Alkusivu

Sinkki ja ympäristö

 

Yleistä
Sinkki on vaalea, siniharmaa, helposti muovattava metalli, jonka tiheys on 7,14 g/cm³. Se on yksi ympäristömme luonnollisista aineista ja maankuoren 24:nneksi yleisin alkuaine. Louhittavassa muodossa sinkki esiintyy pääasiassa sinkkivälkkeessä.

 

Kun sinkki joutuu kosketukseen kostean ilman kanssa, sen pinnalle muodostuu ohut hydroksidi- ja karbonaattikerros.Kerroksen liukoisuus veteen on vähäinen, ja se suojaa sinkkiä korroosion etenemiseltä. Ilmassa esiintyvän korkean rikkioksidipitoisuuden vaikutuksesta sinkin pinnalle syntyy sinkkisulfaattia. Sinkkisulfaatin liukoisuus veteen on korkea, minkä vuoksi se huuhtoutuu helposti pois altistaen sinkin korroosiolle. Rikkioksidi-ilman pitoisuudet ovat kuitenkin vähentyneet merkittävästi Euroopassa viimeisten 20 vuoden aikana, ja nykyään mitataan hyvin matalia arvoja, ks. kuva 1.

 

Kuva 1. Riikdioksidipitoisuus ja sinkin syöpyminen Tukhomassa vuosina 1978 - 2011.

 

Orgaanisten aineiden vaikutuksesta sinkki-ionit muodostavat yhdisteitä kuten aminohappoja, peptidejä, proteiineja ja nukleotideja. Erityisesti thiol- ja hydroksyyliryhmillä sekä typpiligandeilla on affiniteettia (vetovoimaa) sinkkiin. Sinkin merkittävä rooli kaikentyyppisten organismien välttämättömänä bioravintoaineena perustuu juuri tähän vetovoimaan. Tiedossa on 300 eri entsyymiä, joissa sinkki toimii katalyyttisessä, rakenteellisessa tai säätelevässä roolissa. Sinkkiä sisältävät proteiinit ovat muun muassa yksi tumassa tapahtuvan DNA-transkription päätekijöistä. Sinkillä on tärkeä rooli myös monissa muissa solun toiminnoissa kuten solukalvojen rakenteellisen eheyden ylläpidossa, hormonireseptorisidoksessa ja hermojärjestelmän signaalien siirtämisessä.

 

Sinkki organismeissa
Ihminen tarvitsee 12 mg sinkkiä päivässä ylläpitääkseen elintoimintojaan sekä välttääkseen sinkin puutteen.


Suomen väestö kuluttaa noin 30 tonnia sinkkiä vuodessa. Valitettavasti monet ihmiset maailmassa kärsivät sinkin puutteesta, joka aiheuttaa lapsilla ripulisairauksia, heikentynyttä kasvua ym.

 

Sinkkiä mm. käytetään haavavoiteissa, ihovoiteissa,vauvatalkissa, lääkkeissä, aurinkoöljyissä. Sinkki on tärkeää eläinten ja ihmisten aivotoiminnoille, immuunipuolustukselle ja lisääntymiskyvylle.


Kasvien sinkin puute huonontaa niiden kasvua. Tämän korjaamiseksi viljelysmaita lannoitetaan tuhansilla tonneilla sinkkiä. Eläimille, esimerkiksi porsaille, annetaan sinkkiä rehun mukana immuunipuolustuksen, haavojen paranemisen, kasvun ja ihon kunnon parantamiseksi.

 

Useimmissa järjestelmissä, joissa arvioidaan aineen ympäristövaarallisuutta, on keskeisenä kriteerinä aineen bioakkumulaatio, joka ilmaistaan yleensä aineen biokonsentraatiotekijänä (BCF) ja määritetään kokeellisesti vedessä elävien organismien avulla. Jos BCF-arvo on yli 100, aineella katsotaan olevan niin korkea bioakkumulaatiopotentiaali, että se on ympäristölle vaarallinen. Testiorganismi, joka altistetaan matalalle sinkkipitoisuudelle vedessä, ottaa ja akkumuloi sinkkiä tyydyttääkseen sinkin tarpeen, mikä johtaa korkeampaan BCF-arvoon. Kun sama testiorganismi altistetaan korkeammalle sinkkipitoisuudelle, se ottaa vähemmän sinkkiä ja vastaavasti saadaan matalampi BCF-arvo.

