Gunnar Nordberg

Magnesium (Mg) ist das leichteste bekannte Strukturmetall. Es ist 40 % leichter als Aluminium. Metallisches Magnesium kann gewalzt und gezogen werden, wenn es zwischen 300 und 475 °C erhitzt wird, ist jedoch unterhalb dieser Temperatur spröde und neigt dazu zu brennen, wenn es weit darüber erhitzt wird. Es ist in einer Reihe von Säuren löslich und geht mit ihnen Verbindungen ein, wird jedoch nicht von Fluss- oder Chromsäuren angegriffen. Im Gegensatz zu Aluminium ist es beständig gegen Alkalikorrosion.

Vorkommen und Verwendungen

Magnesium kommt in der Natur nicht in reiner Form vor, sondern kommt im Allgemeinen in einer der folgenden Formen vor: Dolomit (CaCO₃·MgCO₃), Magnesit (MgCO₃), Brucit (Mg(OH)₂), Periklas (MgO), Carnallit (KClMgCl₂· 6H₂O) oder Kieserit (MgSO₄· H.₂Ö). Außerdem kommt es als Silikat in Asbest und Talkum vor. Magnesium ist so weit über die Erde verteilt, dass Einrichtungen für die Verarbeitung und den Transport des Erzes oft die entscheidenden Faktoren bei der Auswahl eines Bergbaustandorts sind.

Magnesium wird hauptsächlich in legierter Form für Komponenten von Flugzeugen, Schiffen, Automobilen, Maschinen und Handwerkzeugen verwendet, für die sowohl Leichtigkeit als auch Festigkeit erforderlich sind. Es wird bei der Herstellung von Präzisionsinstrumenten und optischen Spiegeln sowie bei der Rückgewinnung von Titan verwendet. Magnesium wird auch in großem Umfang in militärischer Ausrüstung verwendet. Da es mit so intensivem Licht brennt, wird Magnesium häufig in Pyrotechnik, Signalfackeln, Brand- und Leuchtspurgeschossen sowie in Blitzlampen verwendet.

Magnesiumoxid hat einen hohen Schmelzpunkt (2,500 ºC) und wird oft in die Auskleidung von feuerfesten Materialien eingearbeitet. Es ist auch ein Bestandteil von Tierfutter, Düngemitteln, Isolierungen, Wandplatten, Erdölzusätzen und elektrischen Heizstäben. Magnesiumoxid ist in der Zellstoff- und Papierindustrie nützlich. Außerdem dient es als Beschleuniger in der Gummiindustrie und als Reflektor in optischen Instrumenten.

Andere wichtige Verbindungen umfassen Magnesiumchlorid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumnitrat und Magnesiumsulfat. Magnesiumchlorid ist Bestandteil von Feuerlöschern und Keramik. Es ist auch ein Mittel zum Feuerfestmachen von Holz und zur Textil- und Papierherstellung. Magnesiumchlorid ist ein chemisches Zwischenprodukt für Magnesiumoxychlorid, das für Zement verwendet wird. Eine Mischung aus Magnesiumoxid und Magnesiumchlorid bildet eine Paste, die für Fußböden nützlich ist. Magnesiumhydroxid ist nützlich für die Neutralisation von Säuren in der chemischen Industrie. Es wird auch in der Uranverarbeitung und in der Zuckerraffination verwendet. Magnesiumhydroxid dient als Rückstandsheizöladditiv und als Inhaltsstoff in Zahnpasta und Antazidum-Magenpulver. Magnesiumnitrat wird in der Pyrotechnik und als Katalysator bei der Herstellung von Petrochemikalien verwendet. Magnesiumsulfat hat zahlreiche Funktionen in der Textilindustrie, darunter das Beschweren von Baumwolle und Seide, das Feuerfestmachen von Stoffen sowie das Färben und Bedrucken von Kattun. Es findet auch Verwendung in Düngemitteln, Sprengstoffen, Streichhölzern, Mineralwasser, Keramik und kosmetischen Lotionen sowie bei der Herstellung von Perlmutt und mattierten Papieren. Magnesiumsulfat verstärkt die Bleichwirkung von Chlorkalk und wirkt als wasserkorrigierendes Mittel in der Brauindustrie und als Abführ- und Schmerzmittel in der Medizin.

Legierungen. Wenn Magnesium mit anderen Metallen wie Mangan, Aluminium und Zink legiert wird, verbessert es deren Zähigkeit und Belastbarkeit. In Kombination mit Lithium, Cer, Thorium und Zirkonium werden Legierungen hergestellt, die ein verbessertes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis sowie beträchtliche Hitzebeständigkeitseigenschaften aufweisen. Dies macht sie in der Luft- und Raumfahrtindustrie für den Bau von Strahltriebwerken, Raketenwerfern und Raumfahrzeugen von unschätzbarem Wert. Eine große Anzahl von Legierungen, die alle über 85 % Magnesium enthalten, sind unter dem allgemeinen Namen Dow-Metall bekannt.

Gefahren

Biologische Rollen. Als wesentlicher Bestandteil des Chlorophylls wird der Magnesiumbedarf des menschlichen Körpers zu einem großen Teil durch den Verzehr von grünem Gemüse gedeckt. Der durchschnittliche menschliche Körper enthält etwa 25 g Magnesium. Es ist nach Calcium, Natrium und Kalium das vierthäufigste Kation im Körper. Die Oxidation von Lebensmitteln setzt Energie frei, die in den energiereichen Phosphatbindungen gespeichert wird. Es wird angenommen, dass dieser Prozess der oxidativen Phosphorylierung in den Mitochondrien der Zellen stattfindet und dass Magnesium für diese Reaktion notwendig ist.

Experimentell erzeugter Magnesiummangel bei Ratten führt zu einer Erweiterung der peripheren Blutgefäße und später zu Übererregbarkeit und Krämpfen. Bei Kälbern, die nur mit Milch gefüttert wurden, trat eine ähnliche Tetanie auf wie bei Hypokalzämie. Ältere Tiere mit Magnesiummangel entwickelten „Grastaumeln“, ein Zustand, der eher mit einer Malabsorption als mit einem Mangel an Magnesium im Futter verbunden zu sein scheint.

Beim Menschen wurden Fälle von Magnesium-Tetanie beschrieben, die denen ähneln, die durch Calciummangel verursacht werden. In den gemeldeten Fällen lag jedoch neben einer unzureichenden Nahrungsaufnahme ein „konditionierender Faktor“ wie übermäßiges Erbrechen oder Flüssigkeitsverlust vor. Da diese Tetanie klinisch der durch Kalziummangel verursachten ähnelt, kann eine Diagnose nur durch die Bestimmung der Blutspiegel von Kalzium und Magnesium gestellt werden. Normale Blutspiegel reichen von 1.8 bis 3 mg pro 100 cm³, und es wurde festgestellt, dass Personen dazu neigen, komatös zu werden, wenn sich die Blutkonzentration 17 mg Prozent nähert. „Aeroform-Tumoren“ aufgrund der Entwicklung von Wasserstoff wurden bei Tieren durch das Einbringen von fein verteiltem Magnesium in das Gewebe erzeugt.

Toxizität. Magnesium und Legierungen, die 85 % des Metalls enthalten, können in ihren toxikologischen Eigenschaften gemeinsam betrachtet werden. Ihre Toxizität gilt in der Industrie als gering. Die am häufigsten verwendeten Verbindungen, Magnesit und Dolomit, kann die Atemwege reizen. Allerdings sind die Dämpfe von Magnesiumoxid, wie die bestimmter anderer Metalle, können Metallrauchfieber verursachen. Einige Forscher haben über eine höhere Inzidenz von Verdauungsstörungen bei Arbeitern in Magnesiumfabriken berichtet und vermuten, dass ein Zusammenhang zwischen Magnesiumabsorption und gastroduodenalen Geschwüren bestehen könnte. Beim Gießen von Magnesium oder Hochmagnesiumlegierungen werden fluoridhaltige Flussmittel und schwefelhaltige Inhibitoren verwendet, um das geschmolzene Metall mit einer Schwefeldioxidschicht von der Luft zu trennen. Dies verhindert ein Verbrennen während des Gießvorgangs, aber die Dämpfe von Fluoriden oder Schwefeldioxid könnten eine größere Gefahr darstellen.

Die größte Gefahr beim Umgang mit Magnesium ist die Brandgefahr. Kleine Fragmente des Metalls, wie sie beim Schleifen, Polieren oder maschinellen Bearbeiten entstehen, können leicht durch einen zufälligen Funken oder eine Flamme entzündet werden, und da sie bei einer Temperatur von 1,250 °C brennen, können diese Fragmente tiefe zerstörerische Verletzungen der Haut verursachen. Unfälle dieser Art sind aufgetreten, als ein Werkzeug an einer Schleifscheibe geschärft wurde, die zuvor zum Schleifen von Gussteilen aus Magnesiumlegierungen verwendet wurde. Außerdem reagiert Magnesium mit Wasser und Säuren unter Bildung von brennbarem Wasserstoffgas.

In die Haut eindringende oder in tiefe Wunden eindringende Magnesiumsplitter könnten „aeroforme Tumore“ der bereits erwähnten Art verursachen. Dies wäre ziemlich außergewöhnlich; Mit Magnesium kontaminierte Wunden heilen jedoch nur sehr langsam. Feiner Staub aus dem Schwabbeln von Magnesium kann Augen und Atemwege reizen, ist aber nicht besonders giftig.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Wie bei jedem potenziell gefährlichen Industrieprozess ist bei der Handhabung und Verarbeitung von Magnesium ständige Sorgfalt erforderlich. Wer das Metall gießt, sollte Schürzen und Handschutz aus Leder oder einem anderen geeigneten Material tragen, um sich vor „Spritzern“ kleiner Partikel zu schützen. Als Gesichtsschutz, insbesondere für die Augen, sollten auch transparente Gesichtsschutzschilde getragen werden. Wo Arbeiter Magnesiumstaub ausgesetzt sind, sollten keine Kontaktlinsen getragen werden und Augenspüleinrichtungen sollten sofort verfügbar sein. Arbeiter, die das Metall bearbeiten oder polieren, sollten Overalls tragen, an denen keine kleinen Metallfragmente haften bleiben. In Bereichen, in denen Magnesiumoxiddämpfe entstehen können, ist neben einer guten allgemeinen Belüftung auch eine ausreichende lokale Absaugung erforderlich. Schneidwerkzeuge sollten scharf sein, da stumpfe das Metall bis zur Entzündung erhitzen können.

Gebäude, in denen Magnesium gegossen oder bearbeitet wird, sollten nach Möglichkeit aus nicht brennbaren Materialien und ohne Absätze oder Vorsprünge errichtet werden, auf denen sich Magnesiumstaub ansammeln könnte. Das Ansammeln von Spänen und „Spänen“ sollte verhindert werden, vorzugsweise durch Nasskehren. Bis zur endgültigen Entsorgung sollten die Abfälle in kleinen Behältern gesammelt und in sicheren Abständen getrennt werden. Die sicherste Methode zur Entsorgung von Magnesiumabfällen ist wahrscheinlich das Einnässen und Vergraben.

Da die unbeabsichtigte Entzündung von Magnesium eine ernsthafte Brandgefahr darstellt, sind Brandschutzausbildung und angemessene Brandbekämpfungseinrichtungen unerlässlich. Die Arbeiter sollten geschult werden, bei der Bekämpfung eines solchen Brandes niemals Wasser zu verwenden, da dies die brennenden Fragmente lediglich zerstreut und das Feuer ausbreiten kann. Unter den Materialien, die für die Bekämpfung solcher Brände vorgeschlagen wurden, befinden sich Kohle und Sand. Kommerziell hergestellte Feuerlöschstäube sind ebenfalls erhältlich, von denen einer aus pulverisiertem Polyethylen und Natriumborat besteht.

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Gunnar Nordberg

Adaptiert von ATSDR 1995.

Vorkommen und Verwendungen

Bleierze werden in vielen Teilen der Welt gefunden. Das reichste Erz ist Galena (Bleisulfid) und dies ist die wichtigste kommerzielle Bleiquelle. Andere Bleierze umfassen Cerussit (Carbonat), Anglesit (Sulfat), Corcoit (Chromat), Wulfenit (Molybdat), Pyromorphit (Phosphat), Mutlockit (Chlorid) und Vanadinit (Vanadat). In vielen Fällen können die Bleierze auch andere toxische Metalle enthalten.

Bleimineralien werden von Gangart und anderen Materialien im Erz durch Trockenzerkleinerung, Nassmahlung (zur Herstellung einer Aufschlämmung), Schwerkraftklassierung und Flotation getrennt. Die freigesetzten Bleiminerale werden in einem dreistufigen Prozess aus Chargenvorbereitung (Mischen, Konditionieren etc.), Hochsintern und Hochofenreduktion geschmolzen. Das Hochofenbarren wird dann veredelt, indem Kupfer, Zinn, Arsen, Antimon, Zink, Silber und Wismut entfernt werden.

Metallisches Blei wird in Form von Folien oder Rohren dort eingesetzt, wo Biegsamkeit und Korrosionsbeständigkeit gefordert sind, wie etwa in Chemieanlagen und der Bauindustrie; es wird auch für Kabelummantelungen, als Zutat in Loten und als Füllstoff in der Automobilindustrie verwendet. Es ist ein wertvolles Abschirmmaterial für ionisierende Strahlung. Es wird zum Metallisieren für Schutzschichten, bei der Herstellung von Akkumulatoren und als Wärmebehandlungsbad beim Drahtziehen verwendet. Blei liegt in einer Vielzahl von Legierungen vor und seine Verbindungen werden in vielen Industrien in großen Mengen hergestellt und verwendet.

Blei wird zu etwa 40 % als Metall, zu 25 % in Legierungen und zu 35 % in chemischen Verbindungen verwendet. Bleioxide werden in den Platten von elektrischen Batterien und Akkumulatoren verwendet (PbO und Pb₃O₄), als Compoundierungsmittel bei der Gummiherstellung (PbO), als Lackinhaltsstoffe (Pb₃O₄) und als Bestandteile von Glasuren, Emails und Glas.

Bleisalze bilden die Grundlage vieler Farben und Pigmente; Bleikarbonat und Bleisulfat werden als Weißpigmente verwendet und die Bleichromate liefern Chromgelb, Chromorange, Chromrot und Chromgrün. Bleiarsenat ist ein Insektizid, Bleisulfat wird in der Gummimischung verwendet, Bleiacetat hat wichtige Anwendungen in der chemischen Industrie, Bleinaphthenat ist ein weit verbreiteter Trockner und Tetraethylblei ist ein Antiklopfadditiv für Benzin, wo es noch gesetzlich erlaubt ist.

Bleilegierungen. Andere Metalle wie Antimon, Arsen, Zinn und Wismut können zu Blei hinzugefügt werden, um seine mechanischen oder chemischen Eigenschaften zu verbessern, und Blei selbst kann zu Legierungen wie Messing, Bronze und Stahl hinzugefügt werden, um bestimmte wünschenswerte Eigenschaften zu erhalten.

Anorganische Bleiverbindungen. Der Platz ist nicht vorhanden, um die sehr große Anzahl organischer und anorganischer Bleiverbindungen zu beschreiben, die in der Industrie anzutreffen sind. Zu den üblichen anorganischen Verbindungen gehören jedoch Bleimonoxid (PbO), Bleidioxid (PbO₂), Bleitetroxid (Pb₃O₄), Bleisesquioxid (Pb₂O₃), Bleicarbonat, Bleisulfat, Bleichromate, Bleiarsenat, Bleichlorid, Bleisilikat und Bleiazid.

Die maximale Konzentration der organisches (Alkyl) Blei Verbindungen in Benzinen unterliegt in vielen Ländern gesetzlichen Vorschriften und in anderen Ländern der Beschränkung durch die Hersteller mit behördlicher Zustimmung. Viele Gerichtsbarkeiten haben seine Verwendung einfach verboten.

Gefahren

Die Hauptgefahr von Blei ist seine Toxizität. Klinische Bleivergiftungen gehören seit jeher zu den wichtigsten Berufskrankheiten. Die medizinisch-technische Prävention hat zu einem erheblichen Rückgang der gemeldeten Fälle und auch zu weniger schwerwiegenden klinischen Manifestationen geführt. Es ist jedoch jetzt offensichtlich, dass schädliche Wirkungen bei Expositionshöhen auftreten, die bisher als akzeptabel angesehen wurden.

Der industrielle Verbrauch von Blei nimmt zu und traditionelle Verbraucher werden durch neue Nutzer wie die Kunststoffindustrie ergänzt. Eine gefährliche Exposition gegenüber Blei tritt daher in vielen Berufen auf.

Beim Bleibergbau erfolgt ein beträchtlicher Teil der Bleiaufnahme über den Verdauungstrakt, und folglich hängt das Ausmaß der Gefährdung in dieser Industrie teilweise von der Löslichkeit der bearbeiteten Erze ab. Das Bleisulfid (PbS) in Bleiglanz ist unlöslich und die Resorption aus der Lunge ist begrenzt; im Magen kann jedoch etwas Bleisulfid in schwer lösliches Bleichlorid umgewandelt werden, das dann in mäßigen Mengen absorbiert werden kann.

Beim Schmelzen von Blei sind die Hauptgefahren der Bleistaub, der beim Brechen und Trockenmahlen entsteht, sowie Bleidämpfe und Bleioxid, die beim Sintern, Hochofenabbau und Raffinieren auftreten.

Bleibleche und -rohre werden hauptsächlich für den Bau von Anlagen zur Lagerung und Handhabung von Schwefelsäure verwendet. Die Verwendung von Blei für Wasser- und Stadtgasleitungen ist heutzutage begrenzt. Die Gefahren bei der Arbeit mit Blei nehmen mit der Temperatur zu. Wenn Blei bei Temperaturen unter 500 °C verarbeitet wird, wie beim Löten, ist das Risiko einer Rauchexposition weitaus geringer als beim Bleischweißen, wo höhere Flammentemperaturen verwendet werden und die Gefahr größer ist. Das Sprühbeschichten von Metallen mit geschmolzenem Blei ist gefährlich, da es bei hohen Temperaturen zu Staub und Dämpfen führt.

