Varmförzinkat stål förekommer i en rad olika applikationer i samhället, t.ex. i vägräcken, stolpar, utrymningstrappor, staket, parkbänkar, papperskorgar och många andra produkter. I stort sett är allt stål som används utomhus varmförzin-kat. Även lackerade produkter är oftast varmförzinkade under färgen.

Vilken inverkan har användningen av zink i samhället på miljö och natur? Frigörs, ”läcker”, det zink i någon större utsträckning från varmförzinkade produkter? För att få svar på de här frågorna har Nordic Galvanizers, branschorganisationen för varmförzinkningsföretag i Norden, deltagit i ett internationellt forskningsprojekt som drivs av avdelningen för Korrosionslära på Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) i Stockholm sedan snart 10 år tillbaka. Inom projektet uppmäts bland an-nat avrinningshastigheter av zink från ett antal varmförzinkade provpaneler upp-satta i Stockholms innerstad, samt i Brest, en marin miljö i Frankrike.

Forskningsarbetet har tydligt visat att korrosionen, dvs. bildandet av korrosions-produkter på ytan, och avrinningen, frigörelse av zink från ytan, hos varmförzin-kade föremål är två helt skilda processer. Beroende på miljö bidrar bildandet av korrosionsprodukter till att korrosionshastigheten minskar med tiden. Interaktio-nen mellan fukt och regn innebär att en del av korrosionsprodukterna kan lösas upp och frigöras. Denna avrinningshastighet är avsevärt lägre än korrosionshas-tigheten. Den största andelen av den korroderade zinken är bunden till ytan och korrosionsprodukterna.

I Stockholms innerstad korroderar zink med en hastighet av cirka 0.5 µm per år under det första exponeringsåret. Jämfört med andra storstäder är korrosionen låg, vilket visar att Stockholm är en relativt ren miljö ur ett föroreningsperspektiv. I Sverige i övrigt varierar korrosionshastigheten typiskt mellan 0.5 och 4 µm per år beroende på lokala miljövariationer. Under senare år har zinkens korrosions-hastighet i västra Europa sjunkit avsevärt. Orsaken är framför allt minskad halt svaveldioxid i luften, vilket beror på ett reducerat användande av, och lägre sva-velinnehåll, hos eldningsoljor.

Kurvorna för förekomst av svaveldioxid i atmosfären och zinkens korrosion följs åt. Mät-resultat från Stockholm under tidsperioden 1977-1993. (Ref. Landner&Lindeström, Miljö-forskargruppen, 1996.)

Avrinningshastigheten av zink från varmförzinkade produkter påverkas av en rad Avrinningshastigheten av zink från varmförzinkade produkter påverkas av en rad Aolika parametrar, som till exempel regnintensitet, regnmängd, regnvattnets pH-värde, relationen mellan torr- och våttid, förekomst av luftföroreningar, regnets infallsvinkel mot den varmförzinkade ytan samt ytans struktur.

Regn med hög intensitet ger en kort kontakttid med zinkytan och därmed lägre

Varmförzinkat stål i samhället

Varmförzinkade produkter utsättsför väder och vind. Zinken korro-derar och delar av korrosionspro-dukten sköljs av och kommer ut i vattendrag och jord.

Varmförzinkade produkter fi nns överallt i samhället.

Hur påverkas människor, djur och grödor?

Forskningsprojektet har Forskningsprojektet har visat att visat att avrinningen är avsevärt lägre änkorrosionen. Siffror från mätningar i Brest, marin miljö.

Mars 08

avrinning än vad regn med låg intensitet och lång kontakttid ger. Den årliga avrinningshastigheten påverkas i hög grad av hur stor den totala regnmängden varit under året. Torrare år ger lägre avrinning än år då det regnat mycket.

