مقدار آلومینیوم موجود در آب دریا از حدودا 0.013 تا 5 ppb متغیر است. می دانیم که روی موجود در اقیانوس اطلس بیشتر از اقیانوس آرام است.ذآب رودخانه ها معمولا حاوی 400 ppb آلومینیوم است.
آلومینیوم معمولا در شرایط اسیدی به صورت Al3+ (aq)و در شرایط خنثی و قلیایی به صورت Al(OH)4- (aq) یافت می شود. سایر فرم های آن عبارتند از AlOH2+ (aq) و Al(OH)3 (aq).
آلومینیوم به چه طریق و به چه صورتی با آب واکنش می دهد؟
فلز آلومینیوم به سرعت یک لایه نازک چند میلی متری از اکسید آلومینیوم تشکیل می دهد که مانع از از واکنش این فلز با آب می شود. هنگامی که این لایه خورده شود یک واکنش صورت می گیرد و گاز هیدروژن به شدت قابل اشتعال منتشر می شود.
کلرید آلومینیوم در آب هیدرولیز می شود و زمانی که با هوا تماس پیدا می کند یک مه تشکیل می دهد، زیرا هنگامی که با بخار آب واکنش می دهد قطره های اسید هیدروکلریک تشکیل می شود.
یون های آلومینیوم در سایر ترکیبات هم هیدرولیز می شوند، و این فرایند تا اتمام زمانی که بار کاتیونی ادامه می یابد و با تشکیل هیدروکسید به واکنش خاتمه می دهد. آغاز واکنش هیدرولیز به شرح زیر است:
Al3+(aq) + 6H2O(l) <-> [Al(H2O)6]3+ (aq)
انحلال پذیری آلومینیوم و ترکیبات آن
اکسید آلومینیوم و هیدروکسید آلومینیوم فراوان ترین ترکیبات آلومینیوم هستند و هر دو نامحلول در آب می باشند.
اکسید آلومینیوم ممکن است به هر دو به صورت قلیایی (2Al2O3 (s) + 6H+ (aq) -> Al3+ (aq) + 3H2O (l)) و اسیدی (2Al2O3 (s) + 2OH- (aq) -> AlO2- (aq) + H2O (l)) در آب وجود دارند. به عنوان یک نمونه از ترکیبات آلومینیوم محلول در آب، می توان سولفات آلومینیوم با حلالیت در آب 370 گرم بر لیتر را نام برد.
علت وجود آلومینیوم در آب چیست؟
آلومینیوم در طول هوازدگی کانی های فلدسپار، مانند ارتوکلاز، آنورتیت، آلبیت، میکا و بوکسیت تشکیل می شود و سپس به کانی های رسی وارد می شود. تعدادی از سنگ های قیمتی حاوی آلومینیوم هستند، برای مثال یاقوت و یاقوت کبود از این دسته اند. در حال حاضر، تنها آهن و فولاد در مقادیری بیشتر از آلومینیوم تولید می شود.
به علاوه، آلومینیوم تا حد زیادی بازیافت می شود، زیرا این کار به وضوح امکان پذیر است. از این ماده به عنوان مثال در قاب، دستگیره ی در، بدنه ی خودرو، قطعات هواپیما (رابطه وزن / قدرت آن بسیار مطلوب است)، موتور، کابل و قوطی کنسرو استفاده می شود. آلومینیوم منعکس کننده خوبی است و به همین دلیل در آینه خورشیدی و پتوهای منعکس کننده ی حرارت به کار می رود. آلومینیوم برای تهیه ی قوطی کنسرو، سیم کشی و آلیاژها استعمال می شود.
نمک های آلومینیوم اغلب به آب اضافه می شوند تا واکنش ته نشین سازی برای حذف فسفات را آغاز کنند. در نتیجه، لجن فاضلاب موجود در تصفیه ی آب با PH بین 6.8 و 7.3 به صورت هیدروکسیدها موجود است.
آلوم ها به عنوان کود در مزارع چای و سایر ترکیبات آلومینیوم در تولید کاغذ استفاده می شوند. آلیاژهای مانند دورالمینیوم به این دلیل که از آلومینیوم قوی تر هستند استعمال می شوند. فوم آلومینیوم را در تونل ها به عنوان ماده ی مانع نفوذ صدا به کار می برند.