Beim Abriss von Stahlkonstruktionen wie Brücken und Schiffen, die mit bleihaltigen Farben gestrichen wurden, kommt es häufig zu Bleivergiftungen. Wenn metallisches Blei auf 550 °C erhitzt wird, entwickelt sich Bleidampf und wird oxidiert. Dies ist eine Bedingung, die bei der Metallveredelung, dem Schmelzen von Bronze und Messing, dem Versprühen von metallischem Blei, dem Verbrennen von Blei, der Klempnerarbeit in Chemieanlagen, dem Abwracken von Schiffen und dem Brennen, Schneiden und Schweißen von Stahlkonstruktionen, die mit Anstrichen beschichtet sind, auftreten kann Bleitetraoxid.

Wege des Eintrags

Haupteintragsweg in die Industrie sind die Atemwege. Eine gewisse Menge kann in den Atemwegen absorbiert werden, aber der Hauptteil wird von der Lungenblutbahn aufgenommen. Der Absorptionsgrad hängt vom Staubanteil kleiner 5 µm Partikelgröße und dem Atemminutenvolumen des exponierten Arbeiters ab. Eine erhöhte Arbeitsbelastung führt daher zu einer höheren Bleiaufnahme. Obwohl die Atemwege der Haupteintrittsweg sind, können schlechte Arbeitshygiene, Rauchen während der Arbeit (Verschmutzung von Tabak, verschmutzte Finger beim Rauchen) und schlechte persönliche Hygiene die Gesamtexposition hauptsächlich über den oralen Weg erheblich erhöhen. Dies ist einer der Gründe, warum die Korrelation zwischen der Bleikonzentration in der Arbeitsraumluft und dem Bleigehalt im Blut oft sehr schlecht ist, sicherlich individuell.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Höhe des Energieverbrauchs: Das Produkt aus Luftkonzentration und Atemminutenvolumen bestimmt die Bleiaufnahme. Die Wirkung von Überstunden besteht darin, die Expositionszeit zu verlängern und die Erholungszeit zu verkürzen. Die Gesamtexpositionszeit ist auch viel komplizierter als die offiziellen Personalakten angeben. Nur die Zeitanalyse am Arbeitsplatz kann relevante Daten liefern. Der Arbeiter kann sich in der Abteilung oder in der Fabrik bewegen; eine Tätigkeit mit häufigen Haltungswechseln (z. B. Drehen und Beugen) führt zu einer Belastung mit unterschiedlichsten Konzentrationen. Eine repräsentative Messung der Bleiaufnahme ist ohne die Verwendung eines persönlichen Probenehmers, der viele Stunden und viele Tage lang angewendet wird, fast unmöglich zu erhalten.

Partikelgröße. Da der wichtigste Weg der Bleiaufnahme über die Lunge verläuft, ist die Partikelgröße von industriellem Bleistaub von erheblicher Bedeutung, und dies hängt von der Art des Vorgangs ab, bei dem der Staub entsteht. Feiner Staub lungengängiger Partikelgröße entsteht bei Prozessen wie dem Pulverisieren und Mischen von Bleifarben, der abrasiven Bearbeitung von bleihaltigen Spachtelmassen in Automobilkarosserien und dem Trockenabreiben von Bleifarbe. Die Abgase von Benzinmotoren liefern Bleichlorid- und Bleibromidpartikel von 1 Mikron Durchmesser. Die größeren Partikel können jedoch aufgenommen und über den Magen absorbiert werden. Ein aussagekräftigeres Bild der mit einer Probe von Bleistaub verbundenen Gefährdung könnte durch Einbeziehung einer Größenverteilung sowie einer Gesamtbleibestimmung vermittelt werden. Aber diese Informationen sind für den Forschungsforscher wahrscheinlich wichtiger als für den Feldhygieniker.

Biologisches Schicksal

Anorganisches Blei wird im menschlichen Körper nicht verstoffwechselt, sondern direkt aufgenommen, verteilt und ausgeschieden. Die Absorptionsrate von Blei hängt von seiner chemischen und physikalischen Form und von den physiologischen Eigenschaften der exponierten Person ab (z. B. Ernährungszustand und Alter). Inhaliertes Blei, das sich in den unteren Atemwegen ablagert, wird vollständig resorbiert. Die aus dem Magen-Darm-Trakt von Erwachsenen resorbierte Bleimenge beträgt typischerweise 10 bis 15 % der aufgenommenen Menge; bei Schwangeren und Kindern kann die aufgenommene Menge auf bis zu 50 % ansteigen. Unter Fastenbedingungen und bei Eisen- oder Calciummangel steigt die aufgenommene Menge deutlich an.

Im Blut wird Blei hauptsächlich auf drei Kompartimente verteilt – Blut, Weichgewebe (Niere, Knochenmark, Leber und Gehirn) und mineralisierendes Gewebe (Knochen und Zähne). Mineralisierendes Gewebe enthält etwa 95 % der gesamten Bleibelastung des Körpers bei Erwachsenen.

Das Blei in mineralisierenden Geweben reichert sich in Unterkompartimenten an, die sich in der Rate, mit der Blei resorbiert wird, unterscheiden. Im Knochen gibt es sowohl eine labile Komponente, die leicht Blei mit dem Blut austauscht, als auch einen inerten Pool. Das Blei im Inertbecken stellt ein besonderes Risiko dar, da es sich um eine potentielle endogene Bleiquelle handelt. Wenn der Körper physiologischen Belastungen wie Schwangerschaft, Stillzeit oder chronischen Krankheiten ausgesetzt ist, kann dieses normalerweise inerte Blei mobilisiert werden, wodurch der Bleispiegel im Blut erhöht wird. Aufgrund dieser beweglichen Bleivorräte kann es mehrere Monate oder manchmal Jahre dauern, bis der Bleigehalt im Blut einer Person erheblich abfällt, selbst nach vollständiger Entfernung von der Quelle der Bleiexposition.

99 % des Bleis im Blut sind Erythrozyten zugeordnet; das restliche 1 % befindet sich im Plasma, wo es für den Transport zu den Geweben zur Verfügung steht. Das nicht retinierte Blutblei wird entweder über die Nieren oder über die Galle in den Gastrointestinaltrakt ausgeschieden. In Einzelexpositionsstudien mit Erwachsenen hat Blei im Blut eine Halbwertszeit von etwa 25 Tagen; in Weichgewebe etwa 40 Tage; und im nicht labilen Teil des Knochens mehr als 25 Jahre. Folglich kann sich der Blutbleispiegel einer Person nach einer einzigen Exposition wieder normalisieren; die Gesamtkörperbelastung kann jedoch noch erhöht sein.

Damit sich eine Bleivergiftung entwickeln kann, müssen keine größeren akuten Bleibelastungen auftreten. Der Körper reichert dieses Metall ein Leben lang an und gibt es langsam wieder ab, sodass selbst kleine Dosen im Laufe der Zeit eine Bleivergiftung verursachen können. Es ist die Gesamtkörperbelastung durch Blei, die mit dem Risiko von Nebenwirkungen zusammenhängt.

Physiologische Wirkungen

Ob Blei durch Einatmen oder Verschlucken in den Körper gelangt, die biologischen Wirkungen sind die gleichen; Es gibt eine Störung der normalen Zellfunktion und einer Reihe physiologischer Prozesse.

Neurologische Wirkungen. Das empfindlichste Ziel einer Bleivergiftung ist das Nervensystem. Bei Kindern wurden neurologische Defizite bei Expositionsniveaus dokumentiert, von denen früher angenommen wurde, dass sie keine schädlichen Auswirkungen haben. Zusätzlich zum Fehlen eines genauen Schwellenwerts kann die kindliche Bleitoxizität dauerhafte Auswirkungen haben. Eine Studie zeigte, dass Schäden am Zentralnervensystem (ZNS), die als Folge einer Bleiexposition im Alter von 2 Jahren auftraten, zu anhaltenden Defiziten in der neurologischen Entwicklung führten, wie z. B. niedrigere IQ-Werte und kognitive Defizite, im Alter von 5 Jahren. In einer anderen Studie wurde gemessen Gesamtkörperbelastung, Grundschulkinder mit hohen Bleiwerten in den Zähnen, aber ohne bekannte Bleivergiftung in der Vorgeschichte, hatten größere Defizite bei den psychometrischen Intelligenzwerten, der Sprach- und Sprachverarbeitung, der Aufmerksamkeit und den Leistungen im Klassenzimmer als Kinder mit niedrigeren Bleiwerten. Ein Folgebericht von 1990 über Kinder mit erhöhten Bleiwerten in ihren Zähnen stellte eine siebenfache Erhöhung der Wahrscheinlichkeit fest, dass sie die High School nicht abschließen, einen niedrigeren Klassenstand, größere Fehlzeiten, mehr Leseschwächen und Defizite im Wortschatz, in der Feinmotorik und im Reaktionsvermögen Zeit und Hand-Auge-Koordination 11 Jahre später. Die berichteten Wirkungen werden eher durch die anhaltende Toxizität von Blei verursacht als durch kürzliche übermäßige Exposition, da die bei jungen Erwachsenen gefundenen Blutbleispiegel niedrig waren (weniger als 10 Mikrogramm pro Deziliter (μg/dl)).

Es wurde festgestellt, dass die Hörschärfe, insbesondere bei höheren Frequenzen, mit steigenden Bleispiegeln im Blut abnimmt. Hörverlust kann zu den offensichtlichen Lernbehinderungen oder dem schlechten Verhalten im Klassenzimmer beitragen, das Kinder mit Bleivergiftung zeigen.

Auch Erwachsene erfahren ZNS-Wirkungen bei relativ niedrigen Blutbleispiegeln, die sich in subtilen Verhaltensänderungen, Müdigkeit und Konzentrationsstörungen äußern. Schädigungen des peripheren Nervensystems, primär motorisch, werden hauptsächlich bei Erwachsenen beobachtet. Bei asymptomatischen leitenden Arbeitern wurde über periphere Neuropathie mit leichter Verlangsamung der Nervenleitgeschwindigkeit berichtet. Es wird angenommen, dass die Lead-Neuropathie eine Motoneuron-Vorderhornzellerkrankung mit peripherem Absterben der Axone ist. Frank Wrist Drop tritt nur als spätes Zeichen einer Bleivergiftung auf.

Hämatologische Wirkungen. Blei hemmt die Fähigkeit des Körpers, Hämoglobin herzustellen, indem es mehrere enzymatische Schritte im Häm-Weg stört. Ferrochelatase, die die Insertion von Eisen in Protoporphyrin IX katalysiert, ist ziemlich empfindlich gegenüber Blei. Eine Abnahme der Aktivität dieses Enzyms führt zu einem Anstieg des Substrats Erythrozyten-Protoporphyrin (EP) in den roten Blutkörperchen. Jüngste Daten zeigen, dass der EP-Wert, der in der Vergangenheit zum Screening auf Bleitoxizität verwendet wurde, bei niedrigeren Blutbleiwerten nicht ausreichend empfindlich ist und daher als Screening-Test auf Bleivergiftung nicht so nützlich ist, wie bisher angenommen.

Blei kann zwei Arten von Anämie auslösen. Akute hochgradige Bleivergiftung wurde mit hämolytischer Anämie in Verbindung gebracht. Bei einer chronischen Bleivergiftung induziert Blei eine Anämie, indem es sowohl die Erythropoese stört als auch das Überleben der roten Blutkörperchen verringert. Es sollte jedoch betont werden, dass eine Anämie keine frühe Manifestation einer Bleivergiftung ist und sich nur manifestiert, wenn der Blutbleispiegel über einen längeren Zeitraum signifikant erhöht ist.

Endokrine Wirkungen. Zwischen dem Blutbleispiegel und dem Vitamin-D-Spiegel besteht eine starke umgekehrte Korrelation. Da das endokrine Vitamin-D-System zu einem großen Teil für die Aufrechterhaltung der extra- und intrazellulären Kalziumhomöostase verantwortlich ist, ist es wahrscheinlich, dass Blei das Zellwachstum und die Zellreifung beeinträchtigt und Zahn- und Knochenentwicklung.

Auswirkungen auf die Nieren. Eine direkte Auswirkung auf die Niere einer langfristigen Bleiexposition ist Nephropathie. Eine Beeinträchtigung der proximalen Tubulusfunktion manifestiert sich in Aminoazidurie, Glykosurie und Hyperphosphaturie (ein Fanconi-ähnliches Syndrom). Es gibt auch Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen Bleiexposition und Bluthochdruck, ein Effekt, der möglicherweise durch renale Mechanismen vermittelt wird. Gicht kann sich als Folge einer bleiinduzierten Hyperurikämie entwickeln, mit selektiver Abnahme der fraktionierten Harnsäureausscheidung vor einer Abnahme der Kreatinin-Clearance. Nierenversagen ist für 10 % der Todesfälle bei Patienten mit Gicht verantwortlich.

Fortpflanzungs- und Entwicklungseffekte. Mütterliche Bleispeicher passieren leicht die Plazenta und setzen den Fötus einem Risiko aus. Bereits Ende des 19. Jahrhunderts wurde über eine erhöhte Häufigkeit von Fehl- und Totgeburten bei Frauen im Bleigewerbe berichtet. Obwohl die Daten zu den Expositionshöhen unvollständig sind, waren diese Effekte wahrscheinlich das Ergebnis weitaus größerer Expositionen, als sie derzeit in Leitindustrien zu finden sind. Verlässliche Dosis-Wirkungs-Daten für reproduktive Wirkungen bei Frauen fehlen bis heute.

Immer mehr Hinweise deuten darauf hin, dass Blei nicht nur die Lebensfähigkeit des Fötus, sondern auch die Entwicklung beeinträchtigt. Zu den Folgen einer vorgeburtlichen Exposition gegenüber niedrigen Bleiwerten auf die Entwicklung zählen ein vermindertes Geburtsgewicht und Frühgeburten. Blei ist ein tierisches Teratogen; Die meisten Studien am Menschen konnten jedoch keinen Zusammenhang zwischen Bleispiegeln und angeborenen Fehlbildungen zeigen.

Die Auswirkungen von Blei auf das männliche Fortpflanzungssystem beim Menschen sind nicht gut charakterisiert. Die verfügbaren Daten stützen eine vorläufige Schlussfolgerung, dass Auswirkungen auf die Hoden, einschließlich verringerter Spermienzahl und -motilität, aus einer chronischen Exposition gegenüber Blei resultieren können.

Krebserzeugende Wirkungen. Anorganisches Blei und anorganische Bleiverbindungen wurden von der International Agency for Research on Cancer (IARC) als Gruppe 2B, mögliche menschliche Karzinogene, eingestuft. Fallberichte haben Blei als potenzielles Nierenkarzinogen beim Menschen impliziert, aber die Assoziation bleibt ungewiss. Es wurde berichtet, dass lösliche Salze wie Bleiacetat und Bleiphosphat bei Ratten Nierentumoren verursachen.

Kontinuum von Anzeichen und Symptomen im Zusammenhang mit Bleitoxizität

Leichte Toxizität im Zusammenhang mit Bleiexposition umfasst Folgendes:

• Myalgie oder Parästhesien

• leichte Müdigkeit

• Reizbarkeit

• Lethargie

• gelegentliche Bauchschmerzen.

Zu den mit mäßiger Toxizität verbundenen Anzeichen und Symptomen gehören:

• Arthralgie

• allgemeine Müdigkeit

• Konzentrationsschwierigkeiten

• muskuläre Erschöpfung

• Tremor

• Kopfschmerzen

• diffuse Bauchschmerzen

• Erbrechen

• Gewichtsverlust

• Verstopfung.

Zu den Anzeichen und Symptomen einer schweren Toxizität gehören:

• Parese oder Lähmung

• Enzephalopathie, die plötzlich zu Krampfanfällen, Bewusstseinsveränderungen, Koma und Tod führen kann

• Bleilinie (blau-schwarz) auf Zahnfleischgewebe

• Koliken (intermittierende, schwere Bauchkrämpfe).

Einige der hämatologischen Anzeichen einer Bleivergiftung ahmen andere Krankheiten oder Zustände nach. Bei der Differenzialdiagnose der mikrozytären Anämie kann eine Bleivergiftung meist durch Bestimmung der Bleikonzentration im venösen Blut ausgeschlossen werden; Wenn der Blutbleispiegel weniger als 25 μg/dL beträgt, spiegelt die Anämie normalerweise einen Eisenmangel oder eine Hämoglobinopathie wider. Zwei seltene Krankheiten, die akute intermittierende Porphyrie und die Koproporphyrie, führen ebenfalls zu Hämanomalien, die denen einer Bleivergiftung ähneln.

Andere Auswirkungen einer Bleivergiftung können irreführend sein. Patienten mit neurologischen Symptomen aufgrund einer Bleivergiftung wurden nur wegen peripherer Neuropathie oder Karpaltunnelsyndrom behandelt, wodurch die Behandlung einer Bleivergiftung verzögert wurde. Das Versäumnis, eine durch Blei verursachte Magen-Darm-Beschwerden korrekt zu diagnostizieren, hat zu unangemessenen Bauchoperationen geführt.

Laborauswertung

Bei Verdacht auf Pica oder versehentliches Verschlucken von bleihaltigen Gegenständen (z. B. Vorhanggewichte oder Angelblei) sollte eine Röntgenaufnahme des Abdomens angefertigt werden. Die Haaranalyse ist normalerweise kein geeigneter Assay für die Bleitoxizität, da keine Korrelation zwischen der Bleimenge im Haar und der Expositionshöhe gefunden wurde.

Die Wahrscheinlichkeit einer umweltbedingten Bleikontamination einer Laborprobe und eine uneinheitliche Probenvorbereitung erschweren die Interpretation der Ergebnisse der Haaranalyse. Zu den empfohlenen Labortests zur Bewertung einer Bleivergiftung gehören die folgenden:

• Blutbild mit peripherem Abstrich

• Bleispiegel im Blut

• Erythrozyten-Protoporphyrin-Spiegel

• BUN und Kreatininspiegel

• Urinanalyse.

