جونار نوردبرج

الحدوث والاستخدامات

يأتي الحديد في المرتبة الثانية من حيث الوفرة بين المعادن والرابع بين العناصر ، ولا يتفوق عليه سوى الأكسجين والسيليكون والألمنيوم. أكثر خامات الحديد شيوعًا هي: الهيماتيت ، أو خام الحديد الأحمر (Fe₂O₃) ، وهو 70٪ حديد ؛ ليمونيت ، أو خام الحديد البني (FeO (OH) · nH₂O) تحتوي على 42٪ حديد ؛ المغنتيت ، أو خام الحديد المغناطيسي (Fe₃O₄) التي تحتوي على نسبة عالية من الحديد ؛ siderite ، أو خام الحديد spathic (FeCO₃) ؛ بيريت (FeS₂) ، وهو معدن الكبريتيد الأكثر شيوعًا ؛ والبيروتيت ، أو البايرايت المغناطيسي (FeS). يستخدم الحديد في صناعة مصبوبات الحديد والصلب ، وسبائك مع معادن أخرى لتشكيل الفولاذ. يستخدم الحديد أيضًا لزيادة كثافة سوائل حفر آبار النفط.

السبائك والمركبات

الحديد نفسه ليس قوياً بشكل خاص ، لكن قوته تزداد بشكل كبير عندما يتم خلطه بالكربون ويتم تبريده بسرعة لإنتاج الفولاذ. يمثل وجودها في الفولاذ أهميتها كمعدن صناعي. يتم تحديد خصائص معينة للصلب - أي ما إذا كان ناعمًا أو معتدلًا أو متوسطًا أو صلبًا - إلى حد كبير من خلال محتوى الكربون ، والذي قد يختلف من 0.10 إلى 1.15٪. يتم استخدام حوالي 20 عنصرًا آخر في مجموعات ونسب متنوعة في إنتاج سبائك الصلب مع العديد من الصفات المختلفة - الصلابة والليونة ومقاومة التآكل وما إلى ذلك. وأهمها المنغنيز (المنغنيز الحديدي والسبيجليزن) والسيليكون (الفيروسيليكون) والكروم ، والتي تمت مناقشتها أدناه.

أهم مركبات الحديد الصناعية هي الأكاسيد والكربونات ، والتي تشكل الخامات الأساسية التي يتم الحصول على المعدن منها. أقل أهمية صناعية هي السيانيد والنتريد والنترات والفوسفات والفوسفات وكربونيل الحديد.

المخاطر

توجد مخاطر صناعية أثناء تعدين الخامات ونقلها وتحضيرها ، وأثناء إنتاج واستخدام المعادن والسبائك في أعمال الحديد والصلب وفي المسابك ، وأثناء تصنيع واستخدام بعض المركبات. يحدث استنشاق غبار أو أبخرة الحديد في تعدين خام الحديد ؛ لحام القوس؛ طحن المعادن وتلميعها والعمل ؛ وفي تحجيم المرجل. في حالة استنشاقه ، يكون الحديد مهيجًا موضعيًا للرئة والجهاز الهضمي. تشير التقارير إلى أن التعرض طويل الأمد لمزيج من الحديد والأتربة المعدنية الأخرى قد يضعف وظيفة الرئة.

قد تقع الحوادث أثناء التعدين والنقل وإعداد الخامات بسبب آلات القطع الثقيلة والنقل والتكسير والغربلة المستخدمة لهذا الغرض. قد تنشأ الإصابات أيضًا من التعامل مع المتفجرات المستخدمة في عمليات التعدين.

يمكن أن يؤدي استنشاق الغبار المحتوي على السيليكا أو أكسيد الحديد إلى التهاب الرئة ، ولكن لا توجد استنتاجات محددة بشأن دور جزيئات أكسيد الحديد في الإصابة بسرطان الرئة لدى البشر. بناءً على التجارب على الحيوانات ، يُشتبه في أن غبار أكسيد الحديد قد يعمل كمادة "مسرطنة مشتركة" ، وبالتالي يعزز تطور السرطان عندما يقترن بالتزامن مع التعرض لمواد مسرطنة.

