Elemente / Schwermetalle

Was sind Schwermetalle?

Unter dem Begriff Schwermetalle (SM) wird eine Gruppe von Metallen mit einer Dichte > 5 g/cm³ zusammengefasst.

Zu diesen gehören unter anderem Bismut, Eisen, Kupfer, Blei, Zink, Zinn, Nickel, Cadmium, Chrom, Uran, Quecksilber etc.

Eigenschaften

Schwermetalle werden biologisch nicht abgebaut und können auch nicht zerstört werden. Über die Nahrungskette erreichen sie schliesslich Tier und Mensch. Als Entsorgungsmöglichkeiten bleiben einzig die Umwandlung in unschädliche Verbindungen (Inertisierung) oder der Ausschluss aus der Umwelt.

Anwendungen

Schwermetalle kommen in den Gesteinen der Erdkruste vor und sind dort in Erzen als Oxide, Sulfide und Carbonate fest eingebunden und auch in Silikaten eingeschlossen. Dabei enthalten gewisse Erze zum Teil hohe Konzentrationen von Chrom, Nickel und Cobalt, was in deren Umgebung zu einer hohen natürlichen Schwermetallbelastung des Bodenreichs führt.

Schwermetalle werden u.a. verbreitet durch Düngemittelherstellung, die Verbrennung von Kohle, Müll und Klärschlamm, den Kraftfahrzeug-Verkehr und die Stahl-, Zement- und Glasproduktion.

Sie werden auch für die Metallveredelung verwendet. Dadurch erhalten die ausgewählten Materialien spezielle Eigenschaften. Schwermetallsalze und -verbindungen wurden auch als Pigmente in Farbstoffen verwendet.

Schwermetalle gelangen durch Verwitterung und Erosion auf natürlichem Wege in Böden und Grundwasser. Seit der Industrialisierung im 19. Jahrhundert sind gleichzeitig Akkumulationen von Schwermetallen durch wachsende Emissionen in der Umwelt rasant angestiegen.

Risiken

Viele Schwermetalle können bereits in leichter Überkonzentration für den menschlichen Organismus gesundheitsschädlich oder giftig sein, wobei deren toxische Wirkung auch stark von der chemischen Verbindung abhängt. Im Allgemeinen steigt die Gefährlichkeit der Verbindungen mit ihrer Wasser- und Fettlöslichkeit. Die Stoffe werden meist über die Nahrungskette aufgenommen und gelangen so in den menschlichen Körper. Pflanzen spielen dabei eine grosse Rolle, da sie Schwermetalle aufnehmen und anreichern können.

Beim Menschen wirken chronische Schwermetallvergiftungen oft spezifisch auf bestimmte Organe und rufen charakteristische Krankheitsbilder hervor. Beispiele dafür sind: Blei (Pb), Zink (Zn), Cadmium (Cd) und Quecksilber (Hg).

Manche Schwermetalle hingegen sind in kleinen Mengen lebenswichtig für Pflanzen, Tiere und den Menschen, sie werden dann als essentielle Schwermetalle oder Spurenelemente bezeichnet.

Bei Instandsetzungen und Rückbauarbeiten ist zu beachten, dass es während Arbeiten mit dem Schneidbrenner zur Freisetzung grosser Mengen an Zinkrauch oder Bleidampf kommen kann.

Einige Schwermetalle im Überblick

Blei (Pb)

Häufige Verbreitung im Bauwesen findet Blei in Form von Pigmenten in Rostschutzanstrichen und in Malerfarben (weiss und gelb). Zur Dacheindeckung und für Kamin- bzw. Gebäudeanschlüsse wurden Bleche mit hohem Bleianteil verwendet. Nur noch selten anzutreffen sind heute Bleirohre und -kabel.

Blei wirkt bei der Aufnahme durch Nahrung und Atemluft schon in geringen Spuren als chronisches Gift. Es reichert sich in Knochen, Zähnen und im Gehirn an und beeinträchtigt das Nervensystem. Die grösste Quelle für Bleivergiftung war in Westeuropa bis in die 1980er Jahre Benzin. Seit ausschliesslich bleifreies Benzin verwendet wird, sind die Blutwerte bei der Bevölkerung zurückgegangen.

