Gunnar Nordberg

Evento e usi

Il ferro è secondo per abbondanza tra i metalli ed è quarto tra gli elementi, superato solo da ossigeno, silicio e alluminio. I minerali di ferro più comuni sono: l'ematite, o minerale di ferro rosso (Fe₂O₃), che è il 70% di ferro; limonite o minerale di ferro bruno (FeO(OH)·nH₂O), contenente il 42% di ferro; magnetite o minerale di ferro magnetico (Fe₃O₄), che ha un alto contenