F.William Sunderman, Jr.
Nickel (Ni)-Verbindungen von Interesse schließen ein Nickeloxid (NiO), Nickelhydroxid (Ni(OH)2), Nickelsubsulfid (Ni3S2), Nickelsulfat (NiSO4) und Nickelchlorid (NiCl2). Nickelcarbonyl (Ni(CO)4) wird in einem separaten Artikel über Metallcarbonyle betrachtet.
Vorkommen und Verwendungen
Nickel (Ni) macht 5 bis 50 % des Gewichts von Meteoriten aus und kommt in Erzen in Kombination mit Schwefel, Sauerstoff, Antimon, Arsen und/oder Kieselerde vor. Erzlagerstätten von kommerzieller Bedeutung sind hauptsächlich Oxide (z. B. Lateriterze, die gemischte Nickel-/Eisenoxide enthalten) und Sulfide. Pentlandit ((NiFe)9S8), das wichtigste Sulfidmineral, wird üblicherweise in Verbindung mit Pyrrhotit (Fe7S6), Chalkopyrit (CuFeS2) und geringe Mengen an Kobalt, Selen, Tellur, Silber, Gold und Platin. In Kanada, Russland, Australien, Neukaledonien, Indonesien und Kuba gibt es beträchtliche Vorkommen an Nickelerzen.
Da Nickel, Kupfer und Eisen als unterschiedliche Mineralien in den Sulfiderzen vorkommen, werden mechanische Konzentrationsverfahren wie Flotation und magnetische Trennung angewendet, nachdem das Erz zerkleinert und gemahlen wurde. Das Nickelkonzentrat wird durch Rösten oder Sintern in Nickelsulfidmatt umgewandelt. Die Matte wird durch Elektrogewinnung oder durch das Mond-Verfahren veredelt. Beim Mond-Verfahren wird der Stein gemahlen, kalziniert und bei 50 °C mit Kohlenmonoxid behandelt, um gasförmiges Nickelcarbonyl (Ni(CO)) zu bilden.4), das dann bei 200 bis 250 °C zersetzt wird, um reines Nickelpulver abzuscheiden. Die weltweite Nickelproduktion beträgt etwa 70 Millionen kg/Jahr.
Mehr als 3,000 Nickellegierungen und -verbindungen werden kommerziell hergestellt. Edelstahl und andere Ni-Cr-Fe-Legierungen werden häufig für korrosionsbeständige Geräte, architektonische Anwendungen und Kochutensilien verwendet. Monelmetall und andere Ni-Cu-Legierungen werden in Münzprägungen, Lebensmittelverarbeitungsmaschinen und Molkereianlagen verwendet. Ni-Al-Legierungen werden für die Magnet- und Katalysatorherstellung verwendet (z. B. Raney-Nickel). Ni-Cr-Legierungen werden für Heizelemente, Gasturbinen und Düsentriebwerke verwendet. Legierungen von Nickel mit Edelmetallen werden in Schmuck verwendet. Nickelmetall, seine Verbindungen und Legierungen haben viele andere Anwendungen, einschließlich Galvanik, Magnetbänder und Computerkomponenten, Lichtbogenschweißstäbe, chirurgische und zahnärztliche Prothesen, Nickel-Cadmium-Batterien, Farbpigmente (z. B. gelbes Nickeltitanat), Formen für Keramik und Glasbehälter und Katalysatoren für Hydrierungsreaktionen, organische Synthesen und den abschließenden Methanisierungsschritt der Kohlevergasung. Berufsbedingte Expositionen gegenüber Nickel treten auch bei Recyclingvorgängen auf, da nickelhaltige Materialien, insbesondere aus der Stahlindustrie, üblicherweise geschmolzen, raffiniert und zur Herstellung von Legierungen verwendet werden, die in ihrer Zusammensetzung denen ähneln, die in den Recyclingprozess gelangen.
Gefahren
Gefahren für die menschliche Gesundheit durch berufsbedingte Exposition gegenüber Nickelverbindungen lassen sich im Allgemeinen in drei Hauptkategorien einteilen:
- Allergie
- Rhinitis, Sinusitis und Atemwegserkrankungen
- Krebserkrankungen der Nasenhöhlen, Lungen und anderer Organe.
Die Gesundheitsgefährdung durch Nickelcarbonyl wird im Artikel über Metallcarbonyle gesondert betrachtet.
Allergie. Nickel und Nickelverbindungen gehören zu den häufigsten Auslösern allergischer Kontaktdermatitis. Dieses Problem ist nicht auf Personen mit beruflicher Exposition gegenüber Nickelverbindungen beschränkt; Hautsensibilisierung tritt in der Allgemeinbevölkerung durch Kontakt mit nickelhaltigen Münzen, Schmuck, Uhrgehäusen und Kleiderverschlüssen auf. Bei Nickel-exponierten Personen beginnt die Nickel-Dermatitis meist als papulöses Erythem an den Händen. Die Haut wird allmählich ekzematös, und im chronischen Stadium entwickelt sich häufig eine Lichenifikation. Eine Nickelsensibilisierung verursacht manchmal Konjunktivitis, eosinophile Pneumonitis und lokale oder systemische Reaktionen auf nickelhaltige Implantate (z. B. intraossäre Stifte, Zahneinlagen, Herzklappenprothesen und Schrittmacherdrähte). Die Einnahme von mit Nickel kontaminiertem Leitungswasser oder nickelreichen Lebensmitteln kann bei nickelempfindlichen Personen Handekzeme verschlimmern.
Rhinitis, Sinusitis und Atemwegserkrankungen. Arbeiter in Nickelraffinerien und Nickelgalvanikbetrieben, die stark dem Einatmen von Nickelstäuben oder Aerosolen löslicher Nickelverbindungen ausgesetzt sind, können chronische Erkrankungen der oberen Atemwege entwickeln, einschließlich hypertropher Rhinitis, Nasennebenhöhlenentzündung, Anosmie, Nasenpolyposis und Perforation der Atemwege Nasenscheidewand. Chronische Erkrankungen der unteren Atemwege (z. B. Bronchitis, Lungenfibrose) wurden ebenfalls berichtet, aber solche Erkrankungen sind selten. Rendallet al. (1994) berichteten über die tödliche akute Exposition eines Arbeiters durch das Einatmen von Nickelpartikeln aus einem Metalllichtbogenprozess; Die Autoren betonten die Bedeutung des Tragens von Schutzausrüstung bei der Verwendung von Metalllichtbogenverfahren mit Nickeldrahtelektroden.
Krebs. Epidemiologische Studien an Arbeitern in Nickelraffinerien in Kanada, Wales, Deutschland, Norwegen und Russland haben erhöhte Sterblichkeitsraten durch Lungen- und Nasenhöhlenkrebs dokumentiert. Bei bestimmten Gruppen von Arbeitern in Nickelraffinerien wurde auch über erhöhte Inzidenzen anderer bösartiger Tumore berichtet, darunter Kehlkopf-, Nieren-, Prostata- oder Magenkarzinome und Sarkome von Weichteilen, aber die statistische Signifikanz dieser Beobachtungen ist fraglich. Das erhöhte Risiko für Lungen- und Nasenhöhlenkrebs ist vor allem bei Arbeitern in Raffinerien aufgetreten, die mit hohen Nickelbelastungen verbunden sind, einschließlich Rösten, Schmelzen und Elektrolyse. Obwohl diese Krebsrisiken im Allgemeinen mit Expositionen gegenüber unlöslichen Nickelverbindungen wie Nickelsubsulfid und Nickeloxid in Verbindung gebracht wurden, wurden Expositionen gegenüber löslichen Nickelverbindungen bei Elektrolysearbeitern in Zusammenhang gebracht.
Epidemiologische Studien zum Krebsrisiko bei Arbeitern in nickelverarbeitenden Industrien waren im Allgemeinen negativ, aber neuere Erkenntnisse deuten auf ein leicht erhöhtes Lungenkrebsrisiko bei Schweißern, Schleifern, Galvanisierern und Batterieherstellern hin. Diese Arbeiter sind oft Stäuben und Dämpfen ausgesetzt, die Mischungen aus krebserregenden Metallen (z. B. Nickel und Chrom oder Nickel und Cadmium) enthalten. Basierend auf einer Auswertung epidemiologischer Studien kam die International Agency for Research on Cancer (IARC) 1990 zu folgendem Schluss: „Es gibt genügend Beweise beim Menschen für die Karzinogenität von Nickelsulfat und den Kombinationen von Nickelsulfiden und -oxiden, die in der Nickelraffinationsindustrie angetroffen werden . Es gibt keine ausreichenden Beweise für die Karzinogenität von Nickel und Nickellegierungen beim Menschen.“ Nickelverbindungen wurden als krebserzeugend für den Menschen (Gruppe 1) und metallisches Nickel als möglicherweise krebserzeugend für den Menschen (Gruppe 2B) eingestuft.
Auswirkungen auf die Nieren. Arbeiter mit hoher Exposition gegenüber löslichen Nickelverbindungen können eine renale tubuläre Dysfunktion entwickeln, die sich in einer erhöhten renalen Ausscheidung von β zeigt2-Mikroglobulin (β2M) und N-Acetyl-Glucosaminidase (NAG).
Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen
Ein allgemeines Protokoll zur Gesundheitsüberwachung von Arbeitnehmern, die Nickel ausgesetzt waren, wurde 1994 von der Nickel Producers Evironmental Research Association (NiPERA) und dem Nickel Development Institute (NiDI) vorgeschlagen. Die Schlüsselelemente sind wie folgt:
Bewertung vor der Platzierung. Ziel dieser Untersuchung ist es, vorbestehende Erkrankungen zu identifizieren, die die Einstellung und Stellenvermittlung beeinflussen können, und Basisdaten für spätere funktionelle, physiologische oder pathologische Veränderungen bereitzustellen. Die Beurteilung umfasst (i) eine detaillierte medizinische und berufliche Vorgeschichte mit Schwerpunkt auf Lungenproblemen, Exposition gegenüber Lungengiften, früheren oder gegenwärtigen Allergien (insbesondere gegen Nickel), Asthma und persönliche Gewohnheiten (z. B. Rauchen, Alkoholkonsum), (ii) vollständige körperliche Untersuchung Untersuchung unter Berücksichtigung von Atemwegs- und Hautproblemen und (iii) Bestimmung der Atemschutzausrüstung, die getragen werden darf.
Thoraxröntgen, Lungenfunktionstests, audiometrische Tests und Sehtests können eingeschlossen werden. Hautpflastertests auf Nickelempfindlichkeit werden nicht routinemäßig durchgeführt, da solche Tests die Testperson möglicherweise sensibilisieren könnten. Wenn die Organisation ein biologisches Überwachungsprogramm für Arbeiter durchführt, die Nickel ausgesetzt sind (siehe unten), werden die Ausgangswerte für Nickelkonzentrationen im Urin oder Serum während der Beurteilung vor der Einstellung ermittelt.
Periodische Bewertung. Die Ziele regelmäßiger ärztlicher Untersuchungen, die in der Regel jährlich durchgeführt werden, bestehen darin, den allgemeinen Gesundheitszustand des Arbeitnehmers zu überwachen und auf nickelbedingte Bedenken einzugehen. Die Untersuchung umfasst die Anamnese kürzlich aufgetretener Krankheiten, die Überprüfung der Symptome, die körperliche Untersuchung und die Neubewertung der Fähigkeit des Arbeitnehmers, die für bestimmte Aufgaben erforderliche Atemschutzausrüstung zu verwenden. Lungensymptome werden anhand eines Standardfragebogens für chronische Bronchitis erfasst. Röntgenaufnahmen des Brustkorbs können in einigen Ländern gesetzlich vorgeschrieben sein; Lungenfunktionstests (z. B. forcierte Vitalkapazität (FVC) und forciertes Exspirationsvolumen in 1 Sekunde (FEV1) liegen grundsätzlich im Ermessen des Arztes. Regelmäßige Krebserkennungsverfahren (z. B. Rhinoskopie, Röntgenaufnahmen der Nasennebenhöhlen, Nasenschleimhautbiopsie, exfoliative zytologische Untersuchungen) können bei Arbeitern mit Hochrisikoexposition in der Nickelraffination indiziert sein.
Biologische Überwachung. Analysen von Nickelkonzentrationen in Urin- und Serumproben können die jüngste Exposition von Arbeitern gegenüber metallischem Nickel und löslichen Nickelverbindungen widerspiegeln, aber diese Tests liefern keine zuverlässigen Maße für die Nickelbelastung des gesamten Körpers. Der Nutzen und die Grenzen der biologischen Überwachung von Arbeitern, die Nickel ausgesetzt waren, wurden von Sunderman et al. (1986). Ein technischer Bericht über die Analyse von Nickel in Körperflüssigkeiten wurde 1994 von der Kommission für Toxikologie der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) herausgegeben. Das National Maximum Workplace Concentration Committee (NMWCC) der Niederlande schlug vor, dass die Nickelkonzentration im Urin 40 µg/g Kreatinin oder die Nickelkonzentration im Serum 5 µg/l betragen sollte (beide gemessen in Proben, die am Ende einer Arbeitswoche oder einer Arbeitsschicht entnommen wurden). erwogene Warngrenzen für weitere Untersuchungen von Arbeitnehmern, die Nickelmetall oder löslichen Nickelverbindungen ausgesetzt sind. Wenn ein biologisches Überwachungsprogramm durchgeführt wird, sollte es ein Umweltüberwachungsprogramm ergänzen, damit biologische Daten nicht als Ersatz für Expositionsschätzungen verwendet werden. Eine Standardmethode für die Analyse von Nickel in der Luft am Arbeitsplatz wurde 1995 von der britischen Health and Safety Executive entwickelt.
Behandlung. Als eine Gruppe von Arbeitern versehentlich stark mit Nickelchlorid und Nickelsulfat kontaminiertes Wasser trank, war eine konservative Behandlung mit intravenösen Flüssigkeiten zur Induktion der Diurese wirksam (Sunderman et al. 1988). Die beste Therapie für Nickeldermatitis ist die Vermeidung einer Exposition, mit besonderem Augenmerk auf Arbeitshygienepraktiken. Die Therapie der akuten Nickelcarbonylvergiftung wird im Artikel über Metallcarbonyle diskutiert.