Gunnar Nordberg

Ocurrencia y usos

El zinc (Zn) se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza en cantidades que ascienden aproximadamente al 0.02% de la corteza terrestre. Se encuentra en la naturaleza como sulfuro (esfalerita), carbonato, óxido o silicato (calamina) en combinación con muchos minerales. La esfalerita, el principal mineral de zinc y la fuente de al menos el 90% del zinc metálico, contiene hierro y cadmio como impurezas. Casi siempre va acompañado de galena, el sulfuro de plomo, y ocasionalmente se encuentra asociado con minerales que contienen cobre u otros sulfuros de metales básicos.

Al exponerse al aire, el zinc se cubre con una tenaz película de óxido que protege al metal de una mayor oxidación. Esta resistencia a la corrosión atmosférica constituye la base de uno de los usos más habituales del metal, la protección de estructuras de acero mediante el galvanizado. La capacidad del zinc para proteger los metales ferrosos contra la corrosión se ve reforzada por la acción electrolítica. Actúa como ánodo con respecto al hierro y otros metales estructurales, excepto el aluminio y el magnesio, y por tanto es atacado preferentemente por los agentes corrosivos. Esta propiedad se utiliza en muchas otras aplicaciones importantes del zinc, por ejemplo, en el uso de placas de zinc como ánodos para la protección catódica de cascos de barcos, tanques subterráneos, etc. El zinc metálico se moldea a presión para componentes en la industria del automóvil, la industria de equipos eléctricos y en las industrias de máquinas herramienta ligeras, ferretería, juguetes y artículos de lujo. Se enrolla en láminas en trenes de laminación para la fabricación de techos, burletes, estuches para baterías secas, planchas de impresión, etc. El zinc también está aleado con cobre, níquel, aluminio y magnesio. Cuando se alea con cobre, forma los importantes grupos de aleaciones conocidos como latones.

Óxido de zinc (ZnO), o blanco de zinc (flores de zinc) se produce por la oxidación de zinc puro vaporizado o por la tostación del mineral de óxido de zinc. Se utiliza como pigmento en pinturas, lacas y barnices, así como como relleno para plásticos y caucho. El óxido de zinc se encuentra en cosméticos, cementos de fraguado rápido y en productos farmacéuticos. Es útil en la fabricación de vidrio, neumáticos para automóviles, fósforos, cola blanca y tintas de imprenta. El óxido de zinc también se utiliza como semiconductor en la industria electrónica.

Cromato de zinc (ZnCrO₄), o amarillo de zinc, se produce por la acción del ácido crómico sobre lodos de óxido de zinc o hidróxido de zinc. Se utiliza en pigmentos, pinturas, barnices y lacas, y en la fabricación de linóleo. El cromato de zinc actúa como inhibidor de la corrosión para metales y laminados epoxi.

Cianuro de zinc (Zn(CN))₂) se produce por precipitación de una solución de sulfato o cloruro de zinc con cianuro de potasio. Se utiliza para el revestimiento de metales y para la extracción de oro. El cianuro de zinc actúa como reactivo químico y como pesticida. Sulfato de zinc (ZnSO₄· 7H₂O), o vitriolo blanco, se produce tostando la blenda de zinc o por la acción del ácido sulfúrico sobre el zinc o el óxido de zinc. Se utiliza como astringente, conservante de pieles y madera, blanqueador de papel, adyuvante de plaguicidas y fungicida. El sulfato de zinc también sirve como agente ignífugo y como depresor en la flotación por espuma. Se utiliza en el tratamiento de aguas y en el teñido y estampado de textiles. sulfuro de zinc se utiliza como pigmento para pinturas, hules, linóleo, cuero, tintas, lacas y cosméticos. Fosfuro de zinc (Zn₃P₂) se produce pasando fosfina a través de una solución de sulfato de zinc. Se utiliza principalmente como rodenticida.

Cloruro de zinc (ZnCl₂), o manteca de zinc, tiene numerosos usos en la industria textil, incluyendo teñido, estampado, apresto y pesado de telas. Es un componente del cemento para metales, dentífricos y fundentes de soldadura. Se utiliza solo o con fenol y otros antisépticos para la conservación de durmientes ferroviarios. El cloruro de zinc es útil para el grabado de vidrio y para la fabricación de asfalto. Es un agente vulcanizante para el caucho, un retardante de llama para la madera y un inhibidor de la corrosión en el tratamiento del agua.

