Antimon – Nytt fokus på gammelt element

Gudny OkkenhaugNorges Geotekniske Institutt (NGI)Universitetet for Miljø og Biovitenskap (UMB), Institutt for Plante og Miljø

Miljøringen Temamøte, Bergen 11-12. juni 2013

ANTIMON (Sb) I PERIODESYSTEMET

Metalloid

PET flasker(katalysator)

Bruk av antimon

Elektronisk utstyr (flammehemmer)

Tekstiler(flammehemmer)

Ammunisjon(gjør bly hardere)

Historisk

Flame retardants60 %Batteries & alloys

20 %

Other uses20 %

Antimony production

Stibnite (Sb2S3)

Source: U.S. Geological Survey 2004

Naturlig bakgrunnskonsentrasjon Sb:Jord: 1000 mg/l

Jordorganismer: Lite data. EC50 verdier:70 – >1000 mg/kg.

Planter: Liten giftighet.EC50 verdier: 631 – 7549 mg/kg

Priority Pollutant(USEPA, EU)

Ikke essensielt element for organismer.

Avfallsforskriften Kap.9 (deponering), vedlegg II: Strenge krav til utlekking av Sb fra avfall som skal deponeres

ANTIMON – SPESIERING

Scheinost et al. 2006, Geochimica

Forekommer under naturlige miljøforhold somSb(III): Sb(OH)3Sb(V): Sb(OH)6-

ANTIMON - MOBILITET I MILJØET

Leirmineraler• Sjikt-silikater

med stor overflate

• Negativt ladet• Gode sorbenter

for kationer (Pb2+, Cu2+)

• Liten affinitet for Sb(OH)6-

Fe/Mn oksider• Amfotærisk

egenskaper (ladning avhengig av pH)

• Gode sorbenterfor kationer og anioner (avhengig av pH)

SEM Photo: USGS

Naturlig organisk material • Store molekyl med

reaktive funksjonelle grupper

• Negativt ladet ved nøytral-sur pH

• Gode sorbenter for kationer

• Liten affinitet for Sb(OH)6-

Lower pH Higher pH

Sparks, 1999, Soil Physical Chemistry

PbCuZnSb(OH)6-

Sb mining & Processing

Waste to energy

Recycling

Landfill

Products & use

Effluents

Emissions

Flyash

Bottomash

New Products

Compartments EffectsWaste & end of life

Biota

Humans

Air

Water

Soil

Sb2S3

Waste rock

Tailings

Processing Textiles

Plastics

Alloys

Flame retardants

Shooting ranges

ANTIMON - LIVSLØP

XIKUANGSHAN, HUNAN (CHINA) – Verdens største Sb-gruveområde

Stibnite (Sb2S3)

Lengshiujiang: The City of Antimony

GRUVERELATERT Sb-FORURENSNING Waste rock/tailings

Downstream paddy field

Tailing dams

Vegetable garden

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

Sb c

once

ntra

tion

in so

il m

g/kg

Sb konsentrasjoner i jord

Tilstandsklasse 5

Okkenhaug et al. Environmental Pollution, 2011

GRUVERELATERT FORURENSNING –Sb I JORD OG PLANTER

Farlig avfall

Boehmeria nivea (L.)Gaudich (nettel family)4029 mg Sb/kg

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Wat

er e

xtra

ctab

le S

b(V)

(mg

kg-1

)

Utlekking av Sb fra jord (med vann)

Grenseverdi for utlekking – Deponifor farlig avfall

Arachis hypogaca L. (peanut), 314 mg Sb/kg

Forurensning av antimon i (aktive) gruveområder representerer en alvorlig risiko for miljø og mennesker.

Okkenhaug et al. Environmental Science & Technology, 2012

GRUVERELATERT FORURENSNING –OPPTAK AV Sb I RISPLANTER

Average Root concentrations (excluding Fe-plaque): Sb: 515 mg/kg

Average Shoot concentrations: Sb: 11.5 mg/kg

Fe-plaque on roots =Fe oxyhydroxides (release of oxygen from roots to rhizosphere):Sb: 112-127 gSb/kgFe

Soil concentration: 1562 mg Sb/kg

Sb-FORURENSNING RELATERT TIL SKYTEFELT/SKYTEBANER

Photo: FFI Basis skytebaner

Skytevoll

Photo: Forsvarsbygg

Photo: FFI

Feltskytebaner

60% Pb30% Cu8% SbKulene forvitrer avhengig av overflate, nedbør, tilgang til oksygen, pH,

PROBLEMOMFANG

NOU 2004: 27

500 – 800 militære skytefelt/skytebaner i NorgeEier: Forsvarsbygg

> 1000 sivile skytebaner i Norge

?Skiskytebaner

Mange nedlagte militære skytefelt skal ryddes opp og avhendes.

