| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Grundstofferne i 2. geled - et miljøproblem nu eller fremover?

Bilag 11. Vanadium

11.1 Stofidentitet

Tabel 11.1
CAS Nr., molekylevægt og EINECS Nr. for vanadium

11.2 Fysisk-kemiske egenskaber

Vanadium findes i gruppe VA i det periodiske system. Metallet har valenserne +2 til +5 (V(II) til V(V)) [1]. I vand vil vanadium typisk findes som vanadyl V(IV) eller vanadat V(V) ionen. Forbindelser af sidstnævnte er normalt vandopløselige. Vanadium angribes af svovlsyre og salpetersyre [1]. Udvalgte fysisk-kemiske data for vanadium er vist i tabellen nedenfor.

Tabel 11.2
Fysisk-kemiske data for metallisk vanadium. Data fra [1, 3, 12, 21]

11.3 Anvendelse og forbrug

11.3.1 Anvendelse

Vanadium anvendes frem for alt som et legeringsmetal, som øger hårdheden i stål og indgår i op til 5% i titaniumlegeringer, 2 % i hårdtstål, 0,03 % i handelsstål og 0,08 % i øvrigt stål [2]. Vanadium indgår ligeledes i katalysatorer som vanadiumpentaoxid (V₂O₅) og i visse kemikalier f.eks. pigmenter (BiVO₄) [9]. Vanadium findes også som vanadiumcarbid og anvendes derudover til forskellige typer af wirer og flader, som skal være specielt strækbare [16]. Vanadium anvendes ligeledes i form af organiske vanadiumforbindelser [17]:

Derudover er vanadium hyppigt anvendt i forskellige former for kosttilskud og i vitaminpiller [14, 15].

Vanadium anvendes også som pigment i lervarer og keramik, og stoffet anvendes til farverige smykkesten [18, 19].

11.3.2 Forbrug

Stålbranchen formodes at være den mest betydende aftager af vanadium [9].

Den globale nyproduktion var i 1990'erne omkring 35000 tons/år, hvilket er mere end en tredobling siden 1960'erne. Ud fra pro capitaforbruget i USA anslås forbruget i Danmark til ca. 96 tons.

Tabel 11.3
Den relative fordeling af USA's forbrug og den danske anvendelse af vanadium i 1998 baseret på [9]

Genindvindingen af vanadium sker hovedsageligt fra katalysatorer. I nogle lande produceres vanadium fra olieaske. I Sverige omsmeltes højlegeret stål, som indeholder 1,5-3,5 % vanadium, til nyt vanadiumstål [9].

11.4 Emissioner til og forekomst i miljøet

Der sker en betydelig naturlig tilførsel af vanadium til miljøet ved forvitring. Denne mængde er globalt set på 0,6 millioner tons/år [13], og atmosfærisk emission af vanadium sker fra punktkilder som f.eks. metallurgisk forarbejdning.

Afbrænding af fossile brændsler er den væsentligste antropogene kilde til emission af vanadium til atmosfæren [7]. Vanadium emitteres fra kraftværker og i forbindelse med afbrænding af olie, og disse vurderes at være de væsentligste kilder til vanadiumemission i Danmark. Ud fra det årlige kulforbrug i Danmark i år 2000 på 6,7´ 10⁶ tons (Danmarks Statistik 2001) og et gennemsnitligt vanadium indhold på 10-60 mg/kg (Sternbeck og Östlund 1999) skønnes mængden af vanadium i emissioner og restprodukter i forbindelse med afbrænding af kul at være 67-400 tons. Olie kan indeholde op til 400 mg/kg.

I Europa er den atmosfæriske emission fra antropogene kilder vurderet til 34500 tons/år. Atmosfæriske emissioner vil tilføres det akvatiske og terrestriske miljø via våd- og tørdeposition [7].

I spildevand er vanadiumkoncentrationen fundet til 1,6-6,5 og 2,1-2,8 µg/L for henholdsvis ind- og udløb, mens koncentrationen i afvandet spildevandsslam var 4,5-25,7 mg/kg [4], se også Tabel 11.5.

Det naturlige indhold af vanadium i jordskorpen er højt, og baggrundskoncentrationen i vandmiljøet er i det lave µg/L-niveau, jf. nedenstående tabel.

Tabel 11.4
Typisk baggrundskoncentration af vanadium i miljøet. Data fra [4, 6, 13]

En svensk analyse viste, at koncentrationen af vanadium i forskellige affaldsmatricer ikke er højere end f.eks. baggrundsværdien for sediment [9]. I affaldsstrømmene i Danmark er koncentrationen af vanadium høj i forhold de øvrige metaller i "2.geled", jf. Tabel 11.5. Dette gælder for alle de undersøgte miljøer.

Tabel 11.5
Niveauer af vanadium i samfundets affaldsstrømme ud fra målinger foretaget i efteråret 2001.