Peligros

El zinc es un nutriente esencial. Es un componente de las metaloenzimas, que juegan un papel importante en el metabolismo de los ácidos nucleicos y la síntesis de proteínas. El zinc no se almacena en el cuerpo, y los expertos en nutrición recomiendan una ingesta diaria mínima de zinc. La absorción de zinc tiene lugar más fácilmente a partir de fuentes de proteína animal que de productos vegetales. El contenido de fitato de las plantas se une al zinc, lo que hace que no esté disponible para la absorción. Se han informado estados de deficiencia de zinc en países donde los cereales son la principal fuente de proteína consumida por la población. Algunas de las manifestaciones clínicas reconocidas de la deficiencia crónica de zinc en humanos son retraso en el crecimiento, hipogonadismo en los hombres, cambios en la piel, falta de apetito, letargo mental y retraso en la cicatrización de heridas.

En general, las sales de zinc son astringentes, higroscópicas, corrosivas y antisépticas. Su acción precipitante sobre las proteínas forma la base de sus efectos astringentes y antisépticos, y se absorben con relativa facilidad a través de la piel. El umbral de sabor de las sales de zinc es de aproximadamente 15 ppm; el agua que contiene 30 ppm de sales solubles de zinc tiene un aspecto lechoso y un sabor metálico cuando la concentración alcanza los 40 ppm. Las sales de zinc son irritantes para el tracto gastrointestinal y las concentraciones eméticas de sales de zinc en el agua oscilan entre 675 y 2,280 ppm.

La solubilidad del zinc en soluciones débilmente ácidas, en presencia de hierro, ha llevado a la ingestión accidental de grandes cantidades de sales de zinc cuando se preparan alimentos ácidos como bebidas de frutas en recipientes de hierro galvanizado gastados. Fiebre, náuseas, vómitos, calambres estomacales y diarrea ocurrieron entre 20 minutos y 10 horas después de la ingestión.

Varias sales de zinc pueden entrar al cuerpo por inhalación, a través de la piel o por ingestión y producir intoxicación. Se ha descubierto que el cloruro de zinc causa úlceras en la piel. Varios compuestos de zinc presentan riesgos de incendio y explosión. La fabricación electrolítica de zinc puede producir nieblas que contienen ácido sulfúrico y sulfato de zinc que pueden irritar los sistemas respiratorio o digestivo y provocar erosión dental. Los procesos metalúrgicos que involucran zinc pueden conducir a exposiciones a arsénico, cadmio, manganeso, plomo y posiblemente cromo y plata, con sus peligros asociados. Dado que el arsénico está frecuentemente presente en el zinc, puede ser una fuente de exposición al gas arsina altamente tóxico siempre que el zinc se disuelva en ácidos o álcalis.

En la metalurgia y fabricación de zinc, soldadura y corte de metal galvanizado o revestido de zinc, o fundición y vaciado de latón o bronce, el peligro más frecuente del zinc y sus compuestos es la exposición a los vapores de óxido de zinc, que causan la fiebre de los vapores metálicos. Los síntomas de la fiebre de humos metálicos incluyen ataques de escalofríos, fiebre irregular, sudoración profusa, náuseas, sed, dolor de cabeza, dolores en las extremidades y sensación de agotamiento. Los ataques son de corta duración (la mayoría de los casos están en vías de recuperación completa dentro de las 24 horas posteriores al inicio de los síntomas) y parece que se adquiere tolerancia. Se ha informado un aumento significativo de la protoporfirina eritrocítica libre en las operaciones de empaquetamiento con óxido de zinc.

