, där mätningar kunde visa på att den biotillgängliga fraktionen av zink varierade mellan 3–27 % (rapport 5895). Den biotillgängliga fraktionen av zink i vatten ska alltid beräknas vid statusklassificering av ekologisk status i inlandsytvatten. En metod för beräkning och modellering av biotillgänglighet har tagits fram av Vattenmyndigheterna. Enligt bedömningsgrunder avseende god status för inlandsvatten gäller ett generellt gränsvärde i Sverige för biotillgänglig koncentration på 5,5 µg/l (HVMFS 2019:25).

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.

Hälsa

Människor får i sig zink genom animaliska livsmedel som fisk, kött, nötter och mat med högt fullkornsinnehåll vilka alla är rika på zink (livsmedelsverket.se). Även dricksvattnet tillför zink till kroppen beroende av vattnets sammansättning och hur länge det varit i ledningarna. Det finns inga gränsvärden för zink avseende dricksvattenkvalitet (LIVSFS 2017:2). Risken för hälsoeffekter på grund av förhöjda zinkhalter i dricksvattnet bedöms som låg men zinkhalter över 3 mg/l börjar ge vattnet smak- och utseendeförändringar. En övre gräns för säkert intag av zink finns för vuxna på 25 mg/dag enligt Europeiska Livsmedelssäkerhetsmyndigheten (Efsa). Risken för zinkbrist anses låg, men kan ge tillväxthämning och störa utvecklingen hos barn. För vuxna kan brist av zink leda till hudförändringar och försämrad aptit (livsmedelsverket.se).

Miljö

Jord

Vid bedömning av förorenade områden kan Naturvårdsverkets riktvärden för förorenad mark användas som utgångspunkt men platsspecifika riktvärden är mer pragmatiskt. Länk till generella riktvärden finns här och för beräkningsverktyget för platsspecifika riktvärden se här.

Skydd av ytvatten

Haltkriterium av zink i riktvärdesmodellen gäller för den totala halten i ytvatten (4 µg/l, löst och partikulärt) och bedöms tillräckligt låga för att skydda sedimentlevande organismer samt predatorer och människor (NV Datablad zink). Havs- och vattenmyndigheten anger ett årsmedelvärde för zink i vatten med god status (sjöar och vattendrag) för den lösta halten som beräknas tas upp av vattenlevande organismer, 5,5 µg/l. 

Gränsvärden för kemisk ytvattenstatus från Havs- och Vattenmyndigheten finns här.

Angående undersökningar

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

För mediespecifik provtagning se:

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

Ämnesspecifika saker som är bra att tänka på vid provtagning och mätning

Vid högre pH (pH>6) binder zink ganska hårt till organiska material och vid lägre pH (pH<6) ökar lösligheten för zink och dess rörlighet i mark och vatten. Speciellt sura jordar (morän och myrmark) i barrskogar kan ha låga pH. Provintervall och val av metod bör därför beaktas utifrån jordtyp.

Uppmätta avvikande höga halter i grundvatten med normalt eller högt pH kan bero på kontaminering från grumling vid själva provtagningen. Att föra fältanteckningar om grumling och färg är därför viktigt vid provtagning. Om möjligt bör stödparametrar som alkalinitet, pH och redox mätas parallellt med provtagningen för att öka kunskapen om de kemfysiska spridningsfaktorerna. För att kvalitetssäkra provtagningar där höga halter metaller kan förväntas kan fältduplikat tas av samtliga prover för XRF- och PID-analys samt analys på laboratorium.

Vid undersökningar av jord vid glasbruk (där zink eller andra tungmetaller ofta är dimensionerande för risker och åtgärdsbehov) kan t.ex. provgropsgrävning eller sonicborrning vara lämpliga undersökningsmetoder i områden med deponerat material. Skulle t.ex. skruvborr användas i glasdeponier riskerar det grova hårda materialet att rasa av skruven.

Provhantering provberedning (gränssnitt mellan konsult och labbet)

Jord

Vid provtagning av jord bör man utgå från att föroreningarna är heterogent fördelade i jorden och eftersom den mängd jord som tas ut för själva analysen är det viktigt att homogenisera provet för att få en jämn fördelning av föroreningen i provet. För vissa matriser kan direkta fältmetoder användas för att få indikationer på föroreningar men dessa kan generellt sett inte ersätta laboratorieanalyser. XRF-instrument kan med fördel användas för att analys av metaller i jord och andra fasta material så som fyllnadsmassor (SGF rapport 2:2013).

Vatten

Inför provtagning av grundvatten bör vattnet i röret omsättas före provtagning. Vid provtagning av metaller exempelvis kvicksilver 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. Vid provtagning av metaller ska plasthandskar användas (SGU rapport 2013:01).

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.

Fyllningsmassor

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 filtrering 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 

Stabilisering/solidifiering

Ex situ - baseras på att schaktning är möjligt

Deponering

Gräv- och schaktsanering
Jordtvätt

Referenser

Datablad för zink, Kemakta Konsult AB, Naturvårdsverket, rev juni 2016.

Havs- och vattenmyndighetens författningssamling. Föreskrifter om klassificering och miljökvalitetsnormer avseende ytvatten, HVMFS 2019:25.

Livsmedelsverkets författningssamling (SLVFS 2001:30), LIVSFS 2017:2 om ändring i Livsmedelsverkets föreskrifter, Livsmedelsverket, 2017.

Livsmedelsverket, Zink https://www.livsmedelsverket.se/livsmedel-och-innehall/naringsamne/salt-och-mineraler1/zink , juni 2021

Milton, Freja. Stedingk von, Hans. Persson, Anna. Zinks spridning i miljön – En litteraturstudie. Goodpoint AB. 2017-2018.

Naturvårdsverket rapport 4918 (1999). Metodik för inventering av förorenade områden. Bedömningsgrunder för miljökvalitet.

Naturvårdsverket rapport 5158. Spårelement i mark, grödor och markorganismer. Jan Eriksson och Lovisa Stjernman-Forsberg. (2002)

Naturvårdsverket rapport 5536. Metallers mobilitet i mark. Kunskapsprogrammet Hållbar Sanering. ISBN 91-620-5536-4.pdf.

Naturvårdsverket rapport 5888 (2009). Provtagningsstrategier för förorenad jord.

Naturvårdsverket rapport 5895. Biotillgänglighet som företeelse och vid riskbedömningar av förorenade områden.

SGF rapport 2:2013. Fälthandbok: Undersökningar av förorenade områden. ISSN 1103-7237.

SGU rapport 2013:01: Bedömningsgrunder för grundvatten.

Svenska MiljöEmissionsData (SMED), SMED Rapport Nr 106 2012. Diffusa emissioner till luft och vatten.

Sveriges geologiska undersökning, SGU. Mineralnäring och samhälle. https://www.sgu.se/mineralnaring/mineralnaring-och-samhalle/, juni 2021.

Sveriges geologiska undersökning, 2014. Geokemisk atlas över Sverige.

Sveriges lantbruksuniversitet, SLU. Spårämnen. https://www.slu.se/miljoanalys/statistik-och-miljodata/miljodata/webbtjanster-miljoanalys/markinfo/markinfo/markkemi/totalhalter-i-mineraljorden/sparamnen/, maj 2021.

Vattenmyndigheterna, Metod för modellering av biotillgänglig halt av koppar och zink i inlandsytvatten, 2017.