Blutbild mit peripherem Abstrich. Bei einem mit Blei vergifteten Patienten können die Hämatokrit- und Hämoglobinwerte leicht bis mäßig niedrig sein. Die Differenzial- und Gesamtweißzahl kann normal erscheinen. Der periphere Ausstrich kann entweder normochrom und normozytär oder hypochrom und mikrozytär sein. Basophile Punktierung wird normalerweise nur bei Patienten beobachtet, die über einen längeren Zeitraum erheblich vergiftet wurden. Eosinophilie kann bei Patienten mit Bleitoxizität auftreten, zeigt jedoch keine eindeutige Dosis-Wirkungs-Wirkung.

Es ist wichtig zu beachten, dass basophile Tüpfelung bei Patienten mit Bleivergiftung nicht immer zu sehen ist.

Bleispiegel im Blut. Ein Blutbleispiegel ist der nützlichste Screening- und Diagnosetest für Bleiexposition. Ein Blutbleispiegel spiegelt das dynamische Gleichgewicht von Blei zwischen Absorption, Ausscheidung und Ablagerung in Weich- und Hartgewebekompartimenten wider. Bei chronischen Expositionen repräsentieren die Blutbleispiegel oft die Gesamtkörperbelastung nicht; Dennoch ist es das am weitesten akzeptierte und am häufigsten verwendete Maß für die Bleiexposition. Die Bleispiegel im Blut reagieren relativ schnell auf abrupte oder intermittierende Änderungen der Bleiaufnahme (z. B. Aufnahme von bleihaltigen Farbspänen durch Kinder) und weisen innerhalb eines begrenzten Bereichs eine lineare Beziehung zu diesen Aufnahmemengen auf.

Heute liegt beispielsweise der durchschnittliche Blutbleispiegel in der US-Bevölkerung unter 10 μg/dL, verglichen mit durchschnittlich 16 μg/dL (in den 1970er Jahren), dem Wert vor der gesetzlich vorgeschriebenen Entfernung von Blei aus Benzin. Ein Blutbleispiegel von 10 μg/dL ist etwa dreimal höher als der durchschnittliche Wert, der in einigen abgelegenen Bevölkerungsgruppen gefunden wird.

Die Werte, die eine Bleivergiftung definieren, sind zunehmend zurückgegangen. Zusammengenommen treten Wirkungen über einen weiten Bereich von Blutbleikonzentrationen auf, ohne Angabe eines Schwellenwerts. Für Kinder wurde noch kein sicheres Niveau gefunden. Sogar bei Erwachsenen werden Effekte auf immer niedrigeren Ebenen entdeckt, da empfindlichere Analysen und Maßnahmen entwickelt werden.

Erythrozyten-Protoporhyrin-Spiegel. Bis vor kurzem war Erythrozyten-Protoporphyrin (EP) der Test der Wahl für das Screening asymptomatischer Risikopopulationen, das üblicherweise als Zink-Protoporphyrin (ZPP) getestet wird. Ein erhöhter Protoporphyrinspiegel im Blut ist das Ergebnis einer Akkumulation infolge einer Enzymdysfunktion in den Erythrozyten. Es erreicht im Blut erst nach etwa 120 Tagen, nachdem sich die gesamte Population zirkulierender Erythrozyten umgesetzt hat, einen stabilen Zustand. Folglich bleibt er hinter den Bleispiegeln im Blut zurück und ist ein indirektes Maß für die langfristige Bleiexposition.

Der Hauptnachteil der Verwendung von EP (ZPP)-Tests als Methode für das Blei-Screening besteht darin, dass sie bei den niedrigeren Bleivergiftungswerten nicht empfindlich ist. Daten aus der zweiten US National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES II) zeigen, dass 58 % von 118 Kindern mit Blutbleiwerten über 30 μg/dL EP-Werte innerhalb normaler Grenzen aufwiesen. Dieser Befund zeigt, dass eine beträchtliche Anzahl von Kindern mit Bleitoxizität übersehen würde, wenn man sich allein auf EP (ZPP)-Tests als Screening-Instrument verlässt. Ein EP (ZPP)-Spiegel ist immer noch nützlich beim Screening von Patienten auf Eisenmangelanämie.

Normalwerte von ZPP liegen normalerweise unter 35 μg/dL. Hyperbilirubinämie (Gelbsucht) führt zu falsch erhöhten Messwerten, wenn das Hämatofluorometer verwendet wird. EP ist erhöht bei Eisenmangelanämie und bei Sichelzellenanämie und anderen hämolytischen Anämien. Bei der erythropoetischen Protoporphyrie, einer extrem seltenen Erkrankung, ist der EP deutlich erhöht (normalerweise über 300 μg/dL).

BUN, Kreatinin und Urinanalyse. Diese Parameter zeigen möglicherweise erst spät signifikante Wirkungen von Blei auf die Nierenfunktion. Die Nierenfunktion bei Erwachsenen kann auch durch Messung der fraktionierten Harnsäureausscheidung beurteilt werden (normaler Bereich 5 bis 10 %; weniger als 5 % bei saturninischer Gicht; mehr als 10 % beim Fanconi-Syndrom).

Organische Bleivergiftung

Die Aufnahme einer ausreichenden Menge Tetraethylblei, sei es kurzzeitig mit hoher oder über längere Zeit mit geringerer Rate, führt zu einer akuten Intoxikation des ZNS. Die milderen Manifestationen sind Schlaflosigkeit, Mattigkeit und nervöse Erregung, die sich in grellen Träumen und traumähnlichen Wachzuständen der Angst zeigt, verbunden mit Zittern, Hyperreflexie, krampfartigen Muskelkontraktionen, Bradykardie, vaskulärer Hypotonie und Hypothermie. Zu den schwerwiegenderen Reaktionen gehören wiederkehrende (manchmal fast kontinuierliche) Episoden vollständiger Orientierungslosigkeit mit Halluzinationen, Gesichtsverzerrungen und intensiver allgemeiner somatischer Muskelaktivität mit Widerstand gegen körperliche Zurückhaltung. Solche Episoden können sich abrupt in manische oder heftige Krampfanfälle verwandeln, die mit Koma und Tod enden können.

Die Krankheit kann Tage oder Wochen andauern, wobei Ruhepausen durch jede Art von Störung leicht zu Überaktivität führen können. In diesen weniger akuten Fällen kommt es häufig zu Blutdruckabfall und Gewichtsverlust. Wenn das Einsetzen einer solchen Symptomatik unmittelbar (innerhalb weniger Stunden) nach einer kurzen, schweren Exposition gegenüber Tetraethylblei folgt und wenn sich die Symptomatik schnell entwickelt, ist ein früher tödlicher Ausgang zu befürchten. Wenn jedoch das Intervall zwischen dem Ende einer kurzen oder längeren Exposition und dem Einsetzen der Symptome verzögert ist (um bis zu 8 Tage), ist die Prognose vorsichtig hoffnungsvoll, obwohl partielle oder wiederkehrende Orientierungslosigkeit und eingeschränkte Kreislauffunktion wochenlang anhalten können.

Die Erstdiagnose wird durch eine gültige Anamnese einer signifikanten Exposition gegenüber Tetraethylblei oder durch das klinische Muster der vorliegenden Krankheit nahegelegt. Sie kann durch den weiteren Krankheitsverlauf gestützt und durch den Nachweis einer signifikanten Resorption von Tetraethylblei bestätigt werden, die durch Urin- und Blutanalysen erbracht werden, die typische Befunde (d. h. eine auffällige Erhöhung der Bleiausscheidungsrate) zeigen im Urin) und einer gleichzeitig vernachlässigbaren oder leichten Erhöhung der Bleikonzentration im Blut.

Führungskontrolle im Arbeitsumfeld

Die klinische Bleivergiftung war historisch gesehen eine der wichtigsten Berufskrankheiten und bleibt auch heute noch ein großes Risiko. Der beträchtliche Bestand an wissenschaftlichen Erkenntnissen über die toxischen Wirkungen von Blei wurde seit den 1980er Jahren durch bedeutende neue Erkenntnisse über die subtileren subklinischen Wirkungen bereichert. In ähnlicher Weise wurde es in einer Reihe von Ländern für notwendig erachtet, Arbeitsschutzmaßnahmen, die im letzten halben Jahrhundert und darüber hinaus erlassen wurden, neu zu formulieren oder zu modernisieren.

So wurde im November 1979 in den USA der Final Standard on Occupational Exposure to Lead von der Occupational Safety and Health Administration (OSHA) herausgegeben, und im November 1980 wurde im Vereinigten Königreich ein umfassender genehmigter Verhaltenskodex zur Kontrolle von Blei herausgegeben bei der Arbeit führen.

Die Hauptmerkmale der in den 1970er Jahren entstandenen Gesetze, Vorschriften und Verhaltenskodizes zum Schutz der Gesundheit von Arbeitnehmern bei der Arbeit umfassten die Einrichtung umfassender Systeme, die alle Arbeitsumstände mit Blei abdecken und Hygienemaßnahmen, Umgebungsüberwachung und Gesundheit gleichermaßen berücksichtigen Überwachung (einschließlich biologischer Überwachung).

Die meisten Verhaltenskodizes umfassen die folgenden Aspekte:

• Beurteilung bleiexponierender Arbeiten

• Information, Unterweisung und Ausbildung

• Kontrollmaßnahmen für Materialien, Anlagen und Prozesse

• Anwendung und Aufrechterhaltung von Kontrollmaßnahmen

• Atemschutzgeräte und Schutzkleidung

• Wasch- und Umkleidemöglichkeiten und Reinigung

• getrennte Ess-, Trink- und Raucherbereiche

• verpflichtet, die Ausbreitung von Kontaminationen durch Blei zu vermeiden

• Luftüberwachung

• medizinische Überwachung und biologische Tests

• Aufbewahrung von Aufzeichnungen.

Einige Vorschriften, wie z. B. der OSHA-Bleistandard, legen die zulässige Expositionsgrenze (PEL) von Blei am Arbeitsplatz, die Häufigkeit und den Umfang der medizinischen Überwachung und andere Verantwortlichkeiten des Arbeitgebers fest. Zum jetzigen Zeitpunkt muss der Arbeitnehmer schriftlich benachrichtigt und medizinisch untersucht werden, wenn die Blutuntersuchung einen Blutbleiwert von mehr als 40 μg/dL ergibt. Wenn der Blutbleiwert eines Arbeitnehmers 60 μg/dL (oder durchschnittlich 50 μg/dL oder mehr) erreicht, ist der Arbeitgeber verpflichtet, den Mitarbeiter unter Beibehaltung des Dienstalters und der Bezahlung von einer übermäßigen Exposition abzuhalten, bis der Blutbleiwert des Mitarbeiters unter 40 fällt μg/dL (29 CFR 91 O.1025) (Schutz vor medizinischer Entfernung).

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Das Ziel der Vorsichtsmaßnahmen besteht erstens darin, das Einatmen von Blei und zweitens das Verschlucken zu verhindern. Diese Aufgaben werden am effektivsten durch den Ersatz der Bleiverbindung durch eine weniger toxische Substanz erreicht. Die Verwendung von Bleipolysilikaten in der Töpferei ist ein Beispiel. Der Verzicht auf Bleikarbonatfarben für den Anstrich von Innenräumen von Gebäuden hat sich als sehr wirksam zur Verringerung von Malerkoliken erwiesen; Wirksame Ersatzstoffe für Blei sind für diesen Zweck so leicht verfügbar geworden, dass es in einigen Ländern als vernünftig erachtet wurde, die Verwendung von Bleifarbe für das Innere von Gebäuden zu verbieten.

Auch wenn die Verwendung von Blei selbst nicht vermieden werden kann, ist es dennoch möglich, Staub zu vermeiden. Wassersprays können in großen Mengen verwendet werden, um die Bildung von Staub zu verhindern und zu verhindern, dass er in die Luft gelangt. Bei der Bleiverhüttung können das Erz und der Schrott auf diese Weise behandelt und die Böden, auf denen es lag, feucht gehalten werden. Leider gibt es unter diesen Umständen immer eine potenzielle Staubquelle, wenn das behandelte Material oder der Boden jemals trocken werden. In einigen Fällen werden Vorkehrungen getroffen, um sicherzustellen, dass der Staub eher grob als fein ist. Andere spezifische technische Vorsichtsmaßnahmen werden an anderer Stelle in diesem Dokument erörtert Enzyklopädie.

Arbeitnehmer, die Blei in irgendeiner Form ausgesetzt sind, sollten mit persönlicher Schutzausrüstung (PSA) ausgestattet werden, die regelmäßig gewaschen oder erneuert werden sollte. Schutzkleidung aus bestimmten Kunstfasern hält viel weniger Staub zurück als Baumwolloveralls und sollte dort getragen werden, wo die Arbeitsbedingungen dies zulassen; Aufschläge, Falten und Taschen, in denen sich Bleistaub ansammeln kann, sind zu vermeiden.

Für diese PSA sollte eine Garderobe vorhanden sein, mit separater Unterbringung für Kleidung, die während der Arbeitszeit abgelegt wird. Waschgelegenheiten, einschließlich Badegelegenheiten mit warmem Wasser, sollten bereitgestellt und genutzt werden. Vor dem Essen sollte Zeit zum Waschen eingeräumt werden. Es sollten Vorkehrungen getroffen werden, um das Essen und Rauchen in der Nähe von Bleiprozessen zu verbieten, und es sollten geeignete Speisemöglichkeiten bereitgestellt werden.

Die mit Bleiprozessen verbundenen Räume und Anlagen müssen unbedingt durch kontinuierliche Reinigung entweder durch ein Nassverfahren oder durch Staubsauger sauber gehalten werden. Wo Arbeiter trotz dieser Vorsichtsmaßnahmen weiterhin Blei ausgesetzt sein können, sollten Atemschutzgeräte bereitgestellt und ordnungsgemäß gewartet werden. Die Aufsicht sollte sicherstellen, dass diese Ausrüstung in einem sauberen und effizienten Zustand gehalten und bei Bedarf verwendet wird.

Organisches Blei

Sowohl die toxischen Eigenschaften organischer Bleiverbindungen als auch ihre leichte Absorption erfordern, dass der Hautkontakt von Arbeitern mit diesen Verbindungen, allein oder in konzentrierten Mischungen in kommerziellen Formulierungen oder in Benzin oder anderen organischen Lösungsmitteln, strikt vermieden werden muss. Sowohl die technologische als auch die Managementkontrolle sind unerlässlich, und eine angemessene Schulung der Arbeitnehmer in sicheren Arbeitspraktiken und der Verwendung von PSA ist erforderlich. Es ist wichtig, dass die atmosphärischen Konzentrationen von Alkylbleiverbindungen in der Luft am Arbeitsplatz auf einem extrem niedrigen Niveau gehalten werden. Das Personal darf am Arbeitsplatz nicht essen, rauchen oder unverschlossene Speisen oder Getränke aufbewahren. Gute sanitäre Einrichtungen, einschließlich Duschen, sollten bereitgestellt werden, und die Arbeitnehmer sollten ermutigt werden, eine gute persönliche Hygiene zu praktizieren, insbesondere durch Duschen oder Waschen nach der Arbeitsschicht. Für Arbeits- und Privatkleidung sind getrennte Schließfächer vorzusehen.

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Gunnar Nordberg

Iridium (Ir) gehört zur Platinfamilie. Sein Name leitet sich von den Farben seines Salzes ab, die an einen Regenbogen (Iris) erinnern. Obwohl es sehr hart und das korrosionsbeständigste bekannte Metall ist, wird es von einigen Salzen angegriffen.

Vorkommen und Verwendungen

Iridium kommt in der Natur in metallischer Form vor, meist legiert mit Osmium (Osmiridium), Platin oder Gold, und wird aus diesen Mineralien hergestellt. Das Metall wird zur Herstellung von Tiegeln für chemische Labors und zum Härten von Platin verwendet. Kürzlich in vitro Studien weisen auf mögliche Wirkungen von Iridium hin Leishmania donovani und die trypanozide Aktivität von Iridium gegen Trypanosoma brucei. Ir wird in der industriellen Radiologie verwendet und ist ein Gammastrahler (0.31 MeV bei 82.7 %) und ein Betastrahler (0.67 MeV bei 47.2 %). ¹⁹²Ir ist ein Radioisotop, das auch für die klinische Behandlung, insbesondere die Krebstherapie, verwendet wurde. Es ist eines der am häufigsten verwendeten Isotope bei der interstitiellen Gehirnbestrahlung.

Gefahren

Über die Toxizität von Iridium und seinen Verbindungen ist sehr wenig bekannt. Da es nur in kleinen Mengen verwendet wird, gab es wenig Gelegenheit, negative Auswirkungen auf den Menschen zu bemerken. Alle Radioisotope sind potenziell schädlich und müssen mit geeigneten Sicherheitsvorkehrungen behandelt werden, die für den Umgang mit radioaktiven Quellen erforderlich sind. Lösliche Iridiumverbindungen wie z Iridiumtribromid und Tetrabromid und Iridiumtrichlorid könnte sowohl toxische Wirkungen des Iridiums als auch des Halogens aufweisen, aber Daten bezüglich seiner chronischen Toxizität sind nicht verfügbar. Es wurde berichtet, dass Iridiumtrichlorid die Haut leicht reizt und im Augenreizungstest positiv war. Inhaliertes Aerosol von metallischem Iridium lagert sich in den oberen Atemwegen von Ratten ab; das Metall wird dann schnell über den Magen-Darm-Trakt entfernt und ist zu ca. 95 % im Kot nachweisbar. Beim Menschen gibt es nur Berichte über Strahlenschäden aufgrund einer versehentlichen Exposition gegenüber ¹⁹²Gehen

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Für Personen, die für die Pflege während der interstitiellen Brachytherapie verantwortlich sind, sollte ein Strahlenschutz- und medizinisches Überwachungsprogramm vorhanden sein. Zu den Strahlenschutzprinzipien gehören die Reduzierung der Exposition nach Zeit, Entfernung und Abschirmung. Krankenschwestern, die Brachytherapie-Patienten betreuen, müssen Strahlungsüberwachungsgeräte tragen, um die Strahlenbelastung aufzuzeichnen. Um Unfälle in der Industrieradiographie zu vermeiden, sollten nur ausgebildete Industrieradiologen mit Radionukliden umgehen dürfen.

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Gunnar Nordberg

Vorkommen und Verwendungen

In der Natur ist Indium (In) weit verbreitet und kommt am häufigsten zusammen mit Zinkmineralien (Sphalerit, Marmatit, Christophit), seiner wichtigsten Handelsquelle, vor. Es kommt auch in Zinn-, Mangan-, Wolfram-, Kupfer-, Eisen-, Blei-, Kobalt- und Wismuterzen vor, jedoch im Allgemeinen in Mengen von weniger als 0.1 %.

Indium wird allgemein in der Industrie zum Oberflächenschutz oder in Legierungen verwendet. Eine dünne Indiumschicht erhöht die Korrosions- und Verschleißfestigkeit von Metallen. Es verlängert die Lebensdauer beweglicher Teile in Lagern und findet breite Anwendung in der Flugzeug- und Automobilindustrie. Es wird in Dentallegierungen verwendet und ist aufgrund seiner „Benetzbarkeit“ ideal zum Beschichten von Glas. Aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit wird Indium in großem Umfang zur Herstellung von Filmbildschirmen, Kathodenstrahloszilloskopen und Spiegeln verwendet. Wenn es mit Antimon und Germanium in einer extrem reinen Kombination verbunden wird, wird es häufig bei der Herstellung von Transistoren und anderen empfindlichen elektronischen Komponenten verwendet. Radioisotope von Indium in Verbindungen wie z Indiumtrichlorid und kolloidales Indiumhydroxid werden beim organischen Scannen und bei der Behandlung von Tumoren eingesetzt.

Neben dem Metall sind die gebräuchlichsten industriellen Verbindungen von Indium das Trichlorid, das beim Galvanisieren verwendet wird; das Sesquioxid, das in der Glasherstellung verwendet wird; das Sulfat; und das als Halbleitermaterial verwendete Antimonid und das Arsenid.

Gefahren

Es wurden keine Fälle von systemischen Wirkungen bei Menschen berichtet, die Indium ausgesetzt waren. Das derzeit wohl größte Gefährdungspotential geht von der Verwendung von Indium zusammen mit Arsen, Antimon und Germanium in der Elektronikindustrie aus. Das liegt vor allem an den Rauchgasen, die bei Schweiß- und Lötprozessen bei der Herstellung elektronischer Bauteile entstehen. Jede Gefahr, die sich aus der Reinigung von Indium ergibt, ist wahrscheinlich auf das Vorhandensein anderer Metalle wie Blei oder Chemikalien wie Cyanid zurückzuführen, die im Galvanisierungsprozess verwendet werden. Die Exposition der Haut gegenüber Indium scheint keine ernsthafte Gefahr darzustellen. Die Gewebeverteilung von Indium in verschiedenen chemischen Formen wurde durch Verabreichung an Labortiere untersucht.

Die Stellen mit der höchsten Konzentration waren Niere, Milz, Leber und Speicheldrüsen. Nach Inhalation wurden großflächige Lungenveränderungen wie interstitielle und desquamative Pneumonitis mit konsekutiver respiratorischer Insuffizienz beobachtet.

Die Ergebnisse von Tierversuchen zeigten, dass die besser löslichen Salze von Indium sehr toxisch waren, wobei die Letalität nach Verabreichung von weniger als 5 mg/kg über parenterale Injektionswege eintrat. Jedoch wurde Indium nach Sondenernährung schlecht resorbiert und war im Wesentlichen nicht toxisch. Histopathologische Studien zeigten, dass der Tod hauptsächlich auf degenerative Läsionen in Leber und Niere zurückzuführen war. Geringfügige Veränderungen im Blut wurden ebenfalls festgestellt. Bei chronischer Vergiftung durch Indiumchlorid ist die Hauptveränderung eine chronische interstitielle Nephritis mit Proteinurie. Die Toxizität der unlöslicheren Form, Indiumsesquioxid, war nur mäßig bis gering und erforderte bis zu mehreren hundert mg/kg für eine tödliche Wirkung. Nach Verabreichung von Indiumarsenid an Hamster unterschied sich die Aufnahme in verschiedenen Organen von der Verteilung ionischer Indium- oder Arsenverbindungen.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Das Verhindern des Einatmens von Indiumdämpfen durch richtige Belüftung scheint die praktischste Sicherheitsmaßnahme zu sein. Beim Umgang mit Indiumarsenid sind Sicherheitsvorkehrungen, wie sie für Arsen gelten, zu beachten. Im Bereich der Nuklearmedizin müssen beim Umgang mit radioaktiven Indiumisotopen die korrekten Strahlenschutzmaßnahmen eingehalten werden. Die Vergiftung von Ratten durch Indium-induzierte Lebernekrose wurde durch die Gabe von Eisen(III)-Dextran, dessen Wirkung offenbar sehr spezifisch ist, erheblich reduziert. Die Verwendung von Eisendextran als prophylaktische Behandlung beim Menschen war nicht möglich, da es an schweren Fällen von industrieller Exposition gegenüber Indium mangelt.

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Gunnar Nordberg

Vorkommen und Verwendungen

Germanium (Ge) kommt immer in Kombination mit anderen Elementen vor und niemals im freien Zustand. Zu den häufigsten germaniumhaltigen Mineralien gehören Argyrodit (Ag₈GeS₆), die 5.7 % Germanium enthält, und Germanit (CuS·FeS·GeS₂), die bis zu 10 % Ge enthalten. Ausgedehnte Lagerstätten von Germaniummineralien sind selten, aber das Element ist innerhalb der Struktur anderer Mineralien weit verbreitet, insbesondere in Sulfiden (am häufigsten in Zinksulfid und in Silikaten). Geringe Mengen finden sich auch in verschiedenen Kohlesorten.

Die größte Endverwendung von Germanium ist die Herstellung von Infrarot-Sensor- und Identifikationssystemen. Seine Verwendung in faseroptischen Systemen hat zugenommen, während der Verbrauch für Halbleiter aufgrund der Fortschritte in der Silizium-Halbleitertechnologie weiter zurückgegangen ist. Germanium wird auch in der Galvanik und bei der Herstellung von Legierungen verwendet, von denen sich eine, Germanium-Bronze, durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. Germaniumtetrachlorid unterstützt₄) ist ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von Germaniumdioxid und Organogermaniumverbindungen. Germaniumdioxid (GeO₂) wird bei der Herstellung von optischem Glas und in Kathoden verwendet.

Gefahren

Gesundheitsprobleme am Arbeitsplatz können durch die Staubverteilung während des Ladens von Germaniumkonzentrat, des Aufbrechens und Ladens des Dioxids zur Reduktion zu metallischem Germanium und des Ladens von pulverförmigem Germanium zum Schmelzen zu Barren entstehen. Bei der Herstellung von Metall, während der Chlorierung des Konzentrats, der Destillation, Rektifikation und Hydrolyse von Germaniumtetrachlorid können die Dämpfe von Germaniumtetrachlorid, Chlor und Germaniumchlorid-Pyrolyseprodukten auch eine Gesundheitsgefährdung darstellen. Weitere Gesundheitsgefährdungsquellen sind die Erzeugung von Strahlungswärme aus Rohröfen für GeO₂ Reduktion und beim Schmelzen von Germaniumpulver zu Barren und die Bildung von Kohlenmonoxid während GeO₂ Reduktion mit Kohle.

Die Herstellung von Einkristallen aus Germanium für die Herstellung von Halbleitern bringt hohe Lufttemperaturen (bis 45 ºC), elektromagnetische Strahlung mit Feldstärken von mehr als 100 V/m und magnetische Strahlung von mehr als 25 A/m sowie Umweltverschmutzung mit sich die Arbeitsplatzluft mit Metallhydriden. Beim Legieren von Germanium mit Arsen kann Arsin in der Luft entstehen (1 bis 3 mg/m³) und beim Legieren mit Antimon können Stibin oder Antimonhydrid vorhanden sein (1.5 bis 3.5 mg/m³). Germaniumhydrid, das zur Herstellung von hochreinem Germanium verwendet wird, kann ebenfalls eine Belastung der Luft am Arbeitsplatz sein. Durch die häufig erforderliche Reinigung der Vertikalöfen entsteht Staub, der neben Germanium auch Siliziumdioxid, Antimon und andere Stoffe enthält.

Auch beim maschinellen Bearbeiten und Schleifen von Germaniumkristallen entsteht Staub. Konzentrationen bis 5 mg/m³ wurden während der Trockenbearbeitung gemessen.

Resorbiertes Germanium wird schnell ausgeschieden, hauptsächlich im Urin. Über die Toxizität von anorganischen Germaniumverbindungen für den Menschen liegen nur wenige Informationen vor. Germaniumtetrachlorid kann Hautreizungen hervorrufen. In klinischen Studien und anderen oralen Langzeitexpositionen gegenüber kumulativen Dosen von mehr als 16 g Spirogermanium, ein Organogermanium-Antitumormittel oder andere Germaniumverbindungen haben sich als neurotoxisch und nephrotoxisch erwiesen. Solche Dosen werden im beruflichen Umfeld normalerweise nicht absorbiert. Tierexperimente zur Wirkung von Germanium und seinen Verbindungen haben gezeigt, dass Staub von metallisches Germanium und Germaniumdioxid verursacht allgemeine gesundheitliche Beeinträchtigungen (Hemmung der Körpergewichtszunahme), wenn es in hohen Konzentrationen eingeatmet wird. Die Lungen der Tiere zeigten morphologische Veränderungen vom Typ proliferativer Reaktionen, wie Verdickung der Alveolarwände und Hyperplasie der Lymphgefäße um die Bronchien und Blutgefäße. Germaniumdioxid ist nicht hautreizend, bildet aber bei Kontakt mit der feuchten Bindehaut Germaniumsäure, die augenreizend wirkt. Längere intraabdominale Verabreichung in Dosen von 10 mg/kg führt zu peripheren Blutveränderungen.

Die Wirkung von Germaniumkonzentratstaub geht nicht auf Germanium zurück, sondern auf eine Reihe anderer Staubbestandteile, insbesondere Kieselerde (SiO₂). Der konzentrierte Staub übt eine ausgeprägte fibrogene Wirkung aus, was zu einer Bindegewebsbildung und Knötchenbildung in der Lunge ähnlich wie bei Silikose führt.

Die schädlichsten sind Germaniumverbindungen Germaniumhydrid (GeH₄) und Germaniumchlorid. Das Hydrid kann akute Vergiftungen hervorrufen. Morphologische Untersuchungen an Organen von in der Akutphase verstorbenen Tieren ergaben Durchblutungsstörungen und degenerative Zellveränderungen in den parenchymatösen Organen. Somit scheint das Hydrid ein Multisystemgift zu sein, das die Nervenfunktionen und das periphere Blut beeinträchtigen kann.

Germaniumtetrachlorid ist ein starker Reizstoff der Atemwege, Haut und Augen. Seine Reizschwelle liegt bei 13 mg/m³. In dieser Konzentration unterdrückt es die Lungenzellreaktion bei Versuchstieren. In stärkeren Konzentrationen führt es zu Reizungen der oberen Atemwege und Bindehautentzündungen sowie zu Veränderungen der Atemfrequenz und des Atemrhythmus. Tiere, die eine akute Vergiftung überleben, entwickeln einige Tage später eine katarrhalisch-desquamative Bronchitis und eine interstitielle Pneumonie. Germaniumchlorid übt auch allgemein toxische Wirkungen aus. Morphologische Veränderungen wurden in der Leber, den Nieren und anderen Organen der Tiere beobachtet.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Grundsätzliche Maßnahmen bei der Herstellung und Verwendung von Germanium sollten darauf abzielen, die Kontamination der Luft durch Stäube oder Dämpfe zu verhindern. Bei der Herstellung von Metall ist eine Kontinuität des Prozesses und Einhausung der Apparate ratsam. In Bereichen, in denen der Staub von metallischem Germanium, dem Dioxid oder dem Konzentrat verbreitet wird, sollte für eine angemessene Absaugung gesorgt werden. Während der Herstellung von Halbleitern, beispielsweise an Zonenreinigungsöfen, und während der Reinigung der Öfen sollte eine örtliche Absaugung in der Nähe der Schmelzöfen vorgesehen werden. Der Prozess der Herstellung und Legierung von Einkristallen aus Germanium sollte im Vakuum durchgeführt werden, gefolgt von der Evakuierung der gebildeten Verbindungen unter reduziertem Druck. Eine lokale Absaugung ist bei Vorgängen wie dem Trockenschneiden und Schleifen von Germaniumkristallen unerlässlich. Die Absaugung ist auch in Räumen für die Chlorierung, Rektifikation und Hydrolyse von Germaniumtetrachlorid wichtig. Geräte, Anschlüsse und Armaturen in diesen Räumlichkeiten sollten aus korrosionsbeständigem Material bestehen. Die Arbeiter sollten säurefeste Kleidung und Schuhe tragen. Während der Reinigung von Geräten sollten Atemschutzmasken getragen werden.

Arbeitnehmer, die Staub, konzentrierter Salzsäure, Germaniumhydrid und Germaniumchlorid und seinen Hydrolyseprodukten ausgesetzt sind, sollten regelmäßig ärztlich untersucht werden.

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Gunnar Nordberg

Chemisch ist Gallium (Ga) ähnlich wie Aluminium. Es wird von Luft nicht angegriffen und reagiert nicht mit Wasser. Gallium reagiert bei Kälte mit Chlor und Brom, bei Erwärmung mit Jod, Sauerstoff und Schwefel. Es gibt 12 bekannte künstliche radioaktive Isotope mit Atomgewichten zwischen 64 und 74 und Halbwertszeiten zwischen 2.6 Minuten und 77.9 Stunden. Beim Auflösen von Gallium in anorganischen Säuren entstehen Salze, die sich in unlösliches Hydroxid Ga(OH) umwandeln₃ mit amphoteren Eigenschaften (dh sowohl sauer als auch basisch), wenn der pH höher als 3 ist. Die drei Oxide von Gallium sind GaO, Ga₂O und Ga₂O₃.

Vorkommen und Verwendungen

Die reichste Galliumquelle ist das Mineral Germanit, ein Kupfersulfiderz, das 0.5 bis 0.7 % Gallium enthalten kann und in Südwestafrika vorkommt. Es ist auch in geringen Mengen zusammen mit Zinkblends, in Aluminiumtonen, Feldspäten, Kohle und in den Erzen von Eisen, Mangan und Chrom weit verbreitet. Metall, Legierungen, Oxide und Salze werden in relativ geringem Umfang in Industrien wie dem Maschinenbau (Beschichtungen, Schmierstoffe), dem Instrumentenbau (Lötmittel, Unterlegscheiben, Füllstoffe), der Elektronik- und Elektrogeräteproduktion (Dioden, Transistoren, Laser, Leiterummantelungen) und in der Vakuumtechnik.

In der chemischen Industrie werden Gallium und seine Verbindungen als Katalysatoren verwendet. Galliumarsenid wurde weithin für Halbleiteranwendungen verwendet, einschließlich Transistoren, Solarzellen, Laser und Mikrowellenerzeugung. Galliumarsenid wird bei der Herstellung von optoelektronischen Geräten und integrierten Schaltkreisen verwendet. Andere Anwendungen umfassen die Verwendung von ⁷²Ga für die Untersuchung von Gallium-Wechselwirkungen im Organismus und ⁶⁷Ga als tumorscannendes Mittel. Aufgrund der hohen Affinität von Makrophagen des lymphoretikulären Gewebes z ⁶⁷Ga, es kann bei der Diagnose von Hodgkin-Krankheit, Boeck-Sarkoid und lymphatischer Tuberkulose verwendet werden. Die Gallium-Szintographie ist ein bildgebendes Verfahren der Lunge, das in Verbindung mit einer anfänglichen Röntgenaufnahme des Brustkorbs verwendet werden kann, um Arbeitnehmer zu beurteilen, bei denen das Risiko einer berufsbedingten Lungenerkrankung besteht.

Gefahren

Arbeiter in der Elektronikindustrie, die Galliumarsenid verwenden, können gefährlichen Substanzen wie Arsen und Arsenwasserstoff ausgesetzt sein. Bei der Herstellung der Oxide und pulverförmigen Salze (Ga₂(SO₄)₃, Ga₃Cl) und bei der Herstellung und Verarbeitung von Einkristallen von Halbleiterverbindungen. Das Verspritzen oder Verschütten der Lösungen des Metalls und seiner Salze kann auf Haut oder Schleimhäute von Arbeitern einwirken. Beim Mahlen von Galliumphosphid in Wasser entstehen erhebliche Mengen an Phosphin, die vorbeugende Maßnahmen erfordern. Galliumverbindungen können über verschmutzte Hände und durch Essen, Trinken und Rauchen am Arbeitsplatz aufgenommen werden.

Berufskrankheiten durch Gallium wurden nicht beschrieben, mit Ausnahme eines Fallberichts über einen petechialen Hautausschlag, gefolgt von einer radialen Neuritis nach kurzer Exposition gegenüber einer geringen Menge galliumfluoridhaltiger Dämpfe. Die biologische Wirkung des Metalls und seiner Verbindungen wurde experimentell untersucht. Die Toxizität von Gallium und Verbindungen hängt von der Art des Eintritts in den Körper ab. Bei oraler Verabreichung an Kaninchen über einen langen Zeitraum (4 bis 5 Monate) war die Wirkung unbedeutend und umfasste Störungen der Proteinreaktionen und eine verringerte Enzymaktivität. Die geringe Toxizität erklärt sich in diesem Fall durch die relativ inaktive Resorption von Gallium im Verdauungstrakt. Im Magen und Darm werden unlösliche oder schwer resorbierbare Verbindungen wie Metallgallate und -hydroxide gebildet. Der Staub des Oxids, Nitrids und Arsenids von Gallium war im Allgemeinen toxisch, wenn er in die Atemwege eingeführt wurde (intratracheale Injektionen bei weißen Ratten), was zu Leber- und Nierendystrophie führte. In der Lunge verursachte es entzündliche und sklerotische Veränderungen. Eine Studie kommt zu dem Schluss, dass die Exposition von Ratten gegenüber Galliumoxid-Partikeln in Konzentrationen nahe dem Grenzwert zu einer fortschreitenden Lungenschädigung führt, die der von Quarz induzierten ähnlich ist. Galliumnitrat hat eine starke ätzende Wirkung auf Bindehaut, Hornhaut und Haut. Die hohe Toxizität von Acetat, Citrat und Galliumchlorid wurde durch intraperitoneale Injektion nachgewiesen, die zum Tod der Tiere durch Lähmung des Atemzentrums führte.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Um eine Kontamination der Atmosphäre von Arbeitsplätzen durch Stäube von Galliumdioxid, Nitrid und Halbleiterverbindungen zu vermeiden, sollten Vorsichtsmaßnahmen die Einhausung von stauberzeugenden Geräten und eine wirksame lokale Absaugung (LEV) umfassen. Persönliche Schutzmaßnahmen während der Herstellung von Gallium sollten die Aufnahme und den Kontakt von Galliumverbindungen mit der Haut verhindern. Daher sind eine gute persönliche Hygiene und die Verwendung von persönlicher Schutzausrüstung (PSA) wichtig. Das US National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) empfiehlt die Kontrolle der Exposition von Arbeitern gegenüber Galliumarsenid durch Einhaltung der empfohlenen Expositionsgrenzwerte für anorganisches Arsen und empfiehlt, die Konzentration von Galliumarsenid in der Luft durch Arsenbestimmung abzuschätzen. Arbeitnehmer sollten über mögliche Gefahren aufgeklärt werden, und während der Produktion von mikroelektronischen Geräten, bei denen eine Exposition gegenüber Galliumarsenid wahrscheinlich ist, sollten geeignete technische Kontrollen installiert werden. Angesichts der experimentell nachgewiesenen Toxizität von Gallium und seinen Verbindungen sollten sich alle Personen, die mit diesen Stoffen arbeiten, regelmäßigen ärztlichen Untersuchungen unterziehen, wobei besonderes Augenmerk auf den Zustand von Leber, Nieren, Atmungsorganen und Haut zu legen ist .

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Gunnar Nordberg

Vorkommen und Verwendungen

Eisen ist unter den Metallen das zweithäufigste und unter den Elementen das vierte, nur übertroffen von Sauerstoff, Silizium und Aluminium. Die häufigsten Eisenerze sind: Hämatit oder rotes Eisenerz (Fe₂O₃), das zu 70 % aus Eisen besteht; Limonit oder braunes Eisenerz (FeO(OH)·nH₂O), mit 42 % Eisen; Magnetit oder magnetisches Eisenerz (Fe₃O₄), die einen hohen Eisengehalt hat; Siderit oder spathisches Eisenerz (FeCO₃); Pyrit (FeS₂), das häufigste Sulfidmineral; und Pyrrhotit oder magnetischer Pyrit (FeS). Eisen wird zur Herstellung von Eisen- und Stahlguss verwendet und mit anderen Metallen zu Stählen legiert. Eisen wird auch verwendet, um die Dichte von Ölbohrflüssigkeiten zu erhöhen.

Legierungen und Verbindungen

Eisen selbst ist nicht besonders stark, aber seine Festigkeit wird stark erhöht, wenn es mit Kohlenstoff legiert und schnell abgekühlt wird, um Stahl zu erzeugen. Seine Präsenz in Stahl erklärt seine Bedeutung als Industriemetall. Bestimmte Eigenschaften von Stahl – also weich, mild, mittelhart oder hart – werden weitgehend durch den Kohlenstoffgehalt bestimmt, der zwischen 0.10 und 1.15 % variieren kann. Etwa 20 weitere Elemente werden in unterschiedlichen Kombinationen und Anteilen bei der Herstellung von Stahllegierungen mit vielen verschiedenen Eigenschaften verwendet – Härte, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit und so weiter. Die wichtigsten davon sind Mangan (Ferromangan und Spiegeleisen), Silizium (Ferrosilizium) und Chrom, auf das weiter unten eingegangen wird.

Die wichtigsten industriellen Eisenverbindungen sind die Oxide und das Karbonat, die die Haupterze darstellen, aus denen das Metall gewonnen wird. Von geringerer technischer Bedeutung sind Cyanide, Nitride, Nitrate, Phosphide, Phosphate und Eisencarbonyl.

Gefahren

Industrielle Gefahren bestehen beim Abbau, Transport und der Aufbereitung der Erze, bei der Herstellung und Verwendung der Metalle und Legierungen in Eisen- und Stahlwerken und in Gießereien sowie bei der Herstellung und Verwendung bestimmter Verbindungen. Beim Eisenerzabbau kommt es zum Einatmen von Eisenstaub oder -dämpfen; Lichtbogenschweißen; Schleifen, Polieren und Bearbeiten von Metall; und in der Kesselsteinbildung. Beim Einatmen wirkt Eisen lokal reizend auf die Lunge und den Magen-Darm-Trakt. Berichte deuten darauf hin, dass eine langfristige Exposition gegenüber einer Mischung aus Eisen und anderen Metallstäuben die Lungenfunktion beeinträchtigen kann.

Beim Abbau, Transport und der Aufbereitung der Erze kommt es aufgrund der hierfür eingesetzten schweren Schneid-, Förder-, Brech- und Siebmaschinen zu Unfällen. Verletzungen können auch durch den Umgang mit Sprengstoffen entstehen, die im Bergbau verwendet werden.

Das Einatmen von kieselsäure- oder eisenoxidhaltigem Staub kann zu einer Pneumokoniose führen, es gibt jedoch keine eindeutigen Schlussfolgerungen zur Rolle von Eisenoxidpartikeln bei der Entstehung von Lungenkrebs beim Menschen. Aufgrund von Tierversuchen besteht der Verdacht, dass Eisenoxidstaub als „co-kanzerogener“ Stoff wirken und somit bei gleichzeitiger Exposition gegenüber krebserregenden Stoffen die Krebsentstehung fördern kann.

Sterblichkeitsstudien von Hämatit-Bergleuten haben in mehreren Bergbaugebieten wie Cumberland, Lorraine, Kiruna und Krivoi Rog ein erhöhtes Lungenkrebsrisiko gezeigt, im Allgemeinen bei Rauchern. Epidemiologische Studien an Arbeitern in Eisen- und Stahlgießereien haben typischerweise ein um das 1.5- bis 2.5-Fache erhöhtes Lungenkrebsrisiko festgestellt. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) stuft das Gießen von Eisen und Stahl als krebserregenden Prozess für den Menschen ein. Die beteiligten spezifischen chemischen Mittel (z. B. mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffe, Kieselerde, Metalldämpfe) wurden nicht identifiziert. Eine erhöhte Inzidenz von Lungenkrebs wurde auch, wenn auch weniger signifikant, bei Metallschleifern berichtet. Die Schlussfolgerungen für Lungenkrebs unter Schweißern sind umstritten.

In experimentellen Studien hat sich Eisenoxid nicht als krebserregend erwiesen; die Versuche wurden jedoch nicht mit Hämatit durchgeführt. Das Vorhandensein von Radon in der Atmosphäre von Hämatitminen wurde als wichtiger krebserregender Faktor vermutet.

Bei der Eisenverarbeitung kann es zu schweren Unfällen kommen. Bei der Arbeit mit geschmolzenem Metall kann es zu Verbrennungen kommen, wie an anderer Stelle beschrieben Enzyklopädie. Fein verteiltes, frisch reduziertes Eisenpulver ist pyrophor und entzündet sich bei Kontakt mit Luft bei normalen Temperaturen. Brände und Staubexplosionen sind in Kanälen und Abscheidern von Entstaubungsanlagen im Zusammenhang mit Schleif- und Polierscheiben und Polierbändern aufgetreten, wenn Funken aus dem Schleifvorgang den feinen Stahlstaub in der Absauganlage entzündet haben.

Die gefährlichen Eigenschaften der restlichen Eisenverbindungen sind meist auf das Radikal zurückzuführen, mit dem das Eisen assoziiert ist. Daher Eisenarsenat (FeAsO₄) und Eisenarsenit (FeAsO₃·Fe₂O₃) besitzen die giftigen Eigenschaften von Arsenverbindungen. Eisencarbonyl (FeCO₅) ist eines der gefährlicheren Metallcarbonyle mit toxischen und brennbaren Eigenschaften. Carbonyle werden an anderer Stelle in diesem Kapitel ausführlicher besprochen.

Eisensulfid (FeS) wird neben seinem natürlichen Vorkommen als Pyrit gelegentlich unbeabsichtigt gebildet, wenn schwefelhaltige Materialien in Eisen- und Stahlbehältern behandelt werden, beispielsweise in Erdölraffinerien. Wenn die Anlage geöffnet wird und die Eisen(II)-Sulfid-Lagerstätte der Luft ausgesetzt wird, kann ihre exotherme Oxidation die Temperatur der Lagerstätte auf die Zündtemperatur von Gasen und Dämpfen in der Umgebung erhöhen. Auf solche Ablagerungen sollte ein feiner Wasserstrahl gerichtet werden, bis brennbare Dämpfe durch Spülen entfernt wurden. Ähnliche Probleme können in Pyritminen auftreten, wo die Lufttemperatur durch eine kontinuierliche langsame Oxidation des Erzes erhöht wird.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Die Vorkehrungen zur Verhütung mechanischer Unfälle umfassen die Einzäunung und Fernsteuerung von Maschinen, die Konstruktion von Anlagen (die in der modernen Stahlherstellung eine computergestützte Steuerung umfassen) und die Sicherheitsschulung der Arbeiter.

Der Gefährdung durch giftige und brennbare Gase, Dämpfe und Stäube wird durch örtliche Absaugung und allgemeine Belüftung gekoppelt mit den verschiedenen Formen der Fernsteuerung begegnet. Schutzkleidung und Augenschutz sollten bereitgestellt werden, um den Arbeiter vor den Auswirkungen heißer und ätzender Substanzen und Hitze zu schützen.

Besonders wichtig ist die regelmäßige Wartung der Abluftführung an Schleif- und Poliermaschinen sowie an Schleifbändern, um die Leistungsfähigkeit der Absaugung aufrechtzuerhalten und die Explosionsgefahr zu verringern.

Ferrolegierungen

Eine Ferrolegierung ist eine Legierung aus Eisen mit einem anderen Element als Kohlenstoff. Diese metallischen Mischungen werden als Vehikel zum Einführen spezifischer Elemente in die Stahlherstellung verwendet, um Stähle mit spezifischen Eigenschaften herzustellen. Das Element kann sich mit dem Stahl durch Lösung legieren oder schädliche Verunreinigungen neutralisieren.

Legierungen haben einzigartige Eigenschaften, die von der Konzentration ihrer Elemente abhängen. Diese Eigenschaften variieren direkt in Abhängigkeit von der Konzentration der einzelnen Komponenten und hängen zum Teil vom Vorhandensein von Spuren anderer Elemente ab. Obwohl die biologische Wirkung jedes Elements in der Legierung als Richtlinie verwendet werden kann, gibt es genügend Beweise für die Änderung der Wirkung durch die Mischung der Elemente, um äußerste Vorsicht bei kritischen Entscheidungen auf der Grundlage der Extrapolation der Wirkung des einzelnen Elements zu rechtfertigen.

Die Ferrolegierungen bilden eine breite und vielfältige Liste von Legierungen mit vielen verschiedenen Mischungen innerhalb jeder Legierungsklasse. Der Handel begrenzt im Allgemeinen die Anzahl der in einer Klasse verfügbaren Ferrolegierungstypen, aber metallurgische Entwicklungen können zu häufigen Ergänzungen oder Änderungen führen. Einige der gebräuchlicheren Ferrolegierungen sind wie folgt:

• Ferrobor – 16.2 % Bor

• Ferrochrom – 60 bis 70 % Chrom, das auch Silizium und Mangan enthalten kann

• Ferromangan – 78 bis 90 % Mangan; 1.25 bis 7 % Silizium

• Ferromolybdän – 55 bis 75 % Molybdän; 1.5 % Silizium

• Ferrophosphor – 18 bis 25 % Phosphor

• Ferrosilicium – 5 bis 90 % Siliciumdioxid

• Ferrotitan – 14 bis 45 % Titan; 4 bis 13 % Silizium

• Ferrowolfram – 70 bis 80 % Wolfram

• Ferrovanadium – 30 bis 40 % Vanadium; 13 % Silizium; 1.5 % Aluminium.

Gefahren

Obwohl bestimmte Ferrolegierungen nichtmetallurgische Verwendungen haben, sind die Hauptquellen einer gefährlichen Exposition bei der Herstellung dieser Legierungen und bei ihrer Verwendung während der Stahlproduktion anzutreffen. Einige Ferrolegierungen werden in feiner Partikelform hergestellt und verwendet; Staub in der Luft stellt eine potenzielle Toxizitätsgefahr sowie eine Brand- und Explosionsgefahr dar. Darüber hinaus wurde die berufliche Exposition gegenüber den Dämpfen bestimmter Legierungen mit ernsthaften Gesundheitsproblemen in Verbindung gebracht.

Ferrobor. Luftgetragener Staub, der während der Reinigung dieser Legierung entsteht, kann zu Reizungen der Nase und des Rachens führen, was möglicherweise auf das Vorhandensein eines Boroxidfilms auf der Legierungsoberfläche zurückzuführen ist. Einige Tierversuche (Hunde, die atmosphärischen Ferrobor-Konzentrationen von 57 mg/mXNUMX ausgesetzt waren³ für 23 Wochen) fanden keine nachteiligen Wirkungen.

Ferrochrom. Eine Studie in Norwegen über die Gesamtmortalität und die Krebsinzidenz bei Arbeitern, die Ferrochrom herstellen, hat eine erhöhte Inzidenz von Lungenkrebs in ursächlichem Zusammenhang mit der Exposition gegenüber sechswertigem Chrom in der Nähe der Hochöfen gezeigt. Bei einigen Arbeitern wurde auch eine Perforation der Nasenscheidewand festgestellt. Eine andere Studie kommt zu dem Schluss, dass eine übermäßige Sterblichkeit aufgrund von Lungenkrebs bei Arbeitern in der Stahlherstellung mit der Exposition gegenüber polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKs) während der Ferrochromproduktion verbunden ist. Eine weitere Studie, die den Zusammenhang zwischen beruflicher Exposition gegenüber Dämpfen und Lungenkrebs untersuchte, ergab, dass Ferrochrom-Arbeiter übermäßig viele Fälle von Lungen- und Prostatakrebs aufwiesen.

Ferromangan kann durch Reduktion von Manganerzen in einem Elektroofen mit Koks und Zugabe von Dolomit und Kalkstein als Flussmittel hergestellt werden. Transport, Lagerung, Sortierung und Zerkleinerung der Erze erzeugen Manganstaub in Konzentrationen, die gefährlich sein können. Die pathologischen Wirkungen, die sich aus der Exposition gegenüber Staub ergeben, sowohl vom Erz als auch von der Legierung, sind praktisch nicht von denen zu unterscheiden, die im Artikel „Mangan“ beschrieben wurden. in diesem Kapitel. Sowohl akute als auch chronische Vergiftungen wurden beobachtet. Ferromanganlegierungen, die sehr hohe Anteile an Mangan enthalten, reagieren mit Feuchtigkeit, um zu produzieren Mangancarbid, die in Verbindung mit Feuchtigkeit Wasserstoff freisetzen, wodurch eine Brand- und Explosionsgefahr entsteht.

Ferrosilicium Bei der Herstellung können sowohl Aerosole als auch Stäube von Ferrosilizium entstehen. Tierversuche weisen darauf hin, dass Ferrosiliziumstaub eine Verdickung der Alveolarwände mit gelegentlichem Verschwinden der Alveolarstruktur verursachen kann. Die bei der Legierungsherstellung verwendeten Rohstoffe können auch freies Siliziumdioxid enthalten, wenn auch in relativ geringen Konzentrationen. Es besteht Uneinigkeit darüber, ob die klassische Silikose eine potenzielle Gefahr in der Ferrosiliziumproduktion darstellen könnte. Es besteht jedoch kein Zweifel, dass chronische Lungenerkrankungen, unabhängig von ihrer Klassifizierung, aus einer übermäßigen Exposition gegenüber Staub oder Aerosolen resultieren können, die in Ferrosiliziumanlagen angetroffen werden.

Ferrovanadium. Atmosphärische Kontamination mit Staub und Dämpfen ist auch eine Gefahr bei der Ferrovanadium-Produktion. Unter normalen Bedingungen erzeugen die Aerosole keine akute Vergiftung, können aber Bronchitis und einen pulmonalen interstitiellen Proliferationsprozess verursachen. Es wurde berichtet, dass das Vanadium in der Ferrovanadium-Legierung aufgrund seiner größeren Löslichkeit in biologischen Flüssigkeiten deutlich toxischer als freies Vanadium ist.

Verbleiter Stahl wird für Automobilbleche verwendet, um die Verformbarkeit zu erhöhen. Es enthält etwa 0.35 % Blei. Wann immer der bleihaltige Stahl hohen Temperaturen ausgesetzt wird, wie beim Schweißen, besteht immer die Gefahr der Bildung von Bleidämpfen.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Die Kontrolle von Rauch, Staub und Aerosolen während der Herstellung und Verwendung von Ferrolegierungen ist von wesentlicher Bedeutung. Beim Transport und der Handhabung der Erze und Legierungen ist eine gute Staubkontrolle erforderlich. Erzhalden sollten angefeuchtet werden, um die Staubbildung zu reduzieren. Zusätzlich zu diesen grundlegenden Staubkontrollmaßnahmen sind besondere Vorsichtsmaßnahmen beim Umgang mit bestimmten Ferrolegierungen erforderlich.

Ferrosilizium reagiert mit Feuchtigkeit zu Phosphin und Arsenwasserstoff; Daher sollte dieses Material nicht bei feuchtem Wetter geladen werden, und es sollten besondere Vorkehrungen getroffen werden, um sicherzustellen, dass es während der Lagerung und des Transports trocken bleibt. Wann immer Ferrosilizium in bedeutenden Mengen transportiert oder gehandhabt wird, sollten Hinweise angebracht werden, die die Arbeiter vor der Gefahr warnen, und es sollten in regelmäßigen Abständen Erkennungs- und Analyseverfahren implementiert werden, um das Vorhandensein von Phosphin und Arsenwasserstoff in der Luft zu überprüfen. Für den Atemschutz ist eine gute Staub- und Aerosolkontrolle erforderlich. Für Notfälle sollte ein geeignetes Atemschutzgerät zur Verfügung stehen.