11.5 Fareklassificering

Vanadiumpentaoxid (V₂O₅) er optaget på listen over farlige stoffer og klassificeres som sundhedsskadeligt, lokalirriterende, mutagent i kategori Mut3, giftigt ved længere tids påvirkning ved indånding, og reproduktionstoksisk i kategori Rep3 [10]. Vanadiumpentaoxid er desuden klassificeret som miljøfarligt med tildeling af risikosætningerne R51/53, dvs. stoffet er giftig for organismer, der lever i vand, og kan forårsage uønskede langtidsvirkninger i vandmiljøet [10]. Vanadylpyrofosfat er opført som sensibiliserende og divanadylpyrofosfat som sensibiliserende samt giftigt over for vandlevende organismer, og det kan forårsage uønskede langtidsvirkninger i vandmiljøet.

I nedenstående tabel er vist en oversigt over klassificering og risikosætninger for vanadiumforbindelser.

Tabel 11.6
Klassificering af og risikosætninger for vanadiumforbindelser

11.6 Toksikologi

I metallisk form synes vanadium og vanadiumlegeringer ikke at udgøre nogen væsentlig fare for menneskers helbred [12]. Der er dog forbindelser af vanadium, som er toksiske, herunder med mutagene og reproduktionstoksiske effekter. Vanadiumforbindelser optages kun i ringe grad fra mave-tarmkanalen, hvorimod optagelsen gennem lungerne foregår noget lettere. Toksiske effekter er derfor i vid udstrækning begrænset til luftvejene, hvor bronchitis og lungebetændelse er set som følge af industriel eksponering. Indtagelse af vanadium i terapeutisk sammenhæng kan medføre forstyrrelser i mave-tarmkanalen, ændringer i klinisk-kemiske parametre med relation til nyrefuntionen, samt effekter på nervesystemet. Disse effekter ses dog primært ved udsættelse for høje koncentrationer.

11.7 Miljøegenskaber

Vanadiums miljøegenskaber er primært bestemt af vanadyl- og vanadatforbindelserne, dvs. vanadium med oxidationstrin fire og fem. Vanadium er karakteriseret ved, at en stor del er bundet til organisk materiale i f.eks. sediment. Vanadium er et essentielt metal for visse algearter og kan substituere molybdæn i molybdænholdige forbindelser i visse bakterier [13]. Om vanadium er essentielt for alle organismer vides ikke.

11.7.1 Miljøkemi

Vanadium findes i atmosfæren på partikulær form og vil fjernes via våd- og tørdeposition. Vanadium på partikulær form kan spredes over store afstande i forbindelse med afbrænding af olie på grund af dannelse af små partikler med høj opholdstid i atmosfæren [7].

Mobiliteten af vanadium i jord er afhængig af jordens pH-værdi. I neutralt eller svagt basisk miljø er vanadium relativt mobilt i forhold til andre metaller, mens mobiliteten falder i sure miljøer. Ved tilstedeværelsen af humussyrer vil de mobile anioniske metavanadatforbindelser (V(V)) omdannes til kationiske vanadylforbindelser (V(IV)). Dette kan forårsage akkumulering af vanadium [7].

Der kan observeres en vis mobilitet af vanadium under umættede, oxiderende forhold, men mobiliteten er lav under reducerende forhold. Vanadium kan sorbere til lerholdige jordpartikler.

Vanadium findes i det akvatiske miljø som vanadatforbindelserne HVO₄^2- og VO₃^- både i fersk- og saltvand. Dog vil vanadylforbindelser (VO²⁺ og VO(OH)⁺) være dominerende under reducerende forhold. I det akvatiske miljø kan vanadium optages i alger og plankton, og en betydelig del af den totale vanadiummængde vil være associeret med organisk materiale under både oxiderende og reducerende forhold. Ved nedbrydning af organisk materiale vil vanadium frigøres [7].

Vanadium kan bundfældes ved binding med manganoxid og jernhydroxid (Fe(OH)₃).

11.7.2 Økotoksikologi

Datamaterialet for økotoksicitet er begrænset til to tests på ørredarter (med forbindelsen vanadiumpentaoxid). På basis af disse vil vanadiumpentaoxid betegnes som giftig for organismer, der lever i vand.

Tabel 11.7
Testresultater for miljøtoksicitet

11.7.3 Bioakkumulering

Biokoncentreringsfaktorer på henholdsvis 1900 og 400 er fundet for plante- og dyreplankton i Lake Michigan. Dog er lavere biokoncentrationsfaktorer fundet for andre organismer [7].

Akkumulering af vanadium i planter blev påvist i nærheden af et stålvalseværk i koncentration på op til 19,3 mg/kg TS, hvilket svarede til det dobbelte af koncentrationen i kontrolplanter [7].

11.8 Sammenfatning

Vanadium anvendes i legeringsstål og katalysatorer. Afbrænding af kul er sandsynligvis den vigtigste antropogene emissionskilde. Vanadiumpentaoxid klassificeres som blandt andet mutagent og reproduktionstoksisk i kategori 3. Datamaterialet til vurdering af økotoksicitet er begrænset. På basis heraf vil vanadiumpentaoxid betegnes som giftig over for vandlevende organismer.

11.9 Referencer