Det är viktigt att komma ihåg att den totala avrinningshastigheten av zink inte är ett mått på hur miljön kommer att påverkas. Här måste istället den biotillgängliga delen av den avrunna zinken beaktas, vilken beror av zinkens kemiska form. För att ett ämne, t.ex. zink, ska kunna tas upp av levande organismer måste det vara biotillgängligt. Biotillgänglighet är ett mått på hur lätt en organism kan ta upp ett visst ämne, exempelvis ett näringsämne, en metall eller ett miljögift. Zink har en förmåga att komplexbindas i svårlösliga föreningar som generellt har låg biotillgänglighet.

Zink utvinns från mineral och anrikas till metallisk zink. Den metalliska zinken används t ex till varmförzinkning av stål. Den varmförzinkade ytan utsätts för korrosion och nötning, varvid en viss andel av den korroderade zinken kan frigöras från ytan och följa med regnvattnet. Merparten av zinken komplexbinds dock snabbt samt binds upp av olika fasta ytor, varvid den biotillgängliga andelen minskar markant. Den del av zinken som förekommer som t.ex. fria joner, Zn(H2O)6

2+, är biotillgänglig och kan ha en inverkan på omgivningen. Alla metaller strävar dock efter att återgå till sitt naturliga tillstånd, dvs som mineral. Detta gäller även zink, och de fl esta korrosionsprodukter som bildas är naturligt förekommande mineral. Kretsloppet är slutet.

Avrinning vid exponering i stadsmiljö

Resultat från forskningsprojektet på KTH visar att avrinningshastigheten från varmförzinkade produkter är högst i början då produkten är ny. Redan efter en kort tid sjunker avrinningshastigheten betydligt. Under den första månaden uppvisar varmförzinkat stål exponerat i Stockholm en avrinningshastighet som motsvarar 0.77 µm per år. Efter ett år har denna hastighet minskat markant till 0.39 µm per år. Fortsatt exponering medför ytterligare reduktion av hur mycket zink som årligen frigörs. Efter nio års exponering i Stockholm är avrinnings-hastigheten cirka 0.20 µm per år. Eftersom den årliga regnmängden varierar från år till år, redovisas avrin-ningshastigheten även separat för varje år under den nioåriga exponeringstiden.

Avrinningshastighgeten avtar med tiden i takt med att ett skyddande skikt av korrosionspro-dukter bildas.

Zinkavrinningen per år i Stockholm under de nio år som projektet pågått.

Avrinning vid exponering i marin miljö

Varmförzinkning + färg = Duplex

Avrinning från duplexbehandlat stål ex-ponerat i Stockholm. ”Blanka prover” är referensprover utan beläggning. Zinkavrin-ningen som uppmätts från dessa är zink från omgivningen, luftföroreningar mm.

Enligt standard SS-EN ISO 12944-2 fi nns det fem olika korrosivitetsklasser för atmosfäriska miljöer, C1-C5, där C5 motsvarar den mest korrosiva miljön. Provningsstationen Brest i Frankrike är klassad som C3-C4 med årliga korrosionshastigheter av zink som typiskt varierar mellan 1.5 och 2.1 µm per år. De uppmätta avrin-ningshastigheterna under de tre år som studien i Brest pågått är avsevärt lägre, mellan 0.40 till 0.49 µm per år. Årsvariationerna beror främst av skillnader i årlig regnmängd. På grund av mycket våta förhållanden är ef-fekten av höga depositionshastigheter av klorider relativt liten när det gäller avrinningshastigheten.

Avrinningshastigheter av zink från varmförzin-kat stål exponerat i en marin miljö av korrosivi-tetsklass C4.

Marin exponeringsplats i Brest, Frankrike. Provningsplatsen är belägen längst ut på piren. Plåtarna är monterade på ett ur kor-rosionssynpunkt ogynnsamt sätt för att erhålla maximal expone-ring för väder och vind, dvs. i 45º lutning, riktade mot söder.º lutning, riktade mot söder.º

I vissa fall kompletteras varmförzinkade stål med lackering av ytan, vilket kallas duplexbehandling. Förutom att detta ger en kraftfull förstärkning av korrosionsskyddet, kan valfria kulörer erhållas. Målade konstruktioner utomhus, till exempel parkbänkar och papperskorgar, är ofta varmförzinkade under färgen.

