Vorkommen und Verwendungen
Die wichtigsten Vanadium(V)-Erze sind Patronit (Vanadiumsulfid) aus Peru und Descloizit (Blei-Zink-Vanadat) aus Südafrika. Andere Erze wie Vanadinit, Roscoelit und Carnotit enthalten Vanadium in ausreichenden Mengen für eine wirtschaftliche Gewinnung. Rohöl kann geringe Mengen Vanadium enthalten, und Rauchgasablagerungen aus Ölöfen können über 50 % Vanadiumpentoxid enthalten. Schlacken aus Ferrovanadium sind eine weitere Quelle des Metalls. Eine der wichtigsten Quellen für die Exposition des Menschen gegenüber Vanadium sind Vanadiumoxide, die beim Verbrennen von Heizölen freigesetzt werden.
Normalerweise findet sich Vanadium in geringen Mengen im menschlichen Körper, insbesondere im Fettgewebe und im Blut.
Die größere Menge des produzierten Vanadiums wird in verwendet Ferrovanadium, dessen wichtigste direkte Verwendung in der Schnellstahl- und Werkzeugstahlherstellung liegt. Die Zugabe von 0.05 bis 5 % Vanadium entfernt eingeschlossenen Sauerstoff und Stickstoff aus dem Stahl, erhöht die Zugfestigkeit und verbessert den Elastizitätsmodul und die Rostbeständigkeit der endgültigen Legierung. In der Vergangenheit wurden Vanadiumverbindungen als Therapeutika in der Medizin verwendet. Die Vanadium-Gallium-Legierung hat interessante Eigenschaften zur Erzeugung hoher Magnetfelder gezeigt.
Bestimmte Vanadiumverbindungen haben eine begrenzte Verwendung in der Industrie. Vanadiumsulfat (VSO4· 7H2O) und Vanadiumtetrachlorid (VCl4) werden als Beizen in der Färberei verwendet. Vanadiumsilikate werden als Katalysatoren verwendet. Vanadiumdioxid (OV2) und Vanadiumtrioxid (V2O3) werden in der Metallurgie eingesetzt. Die bedeutendsten Verbindungen im Hinblick auf die arbeitsbedingte Gesundheitsgefährdung sind jedoch Vanadiumpentoxid (V2O5) und Ammoniummetavanadat (NH4VO3).
Vanadiumpentoxid wird aus Patronit gewonnen. Es ist seit langem ein wichtiger industrieller Katalysator, der in einer Reihe von Oxidationsprozessen verwendet wird, wie z. B. solchen, die an der Herstellung von Schwefelsäure, Phthalsäure, Maleinsäure usw. beteiligt sind. Es dient als fotografischer Entwickler und als Färbemittel in der Textilindustrie. Vanadiumpentoxid wird auch in keramischen Farbstoffen verwendet.
Ammoniummetavanadat wird ebenso wie Vanadiumpentoxid als Katalysator eingesetzt. Es ist ein Reagenz in der analytischen Chemie und ein Entwickler in der Fotoindustrie. Ammoniummetavanadat wird auch beim Färben und Bedrucken in der Textilindustrie verwendet.
Gefahren
Die Erfahrung hat gezeigt, dass Vanadiumoxide und insbesondere das Pentoxid und sein Derivat Ammoniummetavanadat beim Menschen schädliche Wirkungen hervorrufen. Eine Exposition gegenüber Vanadiumpentoxid ist an folgenden Stellen in der Industrie möglich: wenn Vanadiumpentoxid in partikulärer Form bei der Herstellung von metallischem Vanadium verwendet wird; bei der Reparatur von Anlagen, in denen Vanadiumpentoxid als Katalysator verwendet wird; und bei der Reinigung von ölbefeuerten Ofenzügen in Kraftwerken, Schiffen usw. Das Vorhandensein von Vanadiumverbindungen in Erdölprodukten ist von besonderer Bedeutung und wegen der Möglichkeit der Luftverschmutzung in der Umgebung von ölbefeuerten Kraftwerken wird es sowohl von den Gesundheitsbehörden als auch von denjenigen, die sich mit dem Arbeitsschutz befassen, beachtet.
