Nickel

 

OBS Remissversion - texterna är fortfarande under bearbetning och ska enbart ses som utkast. Finns det direkta fel? Hittar du enkelt det du vill, dvs är strukturen bra? Finns det ord/begrepp som behöver förklaras? Vi tar tacksamt emot förslag på ändringar/tillägg via e-post till This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.. Texterna kommer kontinuerligt att uppdateras och revideras och layouten förbättras. 

Inledning

Nickel förekommer naturligt i miljön och kan ha sitt ursprung från jordlager, berggrund eller vara resultat av en förorening. Metallen har många användningsområden där majoriteten av världens nickel går till framställning av rostfritt stål, men också för att skapa olika typer av ytbehandlingar och legeringar. Andra användningsområden för nickel är uppladdningsbara batterier, smycken och mynt.

I mark och vatten förekommer nickel i varierande halter beroende av jordtyp, bergart eller mineraliseringar. I vatten påträffas nickel framförallt som tvåvärt positiva joner och i organiska komplex. Högre halter kan förekomma på grund av utsläpp från industri eller avloppsreningsverk. I mark binder nickel relativt hårt till organiska material, men vid lägre pH och oxiderande förhållanden ökar lösligheten och dess rörlighet i mark och vatten (SGU geokemisk atlas).

 

 Nickel electrolytic and 1cm3 cube
 Figur 1. Elektrolytiskt raffinerad nickel. Foto:  Alchemist (www.pse-mendelejew.de)

 

Egenskaper

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Nickel förekommer i olika former fördelat mellan löst, kolloidal och partikulär fas i naturliga miljöer samt i ren metallisk form. Nickel har en densitet på 8,908 g/cm3, en smältpunkt på 1455°C och en kokpunkt på 2730°C. Nickel är en bra ledare av elektrisk ström, magnetisk och har stor motståndskraft mot oxidering. Metallen klassas som övergångsmetall och är hård, smidbar och böjbar och brukar räknas in i gruppen järnmetaller tillsammans med järn och kobolt, vilka alla tre är ferromagnetiska.

Nickel uppträder främst i oxidationstillstånden (Ni0 Ni+ Ni2+ Ni3+) och binder till organiskt material men även till järn- och manganoxider vid höga pH-värden. Nickel beter sig på liknande sätt som kadmium, kobolt och zink och innebär att lermineral, organiskt material och oxider har betydelse för Kd-värdet. Då nickel ofta ingår i sulfidmineral binder det även till sulfider i reducerande miljöer (NV rapport 5536).  

 

Naturlig förekomst och bakgrundshalt

Nickel förekommer naturligt i jordskorpan och korrelerar ofta som spårelement i ultramafiska och mafiska bergarter (SGU rapport 2013:01). I Sverige förekommer mineraliseringar med nickel i flera olika regioner men hittas oftast som spårelement i sulfidområden där den finns i många sulfid- och arsenidmineral, t.ex. pyrit och kopparkis. En annan viktig källa för nickel är svartskiffer som förekommer i Jämtland, Västergötland, Skåne och södra Öland (SGU geokemisk atlas).

I mark finns de högsta koncentrationerna av nickel i Kaledoniderna där de ultramafiska och mafiska bergarterna ofta hittas. Nickelanomalier hittas ofta tillsammans med arkeiska gnejser eller diabasgångar. Dessa är vanliga i norra delen av Lappland respektive i centrala och södra Sverige. Högre halter i morän förekommer ofta tillsammans med mineraliseringar som innehåller krom, kobolt och koppar (SGU geokemisk atlas). I Naturvårdsverkets indata för riktvärdesmodellen anges en halt på 22,1 mg/kg TS som bakgrundshalt för morän för 90-percentilen.

Bakgrundshalter av nickel i morän i Sveriges län finns här.

I grundvatten kan de naturliga halterna av nickel variera, om än i låga halter, beroende av bergarter och närliggande mineraliseringar. Enligt SGU:s tillståndsklassning för grundvatten kan en låg nickelhalt i grundvatten ligga mellan 0,5-2 μg/l. Medianhalten för nickel inom den nationella miljöövervakningen för ytligt grundvatten är 0,38 μg/l, och den 90:e percentilen 2,5 μg/l (SGU rapport 2013:01). Vid halter över 20 μg/l anses det otjänligt som dricksvatten (LIVSFS 2017:2).