Inom det internationella forskningsprojektet på KTH har avrinningsprocessen från duplexbehandlade ytor stu-derats under tre år, både i Stockholm och i Brest. Studien har visat att avrinningshastigheten från duplexbe-handlat stål är avsevärt lägre än från enbart varmförzinkat stål i båda dessa miljöer. Det duplexbehandlade stålet uppvisar avrinningshastigheter av zink i nivåer jämförbara med bakgrundsnivåerna, vilka härrör från de-position av zink från omgivningen från naturliga och eventuella antropogena källor. För att få ett korrekt värde på avrunnen zink från de duplexbehandlade proverna beräknas differensen mellan duplex- och blankprov. Detta gav följande resultat: 0.0017 µm år 1, 0.0015 µm år 2 och 0.0001 µm år 3 i Stockholm. I Brest, där stark UV-strålning och aggressiva klorider påverkar lackskiktet, noterades en svag ökning i zinkavrinning från år 1 till 3, se fi guren nedan till höger.

Avrinningshastigheten av zink från duplexbehandlat stål är avsevärt lägre än från enbart varmförzinkat stål i både Stockholm (t.v.) och Brest (t.h.)

Nordic Galvanizers, Drottning Kristinas Väg 48, SE-114 28 Stockholm, Sweden, Tfn + 46 (0)8 446 67 60, Fax + 46 (0)8 446 67 67

www.nordicgalvanizers.com, info@nordicgalvanizers.com

Vill du veta mer om varmförzinkning eller zink i samhälle och miljö går det bra att kontakta Nordic Galvanizers, branschföreningen för varmförzinkningsföretag i Norden.

Zinkens miljöinteraktion

Avrunnen zink från varmförzinkade ytor transporteras med regnvattnet till den omgivande miljön där dess koncentration gradvis späds ut genom kontakt med andra vattenmassor från dagvatten, vattendrag och av-lopp. Resultat från det internationella forskningsprojektet på KTH har visat att fasta ytor nära en byggnad eller konstruktion, t.ex. trottoarer, betong och jord, naturligt har en kapacitet att binda upp den frigjorda zinken samt markant reducera dess biotillgängliga andel. Studier av växelverkan mellan zinkinnehållande regnvatten och jord har till exempel visat att den största andelen avrunnen zink (96-99.8%) binds upp av jorden, och att den biotillgängliga andelen efter att ha passerat jorden inte längre är i en biotillgänglig form.

Viktiga slutsatser

� Avrinningshastigheter och korrosionshastigheter är två proces-ser som sker oberoende av varandra.

� Avrinningshastigheten är avsevärt lägre än korrosionshastighe-ten.

� I kontakt med dagvatten eller andra vattenmassor sker en sig-nifi kant utspädning samt förändring av den biotillgängliga andelen avrunnen zink.

� För överläggningar gällande eventuell miljöpåverkan på grund av avrunnen zink skall den biotillgängliga andelen beaktas snarare än totalhalten.

� Växelverkan mellan zink i avrinningsvattnet och fasta ytor och organiskt material medför att en stor andel zink binds upp naturligt samt att den biotillgängliga andelen zink reduceras markant genom komplexbindning i bland annat svårlösliga föreningar.

För ytterligare information gällande forskningsprojektet; kontakta Docent Inger Odnevall Wallinder, Tekn. Dr., ingero@kth.se, www.corrosionscience.se, 08-7906621.

Avdelningen för Korrosionslära på KTH utför fundamental och tillämpad forskning som till stor del genom-förs i nära samarbete med nationell och internationell industri. Forskningen är experimentellt inriktad för en ökad förståelse av korrosionsprocesser ur ett ytperspektiv. På senare år är avdelningen även verksam inom området för hälso- och miljörelaterade frågeställningar som ett resultat av korrosion.

Utspädning genom kontakt med dag-vatten eller andra vattenmassor.

Samverkan mellan varmförzinkade ytor och omgivande miljö.