Los vapores de cloruro de zinc irritan los ojos y las membranas mucosas. En un accidente que involucró generadores de humo, 70 personas expuestas experimentaron diversos grados de irritación en los ojos, la nariz, la garganta y los pulmones. De las 10 muertes, algunas murieron a las pocas horas con edema pulmonar y otras murieron más tarde de bronconeumonía. En otra ocasión, dos bomberos estuvieron expuestos a vapores de cloruro de zinc de un generador de humo durante una demostración de extinción de incendios, uno brevemente y el otro durante varios minutos. El primero se recuperó rápidamente mientras que el segundo falleció a los 18 días por insuficiencia respiratoria. Hubo un rápido aumento de la temperatura y una marcada inflamación del tracto respiratorio superior poco después de la exposición. En la radiografía de tórax se observaron infiltraciones pulmonares difusas y la autopsia reveló proliferación fibroblástica activa y cor pulmonale.

En un experimento diseñado principalmente para evaluar la carcinogénesis, grupos de 24 ratones recibieron de 1,250 a 5,000 ppm de sulfato de zinc en el agua potable durante un año. Aparte de la anemia severa en animales que recibieron 5,000 ppm, no hubo efectos adversos del zinc. La incidencia del tumor no fue significativamente diferente de la observada en los controles.

El fosfuro de zinc, que se utiliza como rodenticida, es tóxico para los seres humanos ya sea por ingestión, inhalación o inyección y, junto con el cloruro de zinc, es la más peligrosa de las sales de zinc; estas dos sustancias han sido responsables de las únicas muertes definitivamente debidas al envenenamiento por zinc.

Efectos de la piel. Se ha informado que el cromato de zinc en las pinturas de imprimación utilizadas por los carroceros, hojalateros y ebanistas de acero causa ulceración nasal y dermatitis en los trabajadores expuestos. El cloruro de zinc tiene una acción cáustica, que puede resultar en ulceración de los dedos, manos y antebrazos de quienes manipulan madera impregnada con él o lo usan como fundente en la soldadura. Se ha informado que el polvo de óxido de zinc puede bloquear los conductos de las glándulas sebáceas y dar lugar a un eczema papular y pustular en humanos que envasan este compuesto.

Medidas de Seguridad y Salud

Fuego y explosión. El polvo de zinc finamente dividido y otros compuestos de zinc pueden presentar riesgos de incendio y explosión si se almacenan en lugares húmedos, fuentes de combustión espontánea. Los residuos de las reacciones de reducción pueden encender materiales combustibles. El nitrato de zinc y amonio, el bromato de zinc, el clorato de zinc, el etilo de zinc, el nitrato de zinc, el permanganato de zinc y el picrato de zinc son peligrosos riesgos de incendio y explosión. Además, el etilo de zinc se encenderá espontáneamente en contacto con el aire. Por lo tanto, debe almacenarse en un lugar fresco, seco y bien ventilado, lejos de riesgos agudos de incendio, llamas abiertas y agentes oxidantes potentes.

En todos los casos en que el zinc se calienta hasta el punto en que se producen vapores, es muy importante garantizar que se proporcione una ventilación adecuada. La protección individual se asegura mejor mediante la educación del trabajador sobre la fiebre por humos metálicos y la provisión de ventilación por extracción local o, en algunas situaciones, mediante el uso de una capucha o máscara con suministro de aire.

Los trabajadores que, sin embargo, están menos expuestos a los vapores de cloruro de zinc deben usar equipo de protección personal que incluya ropa de protección, protección química para los ojos y la cara y equipo de protección respiratoria adecuado. La exposición a los vapores de cloruro de zinc debe tratarse mediante abundante irrigación de las áreas expuestas.

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Gunnar Nordberg

Ocurrencia y usos

Se ha estimado que el circonio (Zr) constituye alrededor del 0.017% de la litosfera. Debido a su actividad química muy alta a temperaturas ligeramente superiores a la temperatura atmosférica normal, el elemento se presenta solo en estados combinados. Los minerales más comunes son el circón (ZrO₂) y baddeleyita (ZrSiO₄). El circonio se encuentra en todos los tejidos animales.

El hafnio (Hf) se encuentra asociado con el zirconio en todas sus ocurrencias terrestres. La cantidad de hafnio varía pero promedia alrededor del 2% del total de circonio más hafnio. En un solo mineral, pobre en ambos elementos, se ha encontrado hafnio en mayor cantidad que zirconio. La evidencia espectrográfica indica que la distribución también es de alrededor del 2% de hafnio en el total de circonio más hafnio en el universo. Estos dos elementos son más idénticos en sus propiedades químicas que cualquier otro par en la tabla periódica. La similitud es tan grande que aún no se han encontrado diferencias cualitativas que permitan su separación. Por esta razón, se puede suponer que la mayor parte del zirconio que se ha utilizado y sobre la base de los cuales se han informado efectos fisiológicos, contenía de 0.5 a 2% de hafnio.