Arbeiter, die an der Herstellung und Verwendung von Ferrolegierungen beteiligt sind, sollten sorgfältig medizinisch überwacht werden. Ihr Arbeitsumfeld sollte je nach Gefährdungsgrad kontinuierlich oder periodisch überwacht werden. Die toxischen Wirkungen der verschiedenen Ferrolegierungen weichen ausreichend von denen der reinen Metalle ab, um eine intensivere medizinische Überwachung zu rechtfertigen, bis weitere Daten vorliegen. Wenn Ferrolegierungen Staub, Dämpfe und Aerosole verursachen, sollten die Arbeiter regelmäßig Röntgenaufnahmen des Brustkorbs erhalten, um Veränderungen der Atemwege frühzeitig zu erkennen. Lungenfunktionstests und Überwachung der Metallkonzentrationen im Blut und/oder Urin exponierter Arbeiter können ebenfalls erforderlich sein.

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Gunnar Nordberg

Kupfer (Cu) ist form- und dehnbar, leitet Wärme und Strom hervorragend und wird durch trockene Luft in seiner Funktionsfähigkeit kaum verändert. In einer feuchten Atmosphäre, die Kohlendioxid enthält, überzieht es sich mit einem grünen Karbonat. Kupfer ist ein essentielles Element im menschlichen Stoffwechsel.

Vorkommen und Verwendungen

Kupfer kommt hauptsächlich als Mineralverbindungen vor, in denen ⁶³Cu macht 69.1 % aus und ⁶⁵Cu, 30.9 % des Elements. Kupfer ist auf allen Kontinenten weit verbreitet und in den meisten lebenden Organismen vorhanden. Obwohl einige natürliche Lagerstätten von metallischem Kupfer gefunden wurden, wird es im Allgemeinen entweder als Sulfiderz abgebaut, einschließlich Kovellit (CuS), Chalkosin (Cu₂S), Chalkopyrit (CuFeS₂) und Bornit (Cu₃FeS₃); oder als Oxide, einschließlich Malachit (Cu₂CO₃(OH)₂); Chrysokoll
(CuSiO₃· 2H₂O) und Chalcanthit (CuSO₄· 5H₂O).

Aufgrund seiner elektrischen Eigenschaften werden mehr als 75 % der Kupferproduktion in der Elektroindustrie verwendet. Weitere Anwendungen für Kupfer sind Wasserleitungen, Bedachungsmaterialien, Küchengeräte, chemische und pharmazeutische Geräte und die Herstellung von Kupferlegierungen. Kupfermetall wird auch als Pigment und als Fällungsmittel für Selen verwendet.

Legierungen und Verbindungen

Die am häufigsten verwendeten NE-Kupferlegierungen sind solche aus Kupfer und Zink (Messing), Zinn (Bronze), Nickel (Monelmetall), Aluminium, Gold, Blei, Cadmium, Chrom, Beryllium, Silizium oder Phosphor.

Kupfersulfat wird als Algizid und Molluskizid in Wasser verwendet; mit Kalk als Pflanzenfungizid; als Beizmittel; in der Galvanik; als Schaumflotationsmittel für die Trennung von Zinksulfiderz; und als Mittel zur Ledergerbung und Hautkonservierung. Mit Kalkhydrat neutralisiertes Kupfersulfat, bekannt als Bordeaux-Mischung, wird zur Vorbeugung von Mehltau im Weingarten eingesetzt.

Kupferoxid wurde als Bestandteil von Farben für Schiffsböden und als Pigment in Glas, Keramik, Emaille, Porzellanglasuren und künstlichen Edelsteinen verwendet. Es wird auch bei der Herstellung von Rayon und anderen Kupferverbindungen sowie als Poliermittel für optisches Glas und als Lösungsmittel für Chromeisenerze verwendet. Kupferoxid ist ein Bestandteil von Flussmitteln in der Kupfermetallurgie, pyrotechnischen Zusammensetzungen, Schweißflussmitteln für Bronze und landwirtschaftlichen Produkten wie Insektiziden und Fungiziden. Schwarzes Kupferoxid wird zur Korrektur kupferarmer Böden und als Futterergänzung eingesetzt.

Kupferchromate sind Pigmente, Katalysatoren für die Flüssigphasenhydrierung und Kartoffelfungizide. Eine Lösung von Kupferhydroxid in überschüssigem Ammoniak ist ein Lösungsmittel für Zellulose, die bei der Herstellung von Kunstseide (Viskose) verwendet wird. Kupferhydroxid wird bei der Herstellung von Batterieelektroden und zum Behandeln und Färben von Papier verwendet. Es ist auch ein Pigment, ein Futtermittelzusatzstoff, ein Beizmittel beim Färben und ein Bestandteil von Fungiziden und Insektiziden.

Gefahren

Aminkomplexe von Kupferchlorat, Kupferdithionat, Kupferazid und Kupferacetylid sind explosiv, aber ohne industrielle oder öffentliche Gesundheitsbedeutung. Es wurde festgestellt, dass Kupferacetylid die Ursache von Explosionen in Acetylenanlagen ist und dazu geführt hat, dass die Verwendung von Kupfer beim Bau solcher Anlagen aufgegeben wurde. Fragmente von metallischem Kupfer oder Kupferlegierungen, die sich im Auge festsetzen, ein Zustand, der als Chalkosis bekannt ist, kann zu Uveitis, Abszess und Verlust des Auges führen. Arbeiter, die Weinberge mit Bordeaux-Mischung besprühen, können an Lungenläsionen (manchmal als „Lunge des Weinbergsprühers“ bezeichnet) und kupferbeladenen hepatischen Granulomen leiden.

Die versehentliche Einnahme von löslichen Kupfersalzen ist im Allgemeinen harmlos, da das verursachte Erbrechen den Patienten von einem Großteil des Kupfers befreit. Die Möglichkeit einer kupferinduzierten Toxizität kann in den folgenden Situationen auftreten:

• Die orale Verabreichung von Kupfersalzen wird gelegentlich zu therapeutischen Zwecken eingesetzt, insbesondere in Indien.

• Es wurde gezeigt, dass Kupfer, das aus dem Draht gelöst wird, der in bestimmten intrauterinen Verhütungsmitteln verwendet wird, systemisch absorbiert wird.

• Ein beträchtlicher Teil des Kupfers, das aus den üblicherweise in Hämodialysegeräten verwendeten Schläuchen gelöst wird, kann vom Patienten zurückgehalten werden und zu einem signifikanten Anstieg des hepatischen Kupfers führen.

• Kupfer, das nicht selten Vieh- und Geflügelfutter zugesetzt wird, reichert sich in der Leber dieser Tiere an und kann die Aufnahme des Elements stark erhöhen, wenn diese Leber gegessen wird. Kupfer wird auch in großen Mengen im Verhältnis zur normalen menschlichen Nahrungsaufnahme einer Reihe von Heimtierfuttermitteln zugesetzt, die gelegentlich von Menschen verzehrt werden. Gülle von Tieren mit kupferergänzter Ernährung kann zu einer übermäßigen Kupfermenge in Gemüse und Futterkörnern führen, die auf mit dieser Gülle behandeltem Boden angebaut werden.

Akute Toxizität

Obwohl einige chemische Nachschlagewerke Aussagen darüber enthalten, dass lösliche Kupfersalze giftig sind, trifft dies praktisch nur zu, wenn solche Lösungen in fehlgeleiteter oder selbstmörderischer Absicht oder als topische Behandlung von stark verbrannten Stellen verwendet werden. Wenn Kupfersulfat, bekannt als Blaustein oder blaues Vitriol, in Grammmengen eingenommen wird, führt es zu Übelkeit, Erbrechen, Durchfall, Schwitzen, intravaskulärer Hämolyse und möglicherweise zu Nierenversagen; selten können Krämpfe, Koma und Tod die Folge sein. Das Trinken von kohlensäurehaltigem Wasser oder Zitrusfruchtsäften, die mit Kupfergefäßen, Rohren, Schläuchen oder Ventilen in Kontakt gekommen sind, kann zu Magen-Darm-Reizungen führen, die selten schwerwiegend sind. Solche Getränke sind sauer genug, um irritierende Kupfermengen aufzulösen. Es gibt einen Bericht über Hornhautgeschwüre und Hautreizungen, aber wenig andere Toxizität bei einem Kupferminenarbeiter, der in ein Elektrolysebad fiel, aber die Säure könnte eher die Ursache gewesen sein als das Kupfer. In einigen Fällen, in denen Kupfersalze zur Behandlung von Verbrennungen verwendet wurden, traten hohe Konzentrationen von Serumkupfer und toxische Manifestationen auf.

Das Einatmen von Stäuben, Dämpfen und Nebeln von Kupfersalzen kann eine Verstopfung der Nasen- und Schleimhäute sowie Ulzerationen mit Perforation der Nasenscheidewand verursachen. Dämpfe beim Erhitzen von metallischem Kupfer können Metalldampffieber, Übelkeit, Bauchschmerzen und Durchfall verursachen.

Chronische Toxizität

Chronisch toxische Wirkungen beim Menschen, die Kupfer zuzuschreiben sind, scheinen nur bei Personen vorzuliegen, die ein bestimmtes Paar anomaler autosomal-rezessiver Gene geerbt haben und bei denen sich als Folge davon eine hepatolentikuläre Degeneration (Morbus Wilson) entwickelt. Dies ist ein seltenes Ereignis. Die meisten täglichen menschlichen Nahrungsmittel enthalten 2 bis 5 mg Kupfer, von denen fast nichts zurückgehalten wird. Der Kupfergehalt des erwachsenen menschlichen Körpers liegt ziemlich konstant bei etwa 100 bis 150 mg. Bei normalen Personen (ohne Morbus Wilson) ist fast das gesamte Kupfer als integraler und funktioneller Teil eines von vielleicht einem Dutzend Proteinen und Enzymsystemen vorhanden, einschließlich beispielsweise Cytochromoxidase, Dopaoxidase und Serum-Ceruloplasmin.

Bei Personen, die große Mengen Austern (und andere Schalentiere), Leber, Pilze, Nüsse und Schokolade essen – allesamt reich an Kupfer –, kann die tägliche Kupferaufnahme um das Zehnfache oder mehr ansteigen; oder bei Bergleuten, die 20 Jahre oder länger in einer Atmosphäre arbeiten und essen, die mit 1 bis 2 % Kupfererzstaub beladen ist. Dennoch wurden bei keinem Individuum Hinweise auf eine primäre chronische Kupfertoxizität (gut definiert durch Beobachtungen von Patienten mit vererbter chronischer Kupfertoxikose – Morbus Wilson – als Funktionsstörung und strukturelle Schädigung von Leber, zentralem Nervensystem, Niere, Knochen und Augen) gefunden außer denen mit Morbus Wilson. Jedoch können die übermäßigen Kupferablagerungen, die in den Lebern von Patienten mit primärer biliärer Zirrhose, Cholestase und indischer Kinderzirrhose gefunden werden, ein Faktor sein, der zur Schwere der für diese Zustände charakteristischen Lebererkrankung beiträgt.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Arbeitnehmern, die Kupferstaub oder -nebel ausgesetzt sind, sollte angemessene Schutzkleidung zur Verfügung gestellt werden, um wiederholten oder längeren Hautkontakt zu vermeiden. Wo die Staubbedingungen nicht ausreichend kontrolliert werden können, sind geeignete Atemschutzgeräte und Augenschutz erforderlich. Die Haushaltsführung und die Bereitstellung angemessener sanitärer Einrichtungen sind unerlässlich, da Essen, Trinken und Rauchen auf der Baustelle verboten sein sollten. In Minen, in denen wasserlösliche Erze wie Chalcanthit vorkommen, sollten Arbeiter besonders darauf achten, sich vor dem Essen die Hände mit Wasser zu waschen.

Bei der Vorbeugung gegen Metalldampffieber geht es darum, die Exposition unter dem Konzentrationsniveau zu halten, das derzeit als zufriedenstellend für die Arbeit mit Kupfer in der Industrie akzeptiert wird. Der Einsatz von lokaler Absaugung (LEV) ist eine notwendige Maßnahme, um Kupferdämpfe an der Quelle zu sammeln.

Menschen mit Morbus Wilson sollten eine Beschäftigung in der Kupferindustrie vermeiden. Die Serumkonzentration von Ceruloplasmin ist ein Screening für diesen Zustand, da nicht betroffene Personen Spiegel aufweisen, die im Bereich von 20 bis 50 mg/100 cm liegen³ dieses Kupferproteins, während 97 % der Patienten mit Morbus Wilson weniger als 20 mg/100 cm haben³. Dies ist ein relativ teures Verfahren für breit angelegte Screening-Programme.

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Gunnar Nordberg

Vorkommen und Verwendungen

Elementares Chrom (Cr) kommt in der Natur nicht frei vor, und das einzige Erz von Bedeutung ist das Spinellerz, Chromit oder Chromeisenstein, bei dem es sich um Eisenchromit (FeOCr) handelt₂O₃), weit verbreitet über die Erdoberfläche. Neben Chromsäure enthält dieses Erz in unterschiedlichen Mengen weitere Stoffe. Nur Erze oder Konzentrate mit mehr als 40 % Chromoxid (Cr₂O₃) werden kommerziell genutzt, und Länder mit den am besten geeigneten Lagerstätten sind die Russische Föderation, Südafrika, Simbabwe, die Türkei, die Philippinen und Indien. Die Hauptkonsumenten von Chromiten sind die Vereinigten Staaten, die Russische Föderation, Deutschland, Japan, Frankreich und das Vereinigte Königreich.

Chromit kann sowohl aus unterirdischen als auch aus Tagebauminen gewonnen werden. Das Erz wird verkrustet und gegebenenfalls konzentriert.

Die bedeutendste Verwendung von reinem Chrom ist die Galvanisierung einer breiten Palette von Geräten, wie z. B. Autoteilen und Elektrogeräten. Chrom wird in großem Umfang zum Legieren mit Eisen und Nickel zur Bildung von rostfreiem Stahl und mit Nickel, Titan, Niob, Kobalt, Kupfer und anderen Metallen zur Bildung von Speziallegierungen verwendet.

Chromverbindungen

Chrom bildet eine Reihe von Verbindungen in verschiedenen Oxidationsstufen. Die Zustände II (Chrom), III (Chrom) und VI (Chromat) sind am wichtigsten; der II-Zustand ist basisch, der III-Zustand ist amphoter und der VI-Zustand ist sauer. Kommerzielle Anwendungen betreffen hauptsächlich Verbindungen im VI-Zustand, mit einem gewissen Interesse an Chromverbindungen im III-Zustand.

Der Chromzustand (Cr^II) ist instabil und wird leicht in den Chromzustand (Cr^III). Diese Instabilität schränkt die Verwendung von Chromverbindungen ein. Die Chromverbindungen sind sehr stabil und bilden viele Verbindungen, die kommerziell verwendet werden, von denen die Hauptbestandteile Chromoxid und basisches Chromsulfat sind.

Chrom in der Oxidationsstufe +6 (Cr^VI) hat seine größte industrielle Anwendung aufgrund seiner sauren und oxidierenden Eigenschaften sowie seiner Fähigkeit, stark gefärbte und unlösliche Salze zu bilden. Die wichtigsten chromhaltigen Verbindungen der Cr^VI Zustand sind Natriumdichromat, Kaliumdichromat und Chromtrioxid. Die meisten anderen Chromatverbindungen werden industriell unter Verwendung von Dichromat als Cr-Quelle hergestellt^VI.

Produktion

Natriummono- und -dichromat sind die Ausgangsstoffe, aus denen die meisten Chromverbindungen hergestellt werden. Natriumchromat und -dichromat werden direkt aus Chromerz hergestellt. Chromerz wird zerkleinert, getrocknet und gemahlen; Sodaasche wird hinzugefügt, und es kann auch Kalk oder ausgelaugte Calcinierung hinzugefügt werden. Nach gründlichem Mischen wird die Mischung in einem Drehrohrofen bei einer optimalen Temperatur von etwa 1,100 °C geröstet; eine oxidierende Atmosphäre ist wesentlich, um das Chrom in Cr umzuwandeln^VI Zustand. Die Schmelze aus dem Ofen wird gekühlt und ausgelaugt und das Natriumchromat oder -dichromat wird durch herkömmliche Verfahren aus der Lösung isoliert.

Chrom^III Verbindungen

Technisch, Chromoxid (Kr₂O₃, oder Chromoxid), wird durch Reduktion von Natriumdichromat entweder mit Holzkohle oder mit Schwefel hergestellt. Die Reduktion mit Schwefel wird üblicherweise angewendet, wenn das Chromoxid als Pigment verwendet werden soll. Für metallurgische Zwecke wird normalerweise Kohlenstoffreduktion verwendet.

Das kommerzielle Material ist normalerweise basisches Chromsulfat [Cr(OH)(H₂O)₅]DAMIT₄, das aus Natriumdichromat durch Reduktion mit Kohlenhydrat in Gegenwart von Schwefelsäure hergestellt wird; die Reaktion ist stark exotherm. Alternativ ergibt die Schwefeldioxidreduktion einer Lösung von Natriumdichromat basisches Chromschwefelsäure. Es wird beim Gerben von Leder verwendet, und das Material wird auf der Basis von Cr verkauft₂O₃ Inhalt, der von 20.5 bis 25 % reicht.

Chrom^VI Verbindungen

Natriumdichromat kann in das wasserfreie Salz umgewandelt werden. Es ist der Ausgangspunkt für die Herstellung von Chromverbindungen.

Chromtrioxid or Chromanhydrid (manchmal als „Chromsäure“ bezeichnet, obwohl echte Chromsäure nicht aus der Lösung isoliert werden kann) wird durch Behandeln einer konzentrierten Lösung eines Dichromats mit einem starken Schwefelsäureüberschuss gebildet. Es ist ein starkes Oxidationsmittel, und die Lösung ist der Hauptbestandteil der Verchromung.

Unlösliche Chromate

Chromate schwacher Basen sind von begrenzter Löslichkeit und stärker gefärbt als die Oxide; daher ihre Verwendung als Pigmente. Dies sind nicht immer unterschiedliche Verbindungen und können Mischungen anderer Materialien enthalten, um die richtige Pigmentfarbe bereitzustellen. Sie werden durch Zugabe von Natrium- oder Kaliumdichromat zu einer Lösung des entsprechenden Salzes hergestellt.