 

 

Kuva 1. Ihminen tarvitsee 12 mg sinkkiä päivässä vastustaakseen infektioita.

 

Sellaisten aineiden BCF-arvo on merkityksetön, joiden saantia ja akkumulaatiota elollisiin organismeihin säätelee kehittynyt ohjausjärjestelmä. Tämä koskee elämälle välttämättömiä metalleja.

 

Tämä on ilmeistä, koska elämälle välttämätön sinkki voi antaa minkä BCF-arvon tahansa:

 

a) 8 vuorokautta altistuneen sinisimpukan BCF-arvo vaihteli välillä 600–55 000. Kudosten sinkkipitoisuus vaihteli näistä korkeista arvoista huolimatta vain tekijällä 2.


b) Eräällä 8 vuorokautta altistuneen simpukkalajin BCF-arvo vaihteli välillä 1100–9000. Simpukan sinkkipitoisuus vaihteli näistä korkeista arvoista huolimatta vain tekijällä 2.


Sinkin biosaatavuus

Biosaatavuudella tarkoitetaan sitä, kuinka helposti organismi voi saada tiettyä ainetta, esim. ravintoainetta, metallia tai ympäristömyrkkyä. Sinkillä on kyky muodostaa moninkertaisia sidoksia niukkaliukoisiin yhdisteisiin, joilla yleisesti on huono biosaatavuus ja siten alhainen vaikutus ympäristöön.


Käyttöolosuhteet
Sinkkiä käytetään pääasiassa korroosiosuojana teräkselle metallipinnoitteen muodossa tai metallijauheena
(pigmentti) maaleissa, messingissä ja muissa sinkkiseoksissa. Sinkkikemikaaleja käytetään laajalti eri käyttöalueilla kuten lääkeaineissa, voiteissa, puunsuoja-aineissa, kuivausaineissa, flotaatioreagensseissa, parkitsemisaineissa, katalysaattoreissa, elintarvikkeiden lisäaineena, eläinruokien lisäaineena, öljyn lisäaineena ym. Sinkkidioksidi on yleisin kumin valmistuksessa, ihonhoitoaineissa, haavavoiteissa jne. käytetty kemikaali.
Lähes 80 % Suomessa käytetystä sinkistä käytetään korroosiosuojaukseen. Suuri osuus tästä käytetään kylmävalssatun ohutlevyn ja rakenneosien kuumasinkitykseen. Suomen vuosittainen sinkin tarve on 40 000 tonnia. Kaikki Suomessa käytetty sinkki valmistetaan kotimaassa.


Sinkin liukeneminen kuumasinkityistä tuotteista

Laajalle levinneen käsityksen mukaan metallien käyttö yhteiskunnassa muodostaa ongelman, koska korroosiotuote liukenee ja sillä on haitallinen vaikutus ympäristöön. Tämä käsitys koskee myös sinkkiä, joka on yleisesti käytetty metalli. Voidakseen vaikuttaa asenteisiin laadukkaalla tutkimustiedolla on sinkkiala teettänyt laajoja tutkimuksia maaperän ja vesien saastumisesta kuumasinkittyjen tuotteiden korroosion seurauksena. Tutkimuksia on suoritettu myös moottoriteiden ympäristöissä, joissa on monia sinkin lähteitä (renkaat, tien kuluminen jne.). Tutkimukset ovat osoittaneet, että sinkistä ei aiheudu mitään haitallisia vaikutuksia (28).


Tukholmassa sijaitseva KHT:n korroosio-opin laitos (Avdelningen för Korrosionslära vid Tekniska Högskolan) on tutkinut kattomateriaaleista liukenevan sinkin, kuparin ja ruostumattoman teräksen vaikutusta ympäristöön. Sateella osa muodostuneesta korroosiotuotteesta huuhtoutuu pois metallipinnoilta ja siirtyy ympäristöön sadeveden mukana. Huuhtoutuvan korroosiotuotteen määrä riippuu useista tekijöistä, esimerkiksi ilmansaasteiden pitoisuudesta, sateen kemiallisesta koostumuksesta ja pH-arvosta sekä sateen kestosta ja voimakkuudesta.