OPPRYDNING AV FORURENSET SKYTEFELTJORD - UTFORDRINGER

Høy utlekking av Sb fra skytefeltjord

Prøve IDCu

mg/kgPb

mg/kgSb

mg/kgZn

mg/kg

Bane 6-bak 200m 0,89 6,08 3,67 0,595

Bane 6-innslag 100m 0,17 3,82 4,98 0,157Bane 17-voll 0,175 0,37 4,4 0,0746

Sjakt 2 0,407 0,609 2,76 0,0774

Gansrød 0,37 2,36 11,7

Bardu 0,607 3,32 13,7 0,0782

Tren 27 0,79 0,835 1,87 1,43

Terb 12 0,447 3,72 27,2 0,143

Rena 1 0,0843 1,58 8,17 0,0326

Rena 3 0,283 2,45 9,95 0,0608

Utlekking overskrider kriteriet for farlig avfallsdeponiUtlekking overskrider kriterier for ordinært avfallsdeponi, men tilfredsstiller farlig avfallsdeponiUtlekking overskrider kriterier for inert avfallsdeponi, men tilfredsstiller ordinært avfallsdeponi

Utlekking ved ristetest (L/S 10)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 20 40 60 80 100 120 140 160CO

ncen

trat

ion

of S

b tot

[mg/

l]

Water to solid ratio [l/kg]Utlekking ved kolonnetest

STABILISERING AV SKYTEFELTJORD

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 20 40 60 80 100 120 140 160CO

ncen

trat

ion

of S

b tot

[mg/

l]

Water to solid ratio [l/kg]

No sorbent Fe0 Fe(OH)3

Gode resultater i lab og felt.

Ferrix-3 (Fe2(SO4)3)

Jernbaserte sorbenter

Okkenhaug et al. Environmental Science & Technology, 2013

ANTIMON I ASKE FRA AVFALLSFORBRENNING

wikipedia.no

MOBILITET AV Sb I BEHANDLET FLYVEASKE

80% av flyveasken fra Skandinaviabehandles ved NOAH, Langøya.

Okkenhaug et al., Journal of Hazardous Material, 2012

10

100

1000

0 100 200 300 400 500 600 700

Sb(V

) con

cent

rati

on (

µg L-

1 )

Time (d)

FA-1 (Treatment 1) FA-2 (Treatment 1)

FA-1 (Treatment 2) FA-2 (Treatment 2)

WHO Sb drinkingwater guideline (20 µg/L)

Oppsummering(eller: minimumskunnskap om Sb for en «miljøringer»)

Priority Pollutant(USEPA, EU)

Scheinost et al. 2006, Geochimica

Elektronisk utstyr (flammehemmer)

Ammunisjon

Sb

LowerpH

Higher pH

Viktige sorbenter: Fe-(hydr)oksider

?

Antimon – Nytt fokus på gammelt elementANTIMON (Sb) I PERIODESYSTEMETLysbildenummer 3Lysbildenummer 4Lysbildenummer 5ANTIMON – SPESIERING ANTIMON - MOBILITET I MILJØETANTIMON - LIVSLØPXIKUANGSHAN, HUNAN (CHINA) – Verdens største Sb-gruveområdeGRUVERELATERT Sb-FORURENSNING GRUVERELATERT FORURENSNING – �Sb I JORD OG PLANTERGRUVERELATERT FORURENSNING – �OPPTAK AV Sb I RISPLANTERSb-FORURENSNING RELATERT TIL SKYTEFELT/SKYTEBANERPROBLEMOMFANGOPPRYDNING AV FORURENSET SKYTEFELTJORD - UTFORDRINGER STABILISERING AV SKYTEFELTJORDANTIMON I ASKE FRA AVFALLSFORBRENNINGMOBILITET AV Sb I BEHANDLET FLYVEASKEOppsummering�(eller: minimumskunnskap om Sb for en «miljøringer»)