Blei-Chromat ist trimorph; die stabile monokline Form ist orange-gelb, „Chromgelb“, und die instabile orthombe Form ist gelb, isomorph mit Bleisulfat und durch dieses stabilisiert. Eine orange-rote tetragonale Form ist ähnlich und isomorph mit Bleimolybdat (VI) PbMoO₄ und dadurch stabilisiert. Von diesen Eigenschaften hängt die Vielseitigkeit von Bleichromat als Pigment bei der Herstellung einer Vielzahl von gelb-orangen Pigmenten ab.

Verwendung

Verbindungen, die Cr^VI kommen in vielen Industriebetrieben zum Einsatz. Die Herstellung wichtiger anorganischer Pigmente wie Bleichrome (die selbst zur Herstellung von Chromgrün verwendet werden), Molybdat-Orange, Zinkchromat und Chromoxidgrün; Holzschutz; Korrosionshemmung; und farbige Gläser und Glasuren. Basische Chromsulfate werden vielfach zum Gerben verwendet.

Das Färben von Textilien, die Herstellung vieler wichtiger Chromoxid enthaltender Katalysatoren und die Herstellung von lichtempfindlichen dichromatischen Kolloiden zur Verwendung in der Lithographie sind ebenfalls wohlbekannte industrielle Anwendungen von chromhaltigen Chemikalien.

Chromsäure wird nicht nur zum „dekorativen“ Verchromen verwendet, sondern auch zum „harten“ Verchromen, wo sie in viel dickeren Schichten abgeschieden wird, um eine extrem harte Oberfläche mit niedrigem Reibungskoeffizienten zu erhalten.

Aufgrund der starken Oxidationswirkung von Chromaten in saurer Lösung gibt es viele industrielle Anwendungen, die insbesondere organische Materialien betreffen, wie die Oxidation von Trinitrotoluol (TNT) zu Phloroglucinol und die Oxidation von Picolin zu Nicotinsäure.

Chromoxid wird auch zur Herstellung von reinem Chrommetall verwendet, das zum Einbau in warmfeste Hochtemperaturlegierungen geeignet ist, und als feuerfestes Oxid. Es kann mit Vorteil in eine Reihe von feuerfesten Zusammensetzungen eingearbeitet werden, beispielsweise in Magnetit- und Magnetit-Chromat-Mischungen.

Gefahren

Verbindungen mit Cr^III Oxidationsstufen sind erheblich weniger gefährlich als Cr^VI Verbindungen. Verbindungen von Cr^III werden vom Verdauungssystem schlecht resorbiert. Diese Cr^III Verbindungen können sich auch mit Proteinen in den oberflächlichen Hautschichten verbinden, um stabile Komplexe zu bilden. Verbindungen von Cr^III verursachen keine Chromgeschwüre und lösen im Allgemeinen keine allergische Dermatitis ohne vorherige Sensibilisierung durch Cr aus^VI Verbindungen.

Im Kr^VI Oxidationsstufe werden Chromverbindungen sowohl nach oraler Aufnahme als auch während der Inhalation gut resorbiert. Die Aufnahme durch die intakte Haut ist weniger gut aufgeklärt. Die reizende und ätzende Wirkung von Cr^VI treten leicht nach Aufnahme durch Schleimhäute auf, wo sie leicht resorbiert werden. Arbeitsbedingte Exposition gegenüber Cr^VI Verbindungen können Haut- und Schleimhautreizungen oder -verätzungen, allergische Hautreaktionen oder Hautgeschwüre hervorrufen.

Die unerwünschten Wirkungen von Chromverbindungen treten im Allgemeinen bei Arbeitern an Arbeitsplätzen auf, an denen Cr^VI auftritt, insbesondere während der Herstellung oder Verwendung. Die Auswirkungen betreffen häufig die Haut oder das Atmungssystem. Typische industrielle Gefahren sind das Einatmen von Staub oder Rauch, der bei der Herstellung von Dichromat aus Chromiterz und der Herstellung von Blei- und Zinkchromaten entsteht, das Einatmen von Chromsäurenebeln beim Galvanisieren oder bei der Oberflächenbehandlung von Metallen und der Hautkontakt mit Cr^VI Verbindungen in der Herstellung oder Verwendung. Exposition gegenüber Cr^VI-haltige Dämpfe können auch beim Schweißen von Edelstählen entstehen.

Chromgeschwüre. Früher waren solche Läsionen nach arbeitsbedingter Cr-Exposition häufig^VI Verbindungen. Die Geschwüre resultieren aus der ätzenden Wirkung von Cr^VI, die durch Schnitte oder Abschürfungen in die Haut eindringt. Die Läsion beginnt normalerweise als schmerzlose Papel, häufig an Händen, Unterarmen oder Füßen, was zu Ulzerationen führt. Das Geschwür kann tief in das Weichgewebe eindringen und den darunter liegenden Knochen erreichen. Die Heilung ist langsam, wenn das Geschwür nicht in einem frühen Stadium behandelt wird, und es verbleiben atrophische Narben. Es gibt keine Berichte über Hautkrebs nach solchen Geschwüren.

Dermatitis Die Cr^VI Verbindungen können sowohl primäre Hautreizungen als auch Sensibilisierungen hervorrufen. In chromatproduzierenden Industrien können einige Arbeiter kurz nach Beginn der Arbeit mit Chromaten Hautreizungen entwickeln, insbesondere am Hals oder am Handgelenk. In den meisten Fällen verschwindet dies schnell und tritt nicht wieder auf. Manchmal kann es jedoch erforderlich sein, einen Arbeitsplatzwechsel zu empfehlen.

Zahlreiche Expositionsquellen gegenüber Cr^VI aufgeführt (z. B. Kontakt mit Zement, Gips, Leder, grafische Arbeiten, Arbeiten in Streichholzfabriken, Arbeiten in Gerbereien und verschiedene Quellen von Metallarbeiten). Auch bei Arbeitern, die beim Nassschleifen von Autokarosserien beschäftigt sind, wurde über Allergien berichtet. Betroffene Personen reagieren positiv auf Patch-Tests mit 0.5 % Dichromat. Einige betroffene Personen hatten nur Erytheme oder verstreute Papeln, und bei anderen ähnelten die Läsionen dyshidriotic pompholyx; nummuläres Ekzem kann zu Fehldiagnosen echter Fälle von Berufsdermatitis führen.

Es wurde gezeigt, dass Cr^VI dringt durch die Schweißdrüsen in die Haut ein und wird zu Cr reduziert^III im Korium. Es wird gezeigt, dass der Cr^III reagiert dann mit Protein, um den Antigen-Antikörper-Komplex zu bilden. Dies erklärt die Lokalisation von Läsionen um Schweißdrüsen herum und warum sehr kleine Mengen an Dichromat eine Sensibilisierung verursachen können. Der chronische Charakter der Dermatitis kann darauf zurückzuführen sein, dass der Antigen-Antikörper-Komplex langsamer entfernt wird, als dies bei einer Reaktion in der Epidermis der Fall wäre.

Akute Auswirkungen auf die Atemwege. Einatmen von Cr-haltigem Staub oder Nebel^VI reizt die Schleimhäute. Bei hohen Konzentrationen solcher Stäube sind Niesen, Schnupfen, Läsionen der Nasenscheidewand und Rötung des Rachens dokumentierte Wirkungen. Es wurde auch über Sensibilisierungen berichtet, die zu typischen Asthmaanfällen führten, die bei einer späteren Exposition erneut auftreten können. Bei mehrtägiger Exposition gegenüber Chromsäurenebeln in Konzentrationen von etwa 20 bis 30 mg/m³, Husten, Kopfschmerzen, Dyspnoe und substernale Schmerzen wurden ebenfalls nach Exposition berichtet. Das Auftreten von Bronchospasmen bei einer mit Chromaten arbeitenden Person sollte auf eine chemische Reizung der Lunge hindeuten. Die Behandlung ist nur symptomatisch.

Ulzerationen der Nasenscheidewand. In früheren Jahren, als die Exposition gegenüber Cr^VI Verbindungen hoch sein konnten, wurden bei exponierten Arbeitern häufig Ulzerationen der Nasenscheidewand beobachtet. Dieser ungünstige Effekt resultiert aus der Abscheidung von Cr^VI-enthaltende Partikel oder Nebeltröpfchen auf der Nasenscheidewand, was zu einer Ulzeration des knorpeligen Teils führt, in vielen Fällen gefolgt von einer Perforation an der Ulzerationsstelle. Häufiges Nasenbohren kann die Perforationsbildung verstärken. Die Schleimhaut, die den unteren vorderen Teil des Septums bedeckt, bekannt als Kiesselbach- und Little-Bereich, ist relativ avaskulär und haftet eng an dem darunter liegenden Knorpel. Es bilden sich weiterhin Krusten, die nekrotische Trümmer aus dem Knorpel des Septums enthalten, und innerhalb von ein oder zwei Wochen wird das Septum perforiert. Die Peripherie der Ulzeration bleibt bis zu mehreren Monaten aktiv, während dieser Zeit kann die Perforation an Größe zunehmen. Es heilt durch die Bildung von vaskulärem Narbengewebe. Der Geruchssinn ist fast nie beeinträchtigt. Während der aktiven Phase können Rhinorrhoe und Nasenbluten störende Symptome sein. Bei guter Heilung sind die Symptome selten und viele Menschen wissen nicht, dass das Septum perforiert ist.

Wirkungen in anderen Organen. Nekrose der Nieren wurde berichtet, beginnend mit tubulärer Nekrose, wobei die Glomeruli unbeschädigt bleiben. Über eine diffuse Nekrose der Leber und anschließenden Verlust der Architektur wurde ebenfalls berichtet. Bald nach der Jahrhundertwende gab es eine Reihe von Berichten über die Einnahme von Cr durch den Menschen^VI Verbindungen, die zu schweren Magen-Darm-Blutungen durch Ulzerationen der Darmschleimhaut führen. Manchmal führten solche Blutungen zu einem kardiovaskulären Schock als mögliche Komplikation. Wenn der Patient überlebt, kann es zu einer tubulären Nekrose der Nieren oder einer Lebernekrose kommen.

Krebserzeugende Wirkungen. Erhöhtes Auftreten von Lungenkrebs bei Arbeitern in der Herstellung und Verwendung von Cr^VI Verbindungen wurden in zahlreichen Studien aus Frankreich, Deutschland, Italien, Japan, Norwegen, den Vereinigten Staaten und dem Vereinigten Königreich beschrieben. Chromate von Zink und Calcium scheinen zu den stärksten karzinogenen Chromaten sowie zu den stärksten menschlichen Karzinogenen zu gehören. Eine erhöhte Inzidenz von Lungenkrebs wurde auch bei Personen berichtet, die Bleichromaten und Dämpfen von Chromtrioxiden ausgesetzt waren. Starke Exposition gegenüber Cr^VI Verbindungen haben bei exponierten Arbeitern 15 oder mehr Jahre nach der ersten Exposition zu einer sehr hohen Inzidenz von Lungenkrebs geführt, wie sowohl in Kohortenstudien als auch in Fallberichten berichtet wurde.

Somit ist allgemein bekannt, dass eine Zunahme der Lungenkrebsinzidenz bei Arbeitern, die in der Herstellung von Zinkchromat und der Herstellung von Mono- und Dichromaten aus Chromiterz beschäftigt sind, eine Langzeitwirkung einer arbeitsbedingten starken Cr-Exposition ist^VI Verbindungen. Einige der Kohortenstudien haben Messungen der Expositionsniveaus unter den exponierten Kohorten berichtet. Eine kleine Anzahl von Studien hat auch gezeigt, dass die Exposition gegenüber Rauch, der beim Schweißen von Cr-legiertem Stahl entsteht, zu einer erhöhten Inzidenz von Lungenkrebs bei diesen Schweißern führen kann.

Es gibt keine fest etablierte „sichere“ Expositionshöhe. Die meisten Berichte über die Assoziation zwischen Cr^VI Exposition und Krebs der Atmungsorgane und Expositionsniveaus berichten über Luftkonzentrationen von mehr als 50 mg Cr^VI/m³ Luft.

Symptomatik, Krankheitsbild, Verlauf, Röntgenbild, Diagnoseverfahren und Prognose von Lungenkrebs durch Chromatexposition unterscheiden sich in keiner Weise von Lungenkrebs anderer Ursache. Es hat sich herausgestellt, dass die Tumore oft in der Peripherie des Bronchialbaums entstehen. Die Tumoren können allen histologischen Typen angehören, aber die Mehrzahl der Tumoren scheint anaplastische Haferzelltumoren zu sein. Wasserlösliches, säurelösliches und wasserunlösliches Chrom findet sich in unterschiedlichen Mengen im Lungengewebe von Chromatarbeitern.

Obwohl dies noch nicht eindeutig belegt ist, haben einige Studien darauf hingewiesen, dass die Exposition gegenüber Chromaten zu einem erhöhten Krebsrisiko in den Nasennebenhöhlen und im Verdauungstrakt führen kann. Die Studien, die auf übermäßigen Krebs des Verdauungstrakts hinweisen, sind Fallberichte aus den 1930er Jahren oder Kohortenstudien, die eine Exposition in höheren Konzentrationen als heute widerspiegeln.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Auf der technischen Seite hängt die Vermeidung einer Exposition gegenüber Chrom von einer geeigneten Gestaltung der Prozesse ab, einschließlich einer angemessenen Absaugung und der Unterdrückung von Stäuben oder Nebeln, die Chrom im sechswertigen Zustand enthalten. Es sind auch integrierte Kontrollmaßnahmen erforderlich, die so wenig wie möglich Eingriffe von Prozessbedienern oder Wartungspersonal erfordern.

Wenn möglich, sollten Nassreinigungsverfahren verwendet werden; an anderen Standorten ist Staubsaugen die einzig akzeptable Alternative. Verschüttete Flüssigkeiten oder Feststoffe müssen entfernt werden, um eine Ausbreitung als Staub in der Luft zu verhindern. Die Konzentration chromhaltiger Stäube und Dämpfe in der Arbeitsumgebung sollte vorzugsweise in regelmäßigen Abständen durch Einzel- und Flächenproben gemessen werden. Wenn bei beiden Methoden unannehmbare Konzentrationen festgestellt werden, sollten die Staub- oder Rauchquellen identifiziert und kontrolliert werden. Staubmasken, vorzugsweise mit einer Effizienz von mehr als 99 % beim Zurückhalten von Partikeln mit einer Größe von 0.5 µm, sollten in Situationen getragen werden, die über dem ungefährlichen Niveau liegen, und es kann erforderlich sein, Atemschutzgeräte mit Luftzufuhr für Jobs bereitzustellen, die als gefährlich gelten . Das Management sollte sicherstellen, dass Staubablagerungen und andere Oberflächenverunreinigungen durch Abwaschen oder Absaugen entfernt werden, bevor mit Arbeiten dieser Art begonnen wird. Die tägliche Bereitstellung von Waschoveralls kann dazu beitragen, Hautkontaminationen zu vermeiden. Hand- und Augenschutz wird im Allgemeinen empfohlen, ebenso wie die Reparatur und der Austausch der gesamten persönlichen Schutzausrüstung (PSA).

Die ärztliche Überwachung von Arbeitern bei Prozessen, bei denen Cr^VI Verbindungen angetroffen werden können, sollte eine Aufklärung über die toxischen und die krebserzeugenden Eigenschaften von Cr enthalten^VI und Cr^III Verbindungen sowie zu den Unterschieden zwischen den beiden Verbindungsgruppen. Die Art der Expositionsgefahren und Folgerisiken verschiedener Krankheiten (z. B. Lungenkrebs) sollte bei Stellenantritt sowie in regelmäßigen Abständen während der Beschäftigung angegeben werden. Die Notwendigkeit, einen hohen Standard der persönlichen Hygiene einzuhalten, sollte betont werden.

Alle unerwünschten Wirkungen einer Exposition gegenüber Chrom können vermieden werden. Chromgeschwüren der Haut kann vorgebeugt werden, indem Kontaktquellen beseitigt und Verletzungen der Haut verhindert werden. Hautschnitte und -abschürfungen, so gering sie auch sein mögen, sollten sofort gereinigt und mit 10%iger Natrium-EDTA-Salbe behandelt werden. Zusammen mit der Verwendung eines häufig erneuerten undurchlässigen Verbands wird dies die schnelle Heilung eines sich möglicherweise entwickelnden Geschwürs verbessern. Obwohl EDTA Cr nicht chelatiert^VI Verbindungen bei Raumtemperatur reduziert es den Cr^VI zu Cr^III schnell, und das überschüssige EDTA chelatisiert Cr^III. Sowohl die direkte reizende als auch die ätzende Wirkung von Cr^VI Verbindungen und die Bildung von Protein/Cr^III Komplexe werden somit verhindert. Nach versehentlicher Einnahme von Cr^VI Verbindungen kann auch das sofortige Schlucken von Ascorbinsäure den Cr schnell senken^VI.

Sorgfältiges Waschen der Haut nach Kontakt und Pflege zur Vermeidung von Reibung und Schwitzen sind wichtig zur Vorbeugung und Bekämpfung primärer Reizungen durch Chromate. In früheren Jahren wurde vor der Exposition regelmäßig eine Salbe mit 10 % Natrium-EDTA auf die Nasenscheidewand aufgetragen. Diese vorbeugende Behandlung könnte dazu beitragen, das Septum intakt zu halten. Schmerzen in der Nase und frühe Ulzerationen wurden ebenfalls durch regelmäßiges Auftragen dieser Salbe behandelt, und eine Heilung konnte ohne Perforation erreicht werden.

Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass Arbeiter, die hohen Cr-Konzentrationen in der Luft ausgesetzt sind^VI erfolgreich überwacht werden, indem die Ausscheidung von Chrom im Urin überwacht wird. Solche Ergebnisse stehen jedoch in keinem Zusammenhang mit der Gefahr einer Hautallergie. Stand heute, mit der sehr langen Latenzzeit von Cr^VI-bedingtem Lungenkrebs lässt sich anhand der Cr-Werte im Urin kaum etwas über die Krebsgefährdung sagen.

