جونار نوردبرج
الحدوث والاستخدامات
يوجد الجرمانيوم (Ge) دائمًا في تركيبة مع عناصر أخرى وليس في الحالة الحرة أبدًا. من بين المعادن الحاملة للجرمانيوم الأكثر شيوعًا Argyrodite (Ag8غيس6) ، وتحتوي على 5.7٪ من الجرمانيوم ، والجرمانيت (CuS · FeS · GeS2) ، تحتوي على ما يصل إلى 10٪ Ge. من النادر وجود رواسب كبيرة من معادن الجرمانيوم ، ولكن العنصر يتوزع على نطاق واسع في بنية المعادن الأخرى ، خاصة في الكبريتيدات (الأكثر شيوعًا في كبريتيد الزنك والسيليكات). توجد كميات صغيرة أيضًا في أنواع مختلفة من الفحم.
أكبر استخدام نهائي للجرمانيوم هو إنتاج أنظمة الاستشعار وتحديد الهوية بالأشعة تحت الحمراء. زاد استخدامه في أنظمة الألياف الضوئية ، بينما استمر استهلاك أشباه الموصلات في الانخفاض بسبب التقدم في تكنولوجيا أشباه الموصلات السيليكونية. يستخدم الجرمانيوم أيضًا في الطلاء الكهربائي وفي إنتاج السبائك ، والتي تتميز إحداها ، الجرمانيوم والبرونز ، بمقاومة عالية للتآكل. رابع كلوريد الجرمانيوم (جيكل4) هو وسيط في تحضير ثاني أكسيد الجرمانيوم ومركبات الجرمانيوم العضوي. ثاني أكسيد الجرمانيوم (جيو2) في صناعة الزجاج البصري وفي الكاثودات.
المخاطر
قد تنشأ مشاكل الصحة المهنية من تشتت الغبار أثناء تحميل مركز الجرمانيوم ، وتفكك وتحميل ثاني أكسيد للاختزال إلى الجرمانيوم المعدني ، وتحميل مسحوق الجرمانيوم للذوبان في سبائك. في عملية إنتاج المعدن ، أثناء كلورة المركز ، التقطير ، التصحيح والتحلل المائي لرابع كلوريد الجرمانيوم ، قد تشكل أبخرة منتجات الانحلال الحراري لرابع كلوريد الجرمانيوم والكلور وكلوريد الجرمانيوم خطراً على الصحة. المصادر الأخرى للمخاطر الصحية هي إنتاج الحرارة المشعة من الأفران الأنبوبية للأرض2 الاختزال وأثناء ذوبان مسحوق الجرمانيوم في سبائك ، وتشكيل أول أكسيد الكربون أثناء GeO2 الاختزال بالكربون.
ينتج عن إنتاج بلورات الجرمانيوم المفردة لتصنيع أشباه الموصلات درجات حرارة عالية للهواء (تصل إلى 45 درجة مئوية) ، وإشعاع كهرومغناطيسي بقوة مجال تزيد عن 100 فولت / م وإشعاع مغناطيسي بأكثر من 25 أمبير / م ، وتلوث هواء مكان العمل بهيدرات معدنية. عند خلط الجرمانيوم مع الزرنيخ ، قد يتشكل الزرنيخ في الهواء (1 إلى 3 مجم / م3) ، وعند صنع السبائك مع الأنتيمون ، قد يكون الستيبين أو هيدريد الأنتيمون موجودًا (1.5 إلى 3.5 مجم / م3). هيدريد الجرمانيوم، الذي يستخدم لإنتاج الجرمانيوم عالي النقاء ، قد يكون أيضًا ملوثًا لهواء مكان العمل. يؤدي التنظيف المطلوب بشكل متكرر للأفران الرأسية إلى تكوين الغبار الذي يحتوي ، بصرف النظر عن الجرمانيوم ، وثاني أكسيد السيليكون ، والأنتيمون ومواد أخرى.
يؤدي تصنيع بلورات الجرمانيوم وطحنها أيضًا إلى ظهور الغبار. تركيزات تصل إلى 5 مجم / م3 تم قياسها أثناء المعالجة بالقطع الجاف.