Katolta valuvassa sadevedessä esiintyvä metalli koostuu pääosin vapaista ioneista. Tutkimuksessa ilmeni, että kun metallia sisältävä vesi oli kulkenut maakerroksen läpi tai ollut kosketuksissa betonin tai kalkkikiven kansa, yli 96 % koko metallipitoisuudesta oli hävinnyt. Suurin osa metallista sitoutui nopeasti veden ollessa kosketuksessa maaperän kanssa. Vedessä jäljellä olevalla metallilla oli matala biosaatavuus ja sitä kautta vähäinen vaikutus ympäristöön.


Valmistus ja energiankulutus

Sinkkiä valmistetaan malmista, joka murskauksen,rikastuksen ja pasutuksen jälkeen liuotetaan elektrolyyttiin.
Eri lähteistä kierrätetty sinkki liuotetaan elektrolyyttiin. Sinkki erotetaan eletrolyyttikylvystä sähkövirran avulla, minkä jälkeen sinkkimetalli sulatetaan ja valetaan harkoiksi toimitettavaksi käyttäjille.Kuumasinkityksessä käytettävän sinkin puhtaus on 99,995 % Zn. Jäljelle jäävä 0,005 % on lähinnä rautaa.

 

Laskelmien mukaan kaikista perusmetalleista rautaa lukuun ottamatta sinkki vaatii vähiten energiaa laskettuna sekä paino- että tilavuusyksikköä kohti. Energiankäyttö valmistettua sinkkitonnia kohti on 12-13 GJ/tonni sinkkiä. Uuden sinkin valmistaminen kierrätetystä sinkkistä vaatii ainoastaan 5 % tästä energiamäärästä. Sinkki kuluttaa siis vähän luonnonvaroja verrattuna muihin perusmetalleihin.


Kierrätys

Kuumasinkityksestä syntyy jonkin verran prosessijätettä, joka kierrätetään uudelleen käytettäväksi. Maailmassa käytetyn sinkin kokonaismäärästä noin 35 % on nykyään peräisin kierrätyssinkistä. Sinkin kiertoaika on 30 - 40 vuotta, ja lähes 80 % sinkistä käytetään uudelleen. Kierrätykseen päätymätön osa koostuu käytetyistä sinkkikemikaaleista ja korroosion syövyttämästä sinkistä. Tämä koskee sekä sinkkipigmenttiä että metallipinnoitteita.


Sinkki voidaan kierrättää loputtomasti. Tämä tarkoittaa, että sillä on itsestään selvä paikka ekologisesti kestävässä yhteiskunnassa. Vuosikymmeniä kestävä teräksen korroosiosuojaus vähentää rautamalmin ja energian kulutusta, kuljetuksia ja hiilidioksidipäästöjä.

 

Sinkkipäästöt
a) Pistemäiset lähteet
Päästöjä on kahdenlaisia: päästöt ilmaan ja veteen Suomessa suurin osa päästöistä veteen tulee pistemäisistä
lähteistä, etupäässä kaivosjätteestä ja metsäteollisuudesta. Suurin osa päästöistä ilmaan tulee romua käyttävistä teräsvalimoista, sekä puu- ja turvelämmityksestä.

 

Pintakäsittelylaitoksilla on nykyään hyvin tehokkaat puhdistuslaitteet ja sen vuosittaiset sinkkipäästöt (v. 2002) ovat vain 2 tonnia. Suurehkon kuumasinkityslaitoksen päästöt ovat nykyään n. 20–25 kg per vuosi, mikä on neljä kertaa pienempi kuin asetettu raja-arvo.


Kuvat 2 ja 3 osoittavat kuinka sinkkipäästöt ilmaan ja veteen ovat pienentyneet viimeisten vuosikymmenten aikana.


b) Sekalaiset päästöt
Sekalaiset päästöt syntyvät etupäässä koorroosiosta, liikenteen kulutuksesta (renkaat, asvaltti, jarrupalat) ja kotitalousjätteestä. Osa tulee myös ilmakehän kautta tulevasta laskeumasta, joka on peräisin muiden maiden päästöistä. Trendi on laskeva ja viimeisten 10 vuoden aikana sekalaiset päästöt ovat vähentyneet 40 %. Suuri tähän vaikuttava tekijä on, että ilman rikkidioksidipitoisuus on laskenut merkittävästi koko Euroopassa.

 

Kuva 2. Sinkkipäästöt ilmaan vuosina 1977 - 2009. Kuva 3. Sinkkipäästöt veteen vuosina 1977 - 2009.

 

 

 

Alkusivu