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Gunnar Nordberg

Vorkommen und Verwendungen

Cadmium (Cd) hat viele chemische und physikalische Ähnlichkeiten mit Zink und kommt zusammen mit Zink in der Natur vor. Cadmium und Zink haben in Mineralien und Erzen im Allgemeinen ein Verhältnis von 1:100 bis 1:1,000.

Cadmium ist sehr korrosionsbeständig und wird häufig zum Galvanisieren anderer Metalle, hauptsächlich Stahl und Eisen, verwendet. Schrauben, Schraubenmuttern, Schlösser und verschiedene Teile für Flugzeuge und Kraftfahrzeuge werden häufig mit Cadmium behandelt, um Korrosion zu widerstehen. Heutzutage werden jedoch nur 8 % des gesamten raffinierten Cadmiums für Plattierungen und Beschichtungen verwendet. Cadmiumverbindungen (30 % der Verwendung in entwickelten Ländern) werden als Pigmente und Stabilisatoren in Kunststoffen verwendet, und Cadmium wird auch in bestimmten Legierungen (3 %) verwendet. Wiederaufladbare, kleine tragbare cadmiumhaltige Batterien, die beispielsweise in Mobiltelefonen verwendet werden, weisen einen schnell zunehmenden Cadmiumverbrauch auf (55 % des gesamten Cadmiums in den Industrieländern wurde 1994 in Batterien verwendet).

Cadmium kommt in verschiedenen anorganischen Salzen vor. Das Wichtigste ist Cadmiumstearat, das als Wärmestabilisator in Polyvinylchlorid (PVC)-Kunststoffen verwendet wird. Cadmiumsulfid und Cadmiumsulphoselenid werden als gelbe und rote Pigmente in Kunststoffen und Farben verwendet. Cadmiumsulfid wird auch in Foto- und Solarzellen verwendet. Cadmiumchlorid wirkt als Fungizid, als Bestandteil von Galvanikbädern, als Farbstoff für Pyrotechnik, als Zusatz zu Verzinnungslösungen und als Beizmittel beim Färben und Bedrucken von Textilien. Es wird auch bei der Herstellung bestimmter fotografischer Filme und bei der Herstellung von Spezialspiegeln und Beschichtungen für elektronische Vakuumröhren verwendet. Cadmiumoxid ist ein Galvanisiermittel, Ausgangsstoff für PVC-Hitzestabilisatoren und Bestandteil von Silberlegierungen, Leuchtstoffen, Halbleitern sowie Glas- und Keramikglasuren.

Cadmium kann eine Umweltgefahr darstellen, und viele Länder haben gesetzgeberische Maßnahmen ergriffen, die darauf abzielen, die Verwendung und die anschließende Verbreitung von Cadmium in der Umwelt zu verringern.

Stoffwechsel und Akkumulation

Die gastrointestinale Resorption von aufgenommenem Cadmium beträgt unter normalen Bedingungen etwa 2 bis 6 %. Personen mit niedrigen Eisenvorräten im Körper, die sich in niedrigen Serum-Ferritin-Konzentrationen widerspiegeln, können eine erheblich höhere Cadmiumabsorption aufweisen, bis zu 20 % einer gegebenen Cadmiumdosis. Bedeutende Mengen Cadmium können auch über die Lunge durch das Einatmen von Tabakrauch oder durch die berufliche Exposition gegenüber atmosphärischem Cadmiumstaub aufgenommen werden. Die pulmonale Resorption von eingeatmetem lungengängigem Cadmiumstaub wird auf 20 bis 50 % geschätzt. Nach Aufnahme über den Magen-Darm-Trakt oder die Lunge wird Cadmium in die Leber transportiert, wo die Produktion eines Cadmium-bindenden niedermolekularen Proteins, Metallothionein, initiiert wird.

Es wird angenommen, dass etwa 80 bis 90 % des gesamten Cadmiums im Körper an Metallothionein gebunden sind. Dadurch wird verhindert, dass die freien Cadmium-Ionen ihre toxische Wirkung entfalten. Es ist wahrscheinlich, dass kleine Mengen von Metallothionein-gebundenem Cadmium ständig die Leber verlassen und über das Blut zur Niere transportiert werden. Das Metallothionein mit dem daran gebundenen Cadmium wird über die Glomeruli in den Primärharn filtriert. Wie andere niedermolekulare Proteine ​​und Aminosäuren wird der Metallothionein-Cadmium-Komplex anschließend aus dem Primärharn in die proximalen Tubuluszellen reabsorbiert, wo Verdauungsenzyme die eingeschlossenen Proteine ​​in kleinere Peptide und Aminosäuren abbauen. Freie Cadmium-Ionen in den Zellen resultieren aus dem Abbau von Metallothionein und initiieren eine neue Synthese von Metallothionein, binden das Cadmium und schützen so die Zelle vor den hochgiftigen freien Cadmium-Ionen. Von einer Nierenfunktionsstörung spricht man, wenn die Metallothionein-Produktionskapazität der Tubuluszellen überschritten wird.

Niere und Leber weisen die höchsten Cadmiumkonzentrationen auf, die zusammen etwa 50 % der Cadmiumbelastung des Körpers ausmachen. Die Cadmiumkonzentration in der Nierenrinde, bevor es zu einer cadmiuminduzierten Nierenschädigung kommt, beträgt im Allgemeinen etwa das 15-fache der Konzentration in der Leber. Die Elimination von Cadmium ist sehr langsam. Dadurch reichert sich Cadmium im Körper an, wobei die Konzentrationen mit zunehmendem Alter und Expositionsdauer zunehmen. Basierend auf der Organkonzentration in verschiedenen Altersstufen wurde die biologische Halbwertszeit von Cadmium beim Menschen auf einen Bereich von 7 bis 30 Jahren geschätzt.

Akute Toxizität

Inhalation von Cadmiumverbindungen in Konzentrationen über 1 mg Cd/m³ in Luft für 8 Stunden oder in höheren Konzentrationen für kürzere Zeiträume kann zu chemischer Pneumonitis und in schweren Fällen zu Lungenödem führen. Die Symptome treten im Allgemeinen innerhalb von 1 bis 8 Stunden nach der Exposition auf. Sie sind grippeähnlich und ähneln denen beim Metallrauchfieber. Die schwereren Symptome einer chemischen Pneumonitis und eines Lungenödems können eine Latenzzeit von bis zu 24 Stunden haben. Der Tod kann nach 4 bis 7 Tagen eintreten. Exposition gegenüber Cadmium in der Luft bei Konzentrationen über 5 mg Cd/m³ tritt am ehesten dort auf, wo Cadmiumlegierungen geschmolzen, geschweißt oder gelötet werden. Der Verzehr von Getränken, die mit Cadmium in Konzentrationen von mehr als 15 mg Cd/l kontaminiert sind, führt zu Symptomen einer Lebensmittelvergiftung. Symptome sind Übelkeit, Erbrechen, Bauchschmerzen und manchmal Durchfall. Quellen der Kontamination von Lebensmitteln können Töpfe und Pfannen mit cadmiumhaltiger Glasur und cadmiumhaltige Lote sein, die in Verkaufsautomaten für heiße und kalte Getränke verwendet werden. Bei Tieren führt die parenterale Verabreichung von Cadmium in Dosen von mehr als 2 mg Cd/kg Körpergewicht zu Nekrosen der Hoden. Beim Menschen wurde über solche Wirkungen nicht berichtet.

Chronische Toxizität

Chronische Cadmiumvergiftung wurde nach längerer beruflicher Exposition gegenüber Cadmiumoxiddämpfen, Cadmiumoxidstaub und Cadmiumstearaten berichtet. Veränderungen im Zusammenhang mit einer chronischen Cadmiumvergiftung können lokal sein und in diesem Fall die Atemwege betreffen, oder sie können systemisch sein und durch die Aufnahme von Cadmium verursacht werden. Systemische Veränderungen umfassen Nierenschäden mit Proteinurie und Anämie. Lungenerkrankungen in Form von Emphysemen sind das Hauptsymptom bei starker Cadmiumexposition in der Luft, während Nierenfunktionsstörungen und -schäden die auffälligsten Befunde nach längerer Exposition gegenüber niedrigeren Cadmiumkonzentrationen in der Luft von Arbeitsräumen oder über cadmiumkontaminierte Lebensmittel sind. Eine leichte hypochrome Anämie wird häufig bei Arbeitern gefunden, die hohen Cadmiumkonzentrationen ausgesetzt sind. Dies kann sowohl auf eine erhöhte Zerstörung der roten Blutkörperchen als auch auf einen Eisenmangel zurückzuführen sein. Bei sehr hohen Cadmiumkonzentrationen kann es auch zu einer Gelbfärbung der Zahnhälse und zum Verlust des Geruchssinns (Anosmie) kommen.

Ein Lungenemphysem wird als mögliche Folge einer längeren Exposition gegenüber Cadmium in der Luft bei Konzentrationen über 0.1 mg Cd/m angesehen³. Es wurde berichtet, dass eine Exposition gegenüber Konzentrationen von etwa 0.02 mg Cd/m³ seit mehr als 20 Jahren kann bestimmte Auswirkungen auf die Lunge haben. Ein cadmiuminduziertes Lungenemphysem kann die Arbeitsfähigkeit verringern und die Ursache für Invalidität und Lebensverkürzung sein. Bei langzeitiger geringer Cadmiumbelastung ist die Niere das kritische Organ (dh das zuerst betroffene Organ). Cadmium reichert sich in der Nierenrinde an. Konzentrationen von mehr als 200 µg Cd/g Nassgewicht wurden zuvor als Ursache einer tubulären Dysfunktion mit verminderter Reabsorption von Proteinen aus dem Urin angesehen. Dadurch kommt es zu einer tubulären Proteinurie mit vermehrter Ausscheidung von niedermolekularen Proteinen wie z
α,α-1-Mikroglobulin (Protein HC), β-2-Mikroglobulin und Retinol-bindendes Protein (RTB). Jüngste Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass bei niedrigeren Cadmiumspiegeln in der Nierenrinde tubuläre Schäden auftreten können. Mit fortschreitender Nierenfunktionsstörung gehen auch Aminosäuren, Glukose und Mineralstoffe wie Kalzium und Phosphor in den Urin verloren. Eine erhöhte Ausscheidung von Calcium und Phosphor kann den Knochenstoffwechsel stören, und Cadmiumarbeiter berichten häufig von Nierensteinen. Nach längerer mittlerer bis hoher Cadmiumbelastung können auch die Glomeruli der Niere betroffen sein, was zu einer verminderten glomerulären Filtrationsrate führt. In schweren Fällen kann sich eine Urämie entwickeln. Neuere Studien haben gezeigt, dass die glomeruläre Dysfunktion irreversibel und dosisabhängig ist. Bei schwerer chronischer Cadmiumvergiftung wurde über Osteomalazie berichtet.

Um Nierenfunktionsstörungen, wie sie sich durch β-2-Mikroglobulinurie manifestieren, vorzubeugen, insbesondere wenn die berufliche Exposition gegenüber Cadmiumdämpfen und -stäuben voraussichtlich 25 Jahre andauern wird (bei 8 Stunden Arbeitstag und 225 Arbeitstagen/Jahr), wird empfohlen, die Die durchschnittliche Arbeitsraumkonzentration von einatembarem Cadmium sollte unter 0.01 mg/m gehalten werden³.

In der Allgemeinbevölkerung ist es durch den Verzehr von kontaminiertem Reis und anderen Lebensmitteln und möglicherweise Trinkwasser zu einer übermäßigen Cadmiumexposition gekommen. Die Itai-Itai-Krankheit, eine schmerzhafte Art von Osteomalazie, bei der mehrere Frakturen zusammen mit Nierenfunktionsstörungen auftreten, ist in Japan in Gebieten mit hoher Cadmiumexposition aufgetreten. Obwohl die Pathogenese der Itai-Itai-Krankheit noch immer umstritten ist, wird allgemein anerkannt, dass Cadmium ein notwendiger ätiologischer Faktor ist. Es sollte betont werden, dass Cadmium-induzierte Nierenschäden irreversibel sind und sich auch nach Beendigung der Exposition verschlimmern können.

Cadmium und Krebs

In mehreren epidemiologischen Studien an cadmiumexponierten Arbeitern gibt es starke Hinweise auf Dosis-Wirkungs-Beziehungen und eine erhöhte Sterblichkeit durch Lungenkrebs. Die Interpretation wird durch die gleichzeitige Exposition gegenüber anderen Metallen erschwert, die bekanntermaßen oder im Verdacht stehen, karzinogen zu sein. Fortlaufende Beobachtungen von Cadmium-exponierten Arbeitern haben jedoch, wie ursprünglich vermutet, keine Hinweise auf eine erhöhte Sterblichkeit durch Prostatakrebs ergeben. Die IARC bewertete 1993 das Krebsrisiko durch die Exposition gegenüber Cadmium und kam zu dem Schluss, dass es als menschliches Karzinogen angesehen werden sollte. Seitdem sind zusätzliche epidemiologische Beweise mit etwas widersprüchlichen Ergebnissen vorgelegt worden, und die mögliche Karzinogenität von Cadmium bleibt daher unklar. Dennoch ist klar, dass Cadmium im Tierversuch starke krebserzeugende Eigenschaften besitzt.

Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen

Die Nierenrinde ist das kritische Organ bei langfristiger Cadmiumbelastung über die Luft oder Nahrung. Die kritische Konzentration wird auf etwa 200 µg Cd/g Nassgewicht geschätzt, kann aber, wie oben angegeben, niedriger sein. Um die Nierenrindenkonzentration auch nach lebenslanger Exposition unter diesem Wert zu halten, sollte die durchschnittliche Cadmiumkonzentration in der Arbeitsraumluft (8 Stunden pro Tag) 0.01 mg Cd/m nicht überschreiten³.

Arbeitsprozesse und Vorgänge, bei denen Cadmiumdämpfe oder -stäube in die Atmosphäre freigesetzt werden können, sollten so gestaltet werden, dass die Konzentrationsniveaus auf einem Minimum gehalten werden, und wenn möglich, umschlossen und mit einer Absaugung versehen werden. Wenn eine ausreichende Belüftung nicht aufrechterhalten werden kann (z. B. beim Schweißen und Schneiden), sollten Atemschutzgeräte getragen und Luftproben genommen werden, um die Cadmiumkonzentration zu bestimmen. In Bereichen mit Gefahren durch umherfliegende Partikel, Chemikalienspritzer, Strahlungswärme usw. (z. B. in der Nähe von Galvanikwannen und -öfen) sollten die Arbeiter angemessene Sicherheitsausrüstung wie Augen-, Gesichts-, Hand- und Armschutz sowie undurchlässige Kleidung tragen. Angemessene sanitäre Einrichtungen sollten bereitgestellt werden, und die Arbeitnehmer sollten ermutigt werden, sich vor den Mahlzeiten zu waschen und sich gründlich zu waschen und die Kleidung zu wechseln, bevor sie die Arbeit verlassen. Rauchen, Essen und Trinken in Arbeitsbereichen sollte verboten sein. Mit Cadmiumstaub kontaminierter Tabak aus Arbeitsräumen kann ein wichtiger Expositionsweg sein. Zigaretten und Pfeifentabak sollten nicht im Arbeitsraum mitgeführt werden. Kontaminierte Abluft sollte gefiltert werden, und Personen, die für Staubabscheider und Filter verantwortlich sind, sollten während der Arbeit an der Ausrüstung Atemschutzmasken tragen.

Um sicherzustellen, dass es nicht zu einer übermäßigen Anreicherung von Cadmium in der Niere kommt, sollten die Cadmiumspiegel im Blut und im Urin regelmäßig kontrolliert werden. Die Cadmiumspiegel im Blut sind hauptsächlich ein Hinweis auf die Exposition der letzten Monate, können jedoch verwendet werden, um die Körperbelastung einige Jahre nach Beendigung der Exposition zu beurteilen. Ein Wert von 100 nmol Cd/l Vollblut ist ungefähr ein kritischer Wert, wenn die Exposition über einen längeren Zeitraum regelmäßig erfolgt. Cadmiumwerte im Urin können zur Abschätzung der Cadmium-Körperbelastung herangezogen werden, sofern keine Nierenschädigung vorliegt. Die WHO schätzt, dass 10 nmol/mmol Kreatinin die Konzentration ist, unterhalb derer keine Nierenfunktionsstörung auftreten sollte. Neuere Forschungen haben jedoch gezeigt, dass Nierenfunktionsstörungen bereits bei etwa 5 nmol/mmol Kreatinin auftreten können.

Da es sich bei den genannten Blut- und Urinspiegeln um Werte handelt, bei denen eine Wirkung von Cadmium auf die Niere beobachtet wurde, wird empfohlen, Kontrollmaßnahmen anzuwenden, wenn die einzelnen Konzentrationen von Cadmium im Urin und/oder im Blut 50 nmol/l Vollblut oder überschreiten
3 nmol/mmol Kreatinin. Arbeitnehmer, die Cadmiumstaub oder -dämpfen ausgesetzt sind, sollten vor der Einstellung ärztlich untersucht werden. Personen mit Atemwegs- oder Nierenerkrankungen sollten solche Arbeiten vermeiden. Eine ärztliche Untersuchung cadmiumexponierter Arbeitnehmer sollte mindestens einmal jährlich durchgeführt werden. Bei längerfristig gegenüber Cadmium exponierten Arbeitern sollten regelmäßig quantitative Messungen von ß-2-Mikroglobulin oder anderen relevanten niedermolekularen Proteinen im Urin durchgeführt werden. Konzentrationen von ß-2-Mikroglobulin im Urin sollten normalerweise 34 µg/mmol Kreatinin nicht überschreiten.

Behandlung einer Cadmiumvergiftung

Personen, die Cadmiumsalze eingenommen haben, sollten zum Erbrechen gebracht oder einer Magenspülung unterzogen werden; Personen, die einer akuten Inhalation ausgesetzt sind, sollten von der Exposition entfernt und erforderlichenfalls mit einer Sauerstofftherapie behandelt werden. Es gibt keine spezifische Behandlung für eine chronische Cadmiumvergiftung, und auf eine symptomatische Behandlung muss man sich verlassen. Die Gabe von Chelatbildnern wie BAL und EDTA ist in der Regel kontraindiziert, da sie in Kombination mit Cadmium nephrotoxisch wirken.

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