نمونه های دیگر از کاربردهای آلومینیوم عبارتند از استفاده از کلرید آلومینیوم در فرآیندهای ترک خوردگی، اکسید آلومینیوم به عنوان یک ساینده و یا برای تولید اشیاء قابل اشتعال، آلومینیوم سولفات به عنوان یکی از مواد اولیه در تهیه ی چسب کاغذ، چرم، ماده ثابت کننده و لاستیک مصنوعی، و هیدروژن آلومینیوم به عنوان یک عامل هیدراته کننده و کاهنده.
آلومینیوم به عنوان یک آئروسل در لایه های سطحی اقیانوسی و در آب موجود است. علتش هم این است که گرد و غبار آلومینیوم در آب می ریزد. ذرات از طریق رواناب سطحی یا انتقال جوی به آب وارد می شوند.
به طور کلی، با افزایش عمق آب غلظت آلومینیوم نیز افزایش می یابد.
اثرات زیست محیطی آلومینیوم بر آب کدام اند؟
آلومینیوم ممکن است به روش های مختلفی بر زندگی خشک زیان و آبزیان تاثیر منفی بگذارد. غلظت معمول آلومینیوم در آب های زیرزمینی حدود 0.4 ppm است، زیرا در خاک به صورت هیدروکسید نامحلول در آب موجود است. در pH زیر 4.5 ، حلالیت به سرعت افزایش می یابد، و همین امر باعث می شود که غلظت آلومینیوم به بالاتر از 5 ppm برسد. این اتفاق همچنین ممکن است درهای pH بسیار بالا رخ دهد.
یون های محلول Al3+ برای گیاهان سمی هستند. این یون ها بر ریشه ها تاثیر گذاشته و مصرف فسفات را کاهش می دهند. همانطور که در بالا ذکر شد، زمانی که مقدار pH افزایش می یابد آلومینیوم حل می شود. این امر ارتباط بین باران های اسیدی و غلظت آلومینیوم خاک را توضیح می دهد. به هنگام افزایش رسوب نیترات، مقدار آلومینیوم نیز افزایش می یابد، اما این مقدار در زیر سطوح بزرگ خلنگ زار ها و زمین های کشاورزی کاهش می یابد. این مقدار در خاک جنگل نیز افزایش می یابد.
آلومینیوم یک ماده غذایی لازم برای گیاهان نیست، اما ممکن است اثرات مثبتی بر رشد برخی از گونه ها داشته باشد و به دلیل توزیع گسترده آن در خاک، توسط تمام گیاهان مصرف می شود. گونه های چمن ممکن است غلظت های آلومینیوم بالاتر از از 1٪ جرم خشک را در خود ذخیره کنند. باران اسیدی مواد معدنی را در خاک حل می کند و آن ها را به منابع آب می ریزد. این امر ممکن است باعث افزایش غلظت آلومینیوم در رودخانه ها و دریاچه ها شود.
آلومینیوم به طور طبیعی در غلظت های بسیار پایینی در آب موجود است. غلظت های بالاتر ناشی از زباله های استخراج معدن ممکن است اثرات منفی بر جامعه ی زیستی آبزیان بگذارد. وجود آلومینیوم با غلظت 0.1 میلی گرم و بیشتر، در آب های اسیدی و بدون میان گیر برای ماهی ها سمی است. کمبود الکترولیت نیز به طور همزمان بر نفوذپذیری مرغان دریایی تاثیر گذاشته و به سلول های سطحی آن ها آسیب می رساند. عمدتا آلومینیوم سمی در pH 5.0-5.5 برای ماهی ها سمی است. یون های آلومینیوم در مرغان دریایی ذخیره شده و راه خروجشان با یک لایه لزج مسدود می شود که تنفس را محدود می کند. هنگامی که مقدار pH کاهش می یابد، یون های آلومینیوم از طریق کلسیم بر مقررات نفوذپذیری مرغان دریایی تاثیر می گذارد.
این امر فقدان سدیم را افزایش می دهد. کلسیم و آلومینیوم متضاد هستند، اما افزودن کلسیم نمی تواند فقدان الکترولیت را جبران کند. این امر عمدتا در حیوانات جوان به وقوع می پیوندد. معلوم شده است که غلظت آلومینیوم 1.5 میلی گرم بر لیتر منجر به مرگ ماهی قزل آلا می گردد. این عنصر همچنین رشد ماهی استخوانی آب شیرین را تحت تاثیر قرار می دهد.