Das Einatmen von Vanadiumverbindungen kann schwere toxische Wirkungen hervorrufen. Die Schwere der Wirkung hängt von der atmosphärischen Konzentration der Vanadiumverbindungen und der Expositionsdauer ab. Bereits nach kurzer Exposition (z. B. 1 Stunde) können Gesundheitsschäden auftreten, und die ersten Symptome sind starker Tränenfluss, Brennen in den Bindehäuten, seröse oder hämorrhagische Rhinitis, Halsschmerzen, Husten, Bronchitis, Auswurf und Brustschmerzen.
Schwere Exposition kann zu Lungenentzündung mit tödlichem Ausgang führen; nach einmaliger Exposition tritt jedoch in der Regel innerhalb von 1 bis 2 Wochen eine vollständige Genesung ein; längere Exposition kann zu chronischer Bronchitis mit oder ohne Lungenemphysem führen. Die Zunge kann eine grünliche Verfärbung aufweisen und auch die Zigarettenkippen von Vanadium-Arbeitern können eine grünliche Farbe aufweisen, was auf chemische Wechselwirkungen zurückzuführen ist.
Lokale Wirkungen bei Versuchstieren werden hauptsächlich im Respirationstrakt beobachtet. Systemische Wirkungen wurden in Leber, Niere, Nervensystem, Herz-Kreislauf-System und blutbildenden Organen beobachtet. Zu den metabolischen Wirkungen gehören die Störung der Biosynthese von Cystin und Cholesterin, Depression und Stimulierung der Phospholipidsynthese. Höhere Konzentrationen haben zu einer Hemmung der Serotoninoxidation geführt. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Vanadat mehrere Enzymsysteme hemmt. Beim Menschen sind systemische Wirkungen einer Vanadium-Exposition weniger gut dokumentiert, es wurde jedoch eine Verringerung des Serum-Cholesterins nachgewiesen. In der Arbeitsumgebung werden Vanadium und seine Verbindungen in den menschlichen Körper durch Inhalation aufgenommen, hauptsächlich bei Produktions- und Kesselreinigungsarbeiten. Die Resorption von Vanadium aus dem Gastrointestinaltrakt ist gering und übersteigt 1 bis 2 % nicht; aufgenommene Vanadiumverbindungen werden weitgehend mit den Faeces ausgeschieden.
Es wurde eine Studie durchgeführt, um das Ausmaß der bronchialen Reaktionsfähigkeit bei Arbeitern zu bewerten, die kürzlich Vanadiumpentoxid ausgesetzt waren, während sie regelmäßig Asche und Klinker aus Kesseln eines ölbefeuerten Kraftwerks entfernten. Diese Studie deutet darauf hin, dass die Exposition gegenüber Vanadium die bronchiale Reaktionsfähigkeit sogar ohne das Auftreten von bronchialen Symptomen erhöht.
Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen
Es ist wichtig, das Einatmen von Vanadiumpentoxid-Partikeln in der Luft zu verhindern. Zur Verwendung als Katalysator kann Vanadiumpentoxid in staubfreier agglomerierter oder pelletierter Form hergestellt werden; Vibrationen in der Anlage können jedoch mit der Zeit einen gewissen Anteil an Staub reduzieren. Bei den mit der Herstellung von metallischem Vanadium verbundenen Prozessen und beim Sieben von gebrauchtem Katalysator während Wartungsarbeiten sollte das Entweichen von Staub durch die Einhausung des Prozesses und durch das Vorsehen einer Absaugung verhindert werden. Bei der Kesselreinigung in Kraftwerken und auf Schiffen kann es vorkommen, dass Wartungsarbeiter die Kessel betreten müssen, um Ruß zu entfernen und Reparaturen durchzuführen. Diese Arbeiter sollten eine angemessene Atemschutzausrüstung mit Vollgesichtsmaske und Augenschutz tragen. Wann immer möglich, sollte die Reinigung beim Laden verbessert werden, um die Notwendigkeit für Arbeiter zu verringern, Öfen zu betreten; Wenn sich eine Reinigung außerhalb der Belastung als unerlässlich erweist, sollten Methoden wie das Wasserlanzenstechen ausprobiert werden, die keinen physischen Zugang erfordern.