Die Industrie verwendet Blei teilweise noch in Produktionsprozessen. Eine Gefährdung besteht aber insbesondere bei Arbeiten, wo Bleistaub und -dampf entstehen, wie bei der Batterieherstellung, Recycling, Bleistahl- und Buntmetallguss sowie dem unsachgemässen Abschleifen/Abtragen von Korrosionsschutzbeschichtungen.

Cadmium (Cd)

Obwohl Cadmium zu den eher selteneren Metallen gehört,  kommt es u. a. zum Einsatz als Pigment bei leuchtenden Kunststofffarben und als Stabilisator für Kunststoff (PVC) und Farben, aber auch in Kosmetika und Pflanzenschutz fand es seine Anwendung.

Es ist sehr weich, plastisch verformbar und lässt sich mit dem Messer anschneiden, zu Drähten ziehen oder auch zu Blättchen aushämmern.

Cadmium ist bereits schon in geringen Konzentrationen giftig. Bei Tierversuchen hat es sich als krebserzeugend erwiesen und ist erbgut- und fruchtschädigend. Beim Einatmen von cadmiumhaltigen Dämpfen kann es zu Schäden der Lunge, Leber und Nieren führen.

Kupfer (Cu)

Kupfer ist ein gut formbares, aber zähes Metall. Als idealer Wärme- und Stromleiter findet es vielseitige Verwendung. Zudem kennen wir Kupfer auch als typisches Münzmetall.

Obwohl Kupfer für den Menschen zu den lebensnotwendigen Spurenelementen zählt, wirkt es auf viele Mikroorganismen wachstumshemmend oder sogar aktiv antimikrobiell. Gezielt genutzt wird diese Eigenschaft für Kontaktoberflächen im medizinischen Bereich als ergänzende Massnahme im Kampf gegen antibiotikaresistente Mikroorganismen.

Kupfer muss vom Menschen jeden Tag in ausreichender Menge aufgenommen werden. Die Speicherkapazität im Körper ist jedoch begrenzt. Bei Jugendlichen und Erwachsenen wird überschüssiges Kupfer ähnlich wie bei Vitamin C wieder ausgeschieden.

Chrom (Cr)

Die Schädlichkeit von Chrom ist von seiner Oxidationsstufe abhängig. In reiner Form ist Chrom ungiftig, als Chrom (II) essentiell und als Chrom (VI) giftig und karzinogen.

In der Schweiz kamen beträchtliche Mengen an Chrom(VI)-Verbindungen zum Einsatz. Chromverbindungen sind hauptsächlich in Farbpigmenten, Zement und Holzschutzmitteln (CKF-Imprägniersalze) zu finden.

Wie auch bei Zink und Blei besteht die grösste Cr (VI) Gefährdung bei der unsachgemässen Sanierungen von z. B. Korrosionsschutzbeschichtungen, da sich Dämpfe und Gase bilden können, welche hoch gesundheitsschädigend sind.

Quecksilber (Hg)

Quecksilber ist ein bei Zimmertemperatur flüssiges Schwermetall mit silbrigem Glanz. Die unter normalen Temperaturen entstehenden giftigen Dämpfe sind farb- und geruchlos und schwerer als Luft.

Neben der Anwendung in Holzschutzmitteln findet sich Quecksilber in verschiedenen Geräten wie zum Beispiel Manometern, Pumpen, Gleichrichtern, Schaltern und Leuchtstoffröhren.

Metallisches Quecksilber kann als Quecksilberdampf über die Lunge in den Körper aufgenommen werden. Es reizt die Atem- und Verdauungswege und kann auch zu Schäden an Nieren und am Zentralnervensystem führen.

Der weltweite Umgang mit Quecksilber wird seit 2013 im Minamata Quecksilber-Übereinkommen geregelt.

Zink (Zn)

Zink ist ein bläulich-weisses, sprödes Metall und wird beispielsweise zum Verzinken von Eisen und Stahlteilen oder die Herstellung von Regenrinnen verwendet. Zinkpulver ist als Pigment ein wesentlicher Bestandteil von hellen Farben.

Zink ist für alle Lebewesen essentiell und ist Bestandteil wichtiger Enzyme. Anorganische Zinkverbindungen sind für den Menschen wenig toxisch.

Beim Trennen verzinkter Eisenkonstruktionen mit dem Schneidbrenner kann es zur Freisetzung grosser Mengen an gesundheitsgefährdendem Zinkrauch kommen.

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