فیتوپلانکتون حاوی حدود 40-400 ppm آلومینیوم است (جرم خشک)، که در مقایسه با آب دریا منجر به عامل غلظت زیستی 104-105 می شود.
موجودات زمینی نیز حاوی مقادیری از آلومینیوم هستند. برای مثال: پشه لارو 7-33 ppm و دم فنری 36-424 ppm (جرم خشک). مقادیرpH و غلظت آلومینیوم، با هم مرگ و میر لارو را تعیین می کنند.
تعدادی از مقادیر LD50 آلومینیوم برای موش ها شناخته شده است. برای مصرف خوراکی، این دوز 420 میلی گرم بر کیلوگرم برای کلرید آلومینیوم و3671 میلی گرم بر کیلوگرم برای آلومینیوم نوناهیدرات است. مکانیسم سمیت عمدتا بر مبنای مهار آنزیم است.
فقط یک ایزوتوپ غیر رادیواکتیو آلومینیوم به طور طبیعی وجود دارد. هشت ایزوتوپ ناپایدار نیز دارد.
عوارض بهداشتی آلومینیوم موجود در آب کدام اند؟
غلظت کل آلومینیوم در بدن انسان حدود 9 ppm است (جرم خشک). در برخی از اندام ها، به ویژه طحال،کلیه و ریه، تا غلظت 100 ppm(جرم خشک) نیز ممکن است وجود داشته باشد. مصرف روزانه آلومینیوم حدود 5 میلی گرم است که تنها بخش بسیار کوچکی از آن جذب می شود. به همین دلیل سمیت حاد آن نسبتا کم است. جذب آن حدود 10 میکروگرم در روز است. این مقدار برای انسان بی ضرر در نظر گرفته می شود. سیلیسیوم ممکن است جذب آلومینیوم را کاهش دهد. با این حال، زمانی که عنصر خورده شده و وارد بدن شد، به راحتی نمی توان آن را حذف کرد.
مصرف زیاد آلومینیوم ممکن است اثرات منفی بر سلامت بگذارد. این ماده با آسیب های عصبی ارتباط دارد. به ویژه افراد مبتلا به آسیب کلیوی در معرض ابتلا به مسمومیت آلومینیوم هستند. خطر آلرژی نشان دادن نیز وجود دارد. آلومینیوم احتمالا جهش زا و سرطان زا است. ارتباط بین جذب آلومینیوم و افزایش تعداد موارد آلزایمر مشکوک است. با این حال، هنوز مشخص نیست زیرا غلظت آلومینیوم همیشه با افزایش سن افزایش می یابد. افزایش مصرف آلومینیوم همچنین ممکن است باعث نرمی استخوان (کمبود ویتامین D و کلسیم) شود.
مصرف آلومینیوم عمدتا از طریق غذا و آب آشامیدنی صورت می گیرد. جدید ترین استانداردها بین 50 تا 200 میکروگرم بر لیتر است. ذرات آلومینیوم ممکن است موجب اختلال عملکرد ریه شوند.
هیچ بیماری شناخته شده ای با کمبود آلومینیوم در ارتباط نیست.
کلرید آلومینیوم ممکن است موجب خوردگی پوست، تحریک غشاء مخاطی چشم، تعریق، تنگی نفس و سرفه شود. آلوم لخته شدن خون را افزایش می دهد.
برای زدودن آلومینیوم از آب، کدام یک از تکنولوژی های تصفیه آب را می توان استفاده کرد؟
آلومینیوم را می توان با استفاده از تبادل یونی یا انعقاد از آب زدود. نمک های آلومینیوم برای واکنش های ته نشینی در تصفیه آب استعمال می شوند. افزودن سولفات آلومینیوم و آهک به آب باعث تشکیل آلومینیوم هیدروکسید شده و منجر به ته نشین شدن آلاینده ها می گردد. هیدروکسید نامحلول در آب است، بنابراین تنها 0.05 ppm آلومینیوم محلول باقی می ماند. این مقدار زیر حد قانونی اعلام شده توسط سازمان بهداشت جهانی (WHO) برای آب آشامیدنی، یعنی 0.2 ppm آلومینیوم است.