أظهرت دراسات الوفيات لعمال مناجم الهيماتيت زيادة خطر الإصابة بسرطان الرئة ، بشكل عام بين المدخنين ، في العديد من مناطق التعدين مثل كمبرلاند ، لورين ، كيرونا وكريفوي روج. أشارت الدراسات الوبائية لعمال مسابك الحديد والصلب عادةً إلى ارتفاع مخاطر الإصابة بسرطان الرئة بمقدار 1.5 إلى 2.5 ضعف. تصنف الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (IARC) أسس الحديد والصلب على أنها عملية مسرطنة للإنسان. لم يتم تحديد العوامل الكيميائية المحددة المعنية (مثل الهيدروكربونات العطرية متعددة النوى والسيليكا والأبخرة المعدنية). كما تم الإبلاغ عن زيادة الإصابة بسرطان الرئة ، ولكن بشكل أقل أهمية ، بين المطاحن المعدنية. استنتاجات سرطان الرئة بين عمال اللحام مثيرة للجدل.

في الدراسات التجريبية ، لم يتم العثور على أكسيد الحديديك مادة مسرطنة. ومع ذلك ، لم يتم إجراء التجارب على الهيماتيت. تم اقتراح وجود الرادون في الغلاف الجوي لمناجم الهيماتيت كعامل مهم مسرطن.

يمكن أن تحدث حوادث خطيرة أثناء معالجة الحديد. يمكن أن تحدث الحروق أثناء العمل مع المعدن المنصهر ، كما هو موصوف في مكان آخر في هذا موسوعة. مسحوق الحديد المخفض حديثًا المقسم جيدًا هو قابل للإشتعال ويشتعل عند التعرض للهواء في درجات الحرارة العادية. حدثت حرائق وانفجارات غبار في مجاري وفواصل محطات استخلاص الغبار ، مصحوبة بعجلات طحن وتلميع وأحزمة تشطيب ، عندما أشعلت شرارات من عملية الطحن غبار الفولاذ الناعم في مصنع الاستخراج.

تعود الخصائص الخطرة لمركبات الحديد المتبقية عادةً إلى الجذور التي يرتبط بها الحديد. هكذا زرنيخات الحديد (FeAsO₄) و الزرنيخ الحديديك (FeAsO₃· الحديد₂O₃) تمتلك الخصائص السامة لمركبات الزرنيخ. كاربونيل الحديد (الحديد CO₅) هي واحدة من أخطر مركبات الكربونيل المعدنية ، ولها خصائص سامة وقابلة للاشتعال. تتم مناقشة الكاربونيل بمزيد من التفصيل في مكان آخر من هذا الفصل.

كبريتيد الحديدوز (FeS) ، بالإضافة إلى ظهوره الطبيعي مثل البيريت ، يتشكل أحيانًا عن غير قصد عند معالجة المواد المحتوية على الكبريت في أوعية حديدية وفولاذية ، كما هو الحال في مصافي البترول. إذا تم فتح المصنع وتعرض ترسبات كبريتيد الحديدوز للهواء ، فقد ترفع الأكسدة الطاردة للحرارة درجة حرارة الرواسب إلى درجة حرارة اشتعال الغازات والأبخرة في المنطقة المجاورة. يجب توجيه رذاذ الماء الناعم على هذه الرواسب حتى تتم إزالة الأبخرة القابلة للاشتعال عن طريق التطهير. قد تحدث مشاكل مماثلة في مناجم البيريت ، حيث تزداد درجة حرارة الهواء عن طريق الأكسدة البطيئة المستمرة للركاز.

تدابير السلامة والصحة

تشمل الاحتياطات للوقاية من الحوادث الميكانيكية الأسوار والتحكم عن بعد في الآلات ، وتصميم المصنع (الذي يتضمن ، في صناعة الصلب الحديثة ، التحكم المحوسب) وتدريب العمال على السلامة.

يتم مواجهة الخطر الناجم عن الغازات والأبخرة والغبار السامة والقابلة للاشتعال عن طريق العادم المحلي والتهوية العامة إلى جانب الأشكال المختلفة للتحكم عن بعد. يجب توفير الملابس الواقية وحماية العين لحماية العامل من تأثيرات المواد الساخنة والتآكل والحرارة.

من المهم بشكل خاص الحفاظ على مجاري الهواء في آلات الطحن والتلميع وفي أحزمة التشطيب على فترات منتظمة للحفاظ على كفاءة تهوية العادم وكذلك لتقليل مخاطر الانفجار.

سبائك الحديد

السبائك الحديدية عبارة عن سبيكة من الحديد تحتوي على عنصر آخر غير الكربون. تُستخدم هذه الخلائط المعدنية كوسيلة لإدخال عناصر محددة في صناعة الصلب من أجل إنتاج فولاذ بخصائص محددة. قد يتشابك العنصر مع الفولاذ بالمحلول أو قد يحيد الشوائب الضارة.

