Precis som i djurgödsel finns fosfor i den avföring som vi spolar ner i toaletten och annat avloppsvatten. Ett sätt att ta vara på denna fosfor är att rena avloppsslam från vattenreningsverk. Den här laborationen handlar om hur fosfor kan utvinnas ur slamaska. Den passar bra för undervisning om materialens kretslopp, separationsmetoder och, för äldre elever, fällningsreaktioner.

Material    

”Slamaska”, kalciumkloridlösning, 3 små burkar (c:a 100 ml, gärna plast), 2  bägare (c:a 250 ml), 4 kaffefilter och 1 neodymmagnet.

"Slamaska" (KRC)

Praktiskt utförande

1. Häll slamaskan i en plastburk och studera den.
2. Separera först genom att hålla magneten under plastburkens botten och dra runt magneten lite.
3. Håll kvar magneten och häll över det som inte hålls fast av magneten till en annan burk.
4. Försök få bort så mycket som möjligt av den svarta föroreningen, genom att upprepa proceduren 5 - 8 gånger. Samla det svarta pulvret i en burk.
5. Häll 1 dl varmt vatten i den renade slamaskan. Sätt på locket och skaka runt innehållet.
6. 

   Filtrering i glas
   Filtrera blandningen på följande sätt: Trä ett kaffefilter över en stor burk. Vik 3 - 4 cm av kaffefiltret över burkens kant enligt bilden t.h. Häll därefter blandningen i kaffefiltret.
7. När all lösning runnit igenom filtret upprepas detta steg två gånger genom att filtrera lösningen med två nya kaffefilter.
8. Tillsätt 1 dl kalciumkloridlösning till den filtrerade lösningen och rör om. Följ vad som händer.
9. Använd det sista kaffefiltret och filtrera lösningen, inklusive den vita fällningen.

Till Läraren

Variationer av laborationen

Laborationen kan utföras som en lärardemonstration.

För lite äldre elever kan man använda den när man undervisar om fällningsreaktioner och stökiometri. Man kan också beräkna utbyte. Eftersom laborationen inte innehåller några farliga kemikalier kan den genomföras som hemlaboration.

Lite teori

Första steget handlar om att separera ut den svarta magnetiska föreningen, som består av järnpulver, Fe. Den får representera de metaller vi inte vill få ut på åkern.

I nästa steg filtreras sanden bort.

När bikarbonaten tillsätts bildas sker följande reaktion.

CaCl₂(aq) + Na₂HPO₄ (aq)  → CaHPO₄ (s) + 2NaCl (aq)

Den vita fällningen består av kalciumvätefosfat, CaHPO₄ (s). "PO₄^3-" är den kemiska beteckningen för "fosfatjon". Den består av en fosforatom, fyra syreatomer och tre extra elektroner.

Förberedelser

Förslag på ”slamaska” Är 2 msk, sand (kornstorlek 0,5 - 1 mm), 1 tsk bikarbonat, 1 tsk Na₂HPO₄, och 1 krm järnfilspån.

Till experimentet blandas 25 gram kalciumklorid med 2,5 dl vatten.
På www.keminsdag.se finns instruktionsfilmer och annat stödmaterial till laborationen.

Riskbedömning    

Kalciumklorid kan orsaka allvarlig ögonirritation, men den utspädda lösningen i laborationen är ofarlig. Bikarbonat är inte märkningspliktigt.

Avfallet från laborationen är ofarligt. Produkten kalciumfosfat kan användas för att gödsla växter. Järn sorteras som metallavfall och kaffefiltret med sand kan hällas i vanliga sopor. Kaffefiltret med kalciumfosfat kan slängas i vanliga sopor och vattenlösningen med natriumklorid kan hällas i avloppet.

Övrigt

Den här laborationen handlar om att utvinna fosfat från slamaska. Laborationen utvecklades av IKEM – innovations- och kemiindustrierna i samverkan med företaget EasyMining till ”Kemins Dag 2020”.

Kort historik om gödsel och "peak fosfor"

För att kunna odla på samma plats år efter år måste jorden tillföras näring, lika mycket som går bort med grödan och som lakas ut med nederbörden. Under lång tid var stallgödsel den viktigaste näringskällan. Under andra halvan av 1900-talet ökade användningen av handelsgödsel. Vanligast är NPK-gödsel, som innehåller kväve, N, fosfor, P och kalium, K.

FN-klimatmål 12.2 Hållbar förvaltning och användning av naturresurser

För att tillverka handelsgödsel används fosfathaltigt mineral. Marocko, Kina och USA har tillsammans 90 % av världens fosforreserver. Kina och USA exporterar ingen fosfor, eftersom de anser att de kommer att behöva den själva. Marocko har därför nästan monopol på export av fosfathaltiga mineraler. Världens fosfortillgångar är alltså väldigt begränsade och det kommer snart att råda brist på detta viktiga ämne. Forskare hävdar att vi redan 2033 når ”peak fosfor”, alltså den tidpunkt vid vilken produktionen börjar gå ner.

Metoden som används i den här laborationen är framtagen av företaget EasyMining. Genom ett antal processteg avskiljs miljöfarliga metaller som bly, kadmium och kvicksilver.

Denna laboration finns under följande rubriker på KRC:s hemsida:

• 4-6/Kemin i vardagen och samhället/Materialens kretslopp
• 4-6/Kemins metoder och arbetssätt/Separation
• 7-9/ Kemin i vardagen och samhället/Återvinning
• 7-9/ Kemins metoder och arbetssätt/ Systematiska undersökningar
• Gymnasiet/ Kemi 1/ Reaktioner/Fällningar/ Laborationer
• Gymnasiet/ Kemi 1/ Analytisk kemi/Laborationer