El circón ha sido valorado desde los tiempos más remotos como piedra preciosa, ya que se presenta con bastante frecuencia en monocristales grandes; sin embargo, la mayoría de los depósitos comercialmente útiles de mineral de circonio se encuentran en arenas de playa u otros lugares donde se han depositado minerales de circonio relativamente pesados ​​y químicamente inertes, mientras que las porciones más ligeras de las rocas en las que se encontraban se han desintegrado y arrastrado por la acción. de agua. Se conocen depósitos sustanciales de dichas arenas de playa en la India, Malasia, Australia y los Estados Unidos. La baddeleyita en depósitos comercialmente útiles se observó por primera vez en Brasil y desde entonces se ha encontrado en varios otros lugares, incluidos Suecia, India e Italia. Algunos minerales de circonio también se han extraído comercialmente en Madagascar, Nigeria, Senegal y Sudáfrica.

El zircón se utiliza como arena de fundición, abrasivo y como componente de composiciones refractarias de zircón y zirconia para crisoles de laboratorio. Se encuentra en composiciones cerámicas donde actúa como opacificante en vidriados y esmaltes. Los ladrillos de zircón y zirconia se utilizan como revestimientos para hornos de vidrio. Las formas de zirconio también se utilizan como troqueles para la extrusión de metales ferrosos y no ferrosos y como revestimientos de boquillas para verter metales, especialmente para colada continua.

Más del 90 % del metal de circonio ahora se usa en la generación de energía nuclear porque el circonio tiene una sección transversal de absorción baja para los neutrones y una alta resistencia a la corrosión dentro de los reactores atómicos, siempre que no contenga hafnio. El circonio también se utiliza en la fabricación de hierro fundido, acero y aparatos quirúrgicos. Se emplea en lámparas de arco, pirotecnia, en fundentes especiales para soldadura y como pigmento en plásticos.

El metal de circonio en polvo se utiliza como "captador" en los tubos termoiónicos para absorber los últimos rastros de gas después del bombeo y desgasificación de los elementos del tubo. En forma de cinta fina o lana, el metal también se utiliza como filtro en los flashes fotográficos. El metal macizo se utiliza puro o en forma de aleación para el revestimiento de recipientes de reacción. También se utiliza como revestimiento para bombas y sistemas de tuberías para procesos químicos. Se ha utilizado una excelente aleación superconductora de circonio y columbio en un imán con un campo de 6.7 T.

Carburo de circonio y diboruro de circonio son compuestos metálicos duros, refractarios, que se han utilizado en herramientas de corte para metales. El diboruro también se ha utilizado como camisa de termopar en hornos de hogar abierto, proporcionando termopares de muy larga vida. Tetracloruro de circonio se utiliza en síntesis orgánica y en hidrofugantes para textiles. También es útil como agente de bronceado.

metal hafnio se ha utilizado como revestimiento de tantalio para piezas de motores de cohetes que deben operar en condiciones erosivas de muy alta temperatura. Debido a su alta sección transversal de neutrones térmicos, también se utiliza como material de barra de control para reactores nucleares. Además, el hafnio se utiliza en la fabricación de electrodos y filamentos de bombillas.

Peligros

Es incorrecto afirmar que los compuestos de zirconio son fisiológicamente inertes, pero la tolerancia de la mayoría de los organismos al zirconio parece ser grande en comparación con la tolerancia a la mayoría de los metales pesados. Las sales de circonio se han utilizado en el tratamiento del envenenamiento por plutonio para desplazar el plutonio (y el itrio) de su depósito en el esqueleto y para prevenir el depósito cuando el tratamiento se inició temprano. En el transcurso de este estudio, se determinó que la dieta de las ratas podía contener hasta un 20 % de zirconia durante períodos relativamente largos sin efectos nocivos, y que la LD intravenosa₅₀ de citrato de sodio y circonio para ratas es de aproximadamente 171 mg/kg de peso corporal. Otros investigadores han encontrado un LD intraperitoneal₅₀ de 0.67 g/kg de lactato de zirconio y 0.42 g/kg de zirconato de bario en ratas y de 51 mg/kg de lactato de zirconio sódico en ratones.

Los compuestos de circonio se han recomendado y utilizado para el tratamiento tópico de la dermatitis por Rhus (hiedra venenosa) y para desodorantes corporales. Algunos compuestos que se han utilizado son zirconia hidratada carbonatada, zirconia hidratada y lactato de zirconio sódico. Ha habido una serie de informes de la producción de condiciones granulomatosas persistentes de la piel como resultado de estas aplicaciones.

De interés más directo en relación con las exposiciones ocupacionales es el efecto de la inhalación de compuestos de zirconio, y esto ha sido menos investigado que las otras vías de administración. Sin embargo, ha habido varios experimentos y al menos un informe de exposición humana. En este caso, se descubrió que un ingeniero químico con siete años de exposición en una planta de procesamiento de zirconio y hafnio tenía una afección pulmonar granulomatosa. Dado que el examen de todos los demás empleados no reveló lesiones comparables, se concluyó que lo más probable es que la condición se atribuya a una exposición relativamente intensa al berilio antes de la exposición al zirconio.

La exposición de animales de experimentación a compuestos de zirconio mostró que tanto el lactato de zirconio como el zirconato de bario producían neumonitis intersticial crónica persistente y grave a concentraciones atmosféricas de zirconio de aproximadamente 5 mg/m³. Concentraciones atmosféricas de lactato de sodio y circonio mucho más altas de 0.049 mg/cm³ Se ha encontrado que exposiciones más cortas producen abscesos peribronquiales, granulomas peribronquiolares y neumonía lobulillar. Aunque ha faltado documentación sobre la neumoconiosis por zirconio en humanos, los autores de un estudio concluyen que el zirconio debe considerarse una causa probable de neumoconiosis y recomiendan tomar las precauciones adecuadas en el lugar de trabajo.

El pequeño número de investigaciones sobre la toxicidad de los compuestos de hafnio ha indicado una toxicidad aguda ligeramente superior a la de las sales de circonio. El hafnio y sus compuestos causan daño hepático. El cloruro de hafnilo a 10 mg/kg produjo colapso cardiovascular y paro respiratorio en un gato de la misma manera que las sales de circonio solubles; el LD intraperitoneal₅₀ de 112 mg/kg para el hafnio no es mucho menor que para el circonio.

Medidas de Seguridad y Salud

Fuego y explosión. El metal de circonio en forma de polvo fino se quema en aire, nitrógeno o dióxido de carbono. Los polvos son explosivos en el aire en el rango de 45 a 300 mg/l, y son autoinflamables si se agitan, probablemente debido a la electricidad estática generada por la separación de los granos.

Los metales en polvo deben transportarse y manipularse en estado húmedo; el agua se utiliza generalmente para humedecer. Cuando el polvo se seca antes de su uso, las cantidades empleadas deben mantenerse lo más pequeñas posible y las operaciones deben realizarse en cubículos separados para evitar la propagación en caso de explosión. Todas las fuentes de ignición, incluidas las cargas eléctricas estáticas, deben eliminarse de las áreas en las que se manipulará el polvo.

Todas las superficies del área deben ser impermeables y sin juntas para que puedan lavarse con agua y mantenerse completamente libres de polvo. Cualquier polvo derramado debe limpiarse inmediatamente con agua para que no se seque en el lugar. Los papeles y paños usados ​​que se hayan contaminado con los polvos se deben mantener húmedos en recipientes tapados hasta que se retiren para quemarlos, lo que se debe hacer por lo menos una vez al día. Los polvos secos deben removerse y manipularse lo menos posible, y solo con herramientas que no produzcan chispas. Los delantales de goma o plástico, si se usan sobre la ropa de trabajo, deben tratarse con un compuesto antiestático. La ropa de trabajo debe estar hecha de fibras no sintéticas a menos que se trate de manera efectiva con materiales antiestáticos.

Todos los procesos que utilizan circonio o hafnio deben diseñarse y ventilarse para mantener la contaminación del aire por debajo de los límites de exposición.

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