للسبائك خصائص فريدة تعتمد على تركيز عناصرها. تختلف هذه الخصائص بشكل مباشر فيما يتعلق بتركيز المكونات الفردية وتعتمد ، جزئيًا ، على وجود كميات ضئيلة من العناصر الأخرى. على الرغم من أنه يمكن استخدام التأثير البيولوجي لكل عنصر في السبيكة كدليل ، إلا أن هناك أدلة كافية لتعديل الإجراء عن طريق مزيج العناصر لضمان توخي الحذر الشديد في اتخاذ قرارات حاسمة تستند إلى استقراء التأثير من عنصر واحد.

تشكل السبائك الحديدية قائمة واسعة ومتنوعة من السبائك مع العديد من الخلائط المختلفة داخل كل فئة من السبائك. تحد التجارة عمومًا من عدد أنواع السبائك الحديدية المتاحة في أي فئة واحدة ولكن التطورات المعدنية يمكن أن تؤدي إلى إضافات أو تغييرات متكررة. فيما يلي بعض السبائك الحديدية الأكثر شيوعًا:

• فيروبورون - 16.2٪ بورون

• فيروكروميوم - 60 إلى 70٪ كروم ، والذي قد يحتوي أيضًا على السيليكون والمنغنيز

• - المنغنيز الحديدي - 78 إلى 90٪ منجنيز ؛ 1.25 إلى 7٪ سيليكون

• الفيروموليبدينوم - 55 إلى 75٪ موليبدينوم ؛ 1.5٪ سيليكون

• الفوسفور - 18 إلى 25٪ فوسفور

• الفيروسيليكون - 5 إلى 90٪ سيليكا

• - فيروتيتانيوم - 14 إلى 45٪ تيتانيوم ؛ 4 إلى 13٪ سيليكون

• ferrotungsten - 70 إلى 80٪ تنجستن

• فيروفاناديوم - 30 إلى 40٪ فاناديوم ؛ 13٪ سيليكون 1.5٪ ألومنيوم.

المخاطر

على الرغم من أن بعض السبائك الحديدية لها استخدامات غير معدنية ، إلا أن المصادر الرئيسية للتعرض الخطير تصادف في تصنيع هذه السبائك وفي استخدامها أثناء إنتاج الصلب. يتم إنتاج واستخدام بعض السبائك الحديدية في صورة جسيمات دقيقة ؛ يشكل الغبار المحمول جواً خطراً محتملاً للتسمم بالإضافة إلى نشوب حريق وانفجار. بالإضافة إلى ذلك ، ارتبط التعرض المهني لأبخرة بعض السبائك بمشاكل صحية خطيرة.

فيروبورون. قد يتسبب الغبار المحمول بالهواء الناتج أثناء تنظيف هذه السبيكة في حدوث تهيج في الأنف والحلق ، والذي ربما يرجع إلى وجود طبقة من أكسيد البورون على سطح السبيكة. بعض الدراسات التي أجريت على الحيوانات (كلاب تعرضت لتركيزات فيروبورون في الغلاف الجوي تبلغ 57 مجم / م³ لمدة 23 أسبوعًا) لم تجد أي آثار ضارة.

فيروكروميوم. أظهرت إحدى الدراسات التي أجريت في النرويج حول معدل الوفيات الإجمالي وحالات الإصابة بالسرطان في العمال الذين ينتجون الفيروكوميوم حدوث زيادة في الإصابة بسرطان الرئة في علاقة سببية بالتعرض للكروم سداسي التكافؤ حول الأفران. تم العثور على ثقب في الحاجز الأنفي أيضًا في عدد قليل من العمال. خلصت دراسة أخرى إلى أن الوفيات الزائدة بسبب سرطان الرئة في عمال تصنيع الصلب ترتبط بالتعرض للهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) أثناء إنتاج الحديد والكروم. وجدت دراسة أخرى تبحث في العلاقة بين التعرض المهني للأبخرة وسرطان الرئة أن عمال الفيرروكروميوم أظهروا حالات زائدة من سرطان الرئة وسرطان البروستاتا.

المنغنيز الحديدي يمكن إنتاجه عن طريق اختزال خامات المنغنيز في فرن كهربائي مع فحم الكوك وإضافة الدولوميت والحجر الجيري كتدفق. ينتج عن نقل الخامات وتخزينها وفرزها وسحقها غبار ماناجانيز بتركيزات يمكن أن تكون خطرة. لا يمكن تمييز الآثار المرضية الناتجة عن التعرض للغبار ، سواء من المعدن الخام أو السبيكة ، عن تلك الموصوفة في مقالة "المنغنيز" في هذا الفصل. وقد لوحظت حالات التسمم الحاد والمزمن. تتفاعل سبائك المنغنيز الحديدي التي تحتوي على نسب عالية جدًا من المنغنيز مع الرطوبة لإنتاجها كربيد المنغنيز ، والتي ، عندما تقترن بالرطوبة ، تطلق الهيدروجين ، مما يؤدي إلى نشوب حريق وخطر الانفجار.

فيروسيليكون يمكن أن يؤدي الإنتاج إلى كل من الأيروسولات والغبار من السليكون الحديدي. تشير الدراسات التي أجريت على الحيوانات إلى أن غبار الفيروسيليكون يمكن أن يسبب سماكة الجدران السنخية مع الاختفاء العرضي للبنية السنخية. قد تحتوي المواد الخام المستخدمة في إنتاج السبائك أيضًا على السيليكا الحرة ، على الرغم من وجود تركيزات منخفضة نسبيًا. هناك بعض الخلاف حول ما إذا كان السحار السيليسي الكلاسيكي قد يكون خطرًا محتملاً في إنتاج الفيروسيليكون. ومع ذلك ، ليس هناك شك في أن المرض الرئوي المزمن ، بغض النظر عن تصنيفه ، يمكن أن ينتج عن التعرض المفرط للغبار أو الهباء الجوي الذي تصادفه نباتات الفيروسيليكون.

ferrovanadium. يعد تلوث الغلاف الجوي بالغبار والأبخرة أيضًا خطرًا في إنتاج الفيروفاناديوم. في ظل الظروف العادية ، لن ينتج الهباء الجوي تسممًا حادًا ولكنه قد يسبب التهاب الشعب الهوائية وعملية التكاثر الخلالي الرئوي. تم الإبلاغ عن أن الفاناديوم الموجود في سبيكة الفيروفاناديوم أكثر سمية بشكل ملحوظ من الفاناديوم الحر نتيجة لقابلية ذوبانه الكبيرة في السوائل البيولوجية.

الفولاذ المحتوي على الرصاص يستخدم لألواح الصلب للسيارات من أجل زيادة قابليتها للتطويع. يحتوي على حوالي 0.35٪ رصاص. عندما يتعرض الفولاذ المحتوي على الرصاص لدرجة حرارة عالية ، كما هو الحال في اللحام ، فهناك دائمًا خطر توليد أبخرة الرصاص.

تدابير السلامة والصحة

يعد التحكم في الأبخرة والغبار والهباء الجوي أثناء تصنيع واستخدام السبائك الحديدية أمرًا ضروريًا. مطلوب تحكم جيد في الغبار في نقل ومناولة الخامات والسبائك. يجب ترطيب أكوام الركاز للحد من تكون الغبار. بالإضافة إلى هذه التدابير الأساسية للتحكم في الغبار ، هناك حاجة إلى احتياطات خاصة عند التعامل مع السبائك الحديدية المحددة.

يتفاعل Ferrosilicon مع الرطوبة لإنتاج الفوسفين والأرسين ؛ وبالتالي لا ينبغي تحميل هذه المادة في طقس رطب ، ويجب اتخاذ احتياطات خاصة لضمان بقائها جافة أثناء التخزين والنقل. عندما يتم شحن الفيروسيليكون أو تداوله بكميات من أي أهمية ، يجب وضع إخطارات تحذر العمال من الخطر ، ويجب تنفيذ إجراءات الكشف والتحليل على فترات متكررة للتحقق من وجود الفوسفين والأرسين في الهواء. مطلوب تحكم جيد في الغبار والهباء الجوي لحماية الجهاز التنفسي. يجب أن تكون معدات الحماية التنفسية المناسبة متاحة لحالات الطوارئ.

يجب أن يتلقى العمال المشاركون في إنتاج السبائك الحديدية واستخدامها إشرافًا طبيًا دقيقًا. يجب مراقبة بيئة عملهم بشكل مستمر أو دوري ، حسب درجة الخطر. تتباعد التأثيرات السامة للسبائك الحديدية المختلفة بشكل كافٍ عن تلك الموجودة في المعادن النقية لضمان مستوى أكثر كثافة من الإشراف الطبي حتى يتم الحصول على المزيد من البيانات. عندما ينتج عن السبائك الحديدية الغبار والأبخرة والهباء الجوي ، يجب أن يخضع العمال لفحوصات دورية بأشعة إكس للصدر للكشف المبكر عن التغيرات التنفسية. قد يلزم أيضًا اختبار وظائف الرئة ورصد تركيزات المعادن في دم و / أو بول العمال المعرضين.

الرجوع