يُفرز الجرمانيوم الممتص بسرعة ، خاصة في البول. هناك القليل من المعلومات حول سمية مركبات الجرمانيوم غير العضوية للإنسان. رابع كلوريد الجرمانيوم قد يسبب تهيج الجلد. في التجارب السريرية والتعرضات الفموية الأخرى طويلة الأمد لجرعات تراكمية تزيد عن 16 جرام سبيروجرمانيوم، وهو عامل مضاد للأورام الجرمانيوم العضوي أو مركبات الجرمانيوم الأخرى التي ثبت أنها سامة للأعصاب وتسمم كلوي. لا يتم امتصاص هذه الجرعات عادة في البيئة المهنية. أظهرت التجارب التي أجريت على الحيوانات على آثار الجرمانيوم ومركباته أن غبار الجرمانيوم المعدني و ثاني أكسيد الجرمانيوم يسبب إضراراً بالصحة العامة (تثبيط زيادة وزن الجسم) عند استنشاقه بتركيزات عالية. قدمت رئتي الحيوانات تغيرات شكلية لنوع التفاعلات التكاثرية ، مثل سماكة الأقسام السنخية وتضخم الأوعية اللمفاوية حول القصبات والأوعية الدموية. لا يسبب ثاني أكسيد الجرمانيوم تهيجًا للجلد ، ولكن إذا لامس الملتحمة الرطبة ، فإنه يشكل حمض الجرمانيك ، الذي يعمل كمهيج للعين. يؤدي الإعطاء المطول داخل البطن بجرعات 10 مجم / كجم إلى تغيرات في الدم المحيطي.
آثار غبار الجرمانيوم لا ترجع إلى الجرمانيوم ، ولكن بسبب عدد من مكونات الغبار الأخرى ، ولا سيما السيليكا (SiO)2). يمارس الغبار المركز تأثيرًا تليفيًا واضحًا مما يؤدي إلى تطور النسيج الضام وتكوين العقيدات في الرئتين مماثلة لتلك التي لوحظت في السحار السيليسي.
أكثر مركبات الجرمانيوم ضررًا هي هيدريد الجرمانيوم (جي إتش4) و كلوريد الجرمانيوم. قد يتسبب الهيدريد في حدوث تسمم حاد. كشفت الفحوصات المورفولوجية لأعضاء الحيوانات التي ماتت خلال المرحلة الحادة عن اضطرابات الدورة الدموية وتغيرات الخلايا التنكسية في الأعضاء المتنيّة. وهكذا يبدو أن الهيدريد سم متعدد الأجهزة قد يؤثر على الوظائف العصبية والدم المحيطي.
رابع كلوريد الجرمانيوم هو مادة مهيجة قوية للجهاز التنفسي والجلد والعينين. عتبة تهيجها هي 13 مجم / م3. في هذا التركيز يحد من تفاعل الخلايا الرئوية في حيوانات التجارب. في التركيزات الأقوى يؤدي إلى تهيج المسالك الهوائية العليا والتهاب الملتحمة ، وإلى تغيرات في معدل التنفس والإيقاع. الحيوانات التي تنجو من التسمم الحاد تصاب بالتهاب الشعب الهوائية المتقرح النزلي والالتهاب الرئوي الخلالي بعد بضعة أيام. يمارس كلوريد الجرمانيوم أيضًا تأثيرات سامة عامة. لوحظت تغيرات مورفولوجية في الكبد والكلى وأعضاء الحيوانات الأخرى.
إجراءات السلامة والصحة
يجب أن تهدف التدابير الأساسية أثناء تصنيع واستخدام الجرمانيوم إلى منع تلوث الهواء بالغبار أو الأبخرة. في إنتاج المعدن ، يُنصح باستمرارية العملية وتغليف الجهاز. يجب توفير تهوية مناسبة للعادم في المناطق التي يتشتت فيها غبار الجرمانيوم المعدني أو ثاني أكسيد أو المركز. يجب توفير تهوية عادم محلية بالقرب من أفران الصهر أثناء تصنيع أشباه الموصلات ، على سبيل المثال في أفران تكرير المنطقة وأثناء تنظيف الأفران. يجب أن تتم عملية تصنيع بلورات الجرمانيوم الأحادية وخلطها في فراغ ، يليها تفريغ المركبات المشكلة تحت ضغط منخفض. تعتبر تهوية العادم المحلي ضرورية في عمليات مثل القطع الجاف وطحن بلورات الجرمانيوم. تهوية العادم مهمة أيضًا في أماكن المعالجة بالكلور والتصحيح والتحلل المائي لرابع كلوريد الجرمانيوم. يجب أن تكون الأجهزة والتوصيلات والتجهيزات في هذه المباني مصنوعة من مواد مقاومة للتآكل. يجب على العمال ارتداء ملابس وأحذية مقاومة للأحماض. يجب ارتداء الكمامات أثناء تنظيف الأجهزة.
يجب أن يخضع العمال المعرضون للغبار وحمض الهيدروكلوريك المركز وهيدريد الجرمانيوم وكلوريد الجرمانيوم ومنتجاته المائي لفحوصات طبية منتظمة.