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 och verksamheter

Historiskt har nickel varit känt för människan länge, metallen har kunnat spårats så långt tillbaka som till 3500 f.Kr. men det var först på 1750-talet som det fastställdes som ett eget grundämne (wikipedia.se). Idag utvinns nickel ofta som biprodukt till kobolt. Nickel finns i ett flertal mineral men ofta i sparsamma och inte i ekonomiskt brytvärda mängder i Sverige.

Av den totala mängden nickel används majoriteten till att framställa rostfritt stål, men också för att skapa olika typer av ytbehandlingar och legeringar som tål höga temperaturer. Det är därför vanligt med nickellegeringar i jetmotorer, raketer och gasturbiner. Andra användningsområden för nickel är uppladdningsbara batterier, katalysatorer, smycken och mynt. I och med elektrifieringen av fordonsflottan förväntas efterfrågan på nickelmetallhybridbatterier öka, där nickel används tillsammans med bland annat kobolt. Där har studier visat att det finns tekniska fördelar med högre nickelinnehåll i batterier vilket väntas öka efterfrågan av nickel ytterligare framöver (SGU rapport 2021:1).

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

Utsläpp av nickel till vatten delas ofta in i punktkällor och diffusa källor. De största utsläppen från punktkällor brukar komma från smältverk och gruvavfall vilket kan orsaka en mycket stor spridning i miljön (NV rapport 5536).  I Sverige står avloppsreningsverk och industrier för ca 8 % av den totala belastningen av nickel till vatten. Bidraget från diffusa källor är betydligt högre än för punktkällor där läckaget från jordbruks- och skogsmark är de största källorna till diffus emission av nickel men där även atmosfärisk deposition och dagvatten bidrar till viss del (SMED rapport 106 2012). Utsläpp via dagvatten i framförallt urbana miljöer förklaras av att nickel återfinns i däck, bromsbelägg, bilkarosser från äldre bilar och asfaltsbeläggning (SMED rapport 12 2018).

Spridningsvägar för olika faser och medier

Jord

I marken förekommer nickel bundet till organiskt material och vid höga pH-värden kan det även bindas till Fe-, Al- och Mn-oxider vilket begränsar mobiliteten. I reducerande miljö är nickel även bundet i sulfider. I stora drag är markkemin för nickel mycket lik den för kobolt och zink. Nickel är lättlösligt och mobilt vid låga pH-värden, men binds starkt i marken vid höga pH-värden (NV rapport 5536).

Sediment

I urbaniserade områden är halterna av nickel i sediment ofta starkt påverkade av lokala föroreningskällor från industri och reningsverk. Men nickel tillförs även sediment, om än i små mängder, via atmosfäriskt nedfall från förbränning av fossila bränslen, metallindustrier och framställning av pappersmassa (SMED rapport 12 2018). Enligt Institutionen för miljöanalys SLU är tillförseln av nickel till svenska sjöar förhöjd i södra Sverige där ytsediment visat upp till en faktor 1.3 över bakgrundsnivå i individuella sjöar. Även om sedimentbundna metaller överlag har låg mobiliseringsgrad så kan nickel vid höga halter i de övre sedimentskikten mobiliseras genom erosion, resuspension och bioturbation.

Vatten

Den dominerande formen i vatten är jonform (Ni2+) samt dess olika komplex med karbonater och DOC. Nickel komplexbinds till organiskt material i jord och med oxider av järn, aluminium och mangan och är relativt lättlösligt vid låga pH-värden (NV rapport 5536). De naturliga halterna i grundvattnet kan variera då nickel förekommer som spårelement i ultramafiska och mafiska bergarter och är lättlösliga och stabila i oxiderande miljöer, vilket innebär att den kan transporteras via markvatten och grundvatten till vattendrag (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. Nickel är ett nödvändigt spårämne och behövs i små mängder för normal tillväxt och utveckling av växter och djur. Toxiska halter av nickel kan förekomma i växter trots att de endast behöver små mängder, i synnerhet vid lågt pH. Det finns en viss risk för anrikning av nickel i näringskedjan och kan i höga koncentrationer även påverka den mikrobiella aktiviteten i marken och leda till försämrad grobarhet och produktion. Nickelhalter på ca 100 mg/kg påverkar mineraliseringen av kväve och nitrifikationen i mark (NV rapport 5158).

Hälsoeffekter

Den absolut vanligaste hälsoeffekten av nickel är kontaktallergi. Allergi mot nickel förekommer hos ca 14 % av den vuxna befolkningen i Europa, där 30-40 % utvecklar handeksem. Allergin beror framförallt på hudkontakten med föremål av metall och legeringar som avger nickeljoner, till exempel smycken, klockor, knappar, mynt och nycklar (ki.se). Symtom för nickelallergi är rodnad, svullnad och små vattenfyllda blåsor där kontakten mellan nickel och huden ägt rum (livsmedelsverket.se). Akut nickelförgiftning vid oralt intag av lösliga nickelföreningar kan leda till huvudvärk, yrsel och illamående. Inom vissa yrkesmiljöer kan också nickel tas upp via inandning.

 

Riskbedömning

Då nickel 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. För nickel finns ett fåtal projekt där biotillgängligheten i jord har mätts, bland annat i ett projekt där jord från ett antal lekplatser i Uppsala undersökts. Där visade mätningar att ca 5 % av jordens nickel var biotillgängligt (Ljung, Karin 2006). Vid bedömning av kemisk status enligt miljökvalitetsnormerna för ytvatten baseras de utifrån mätvärden som avser biotillgänglig halt av nickel (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 naturligt i sig nickel genom livsmedel. De livsmedel som innehåller mest nickel är nötter, kakao, bönor, linser och fullkorn av vissa spannmål (livsmedelsverket.se). Nickel kan också lösas ut från olika typer av tillagningskärl (kaffeapparater, vattenkokare etc.) efter avkalkning och kan då ge ett betydande intag av nickel. Nickel finns även i låga halter i dricksvatten och vid provtagning bör det beaktas att det är mycket vanligt att korrosion på dricksvattenledningar kan ge högre nickelhalter. En nickelhalt över 20 µg/l innebär att vattnet är otjänligt som dricksvatten (SGU rapport 2013:01). Europeiska Livsmedelssäkerhetsmyndigheten (Efsa) har tagit fram ett tolerabelt intag (TDI) på 13 µg/kg kroppsvikt per dag (livsmedelsverket.se). Vuxnas intag av nickel ligger normalt under TDI även om man konsumerar mycket av exempelvis nötter, bönor och fullkorn.

Miljö

Jord

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

Skydd av ytvatten

Vid bedömning av kemisk status för sjöar och vattendrag baseras den utifrån mätvärden som avser biotillgänglig halt av nickel. Gränsvärdet för kemisk status är 4 µg/l (biotillgänglig halt).

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 nickel ganska hårt till organiska material och vid lägre pH (pH<6) ökar lösligheten för nickel och dess rörlighet i mark och vatten. Speciellt 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 nickel 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.

 

Referenser

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

Karolinska Institutet, Institutet för miljömedicin. Nickel. https://ki.se/imm/nickel, juli 2021.

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

Livsmedelsverket, Nickel https://www.livsmedelsverket.se/matvanor-halsa--miljo/sjukdomar-allergier-och-halsa/allergi-och-overkanslighet/nickel, juli 2021

Ljung, Karin 2006. Metals in urban playground soils. Diss. Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis Agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2006:81; ISBN 91-576-7130-3.

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.

SGU. Mineralnäring och samhälle. https://www.sgu.se/mineralnaring/mineralnaring-och-samhalle/, juli 2021.


SGU rapport 2021:1. Mineralmarknaden 2020. Tema Kobolt.

https://resource.sgu.se/dokument/publikation/pp/pp202101rapport/pp2021-1-rapport.pdf

SMED Rapport Nr 12 år 2018. Belastning och påverkan från dagvatten. https://www.naturvardsverket.se/upload/miljoarbete-i-samhallet/miljoarbete-i-sverige/regeringsuppdrag/2019/belastning-och-paverkan-fran-dagvatten-smed-underlagsrapport.pdf

SMED Rapport Nr 106 2012. Diffusa emissioner till luft och vatten,

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/, juli 2021.


Sveriges lantbruksuniversitet, SLU, Metaller i sediment. http://info1.ma.slu.se/sediment/, juli 2021

Wikipedia, Nickel https://sv.wikipedia.org/wiki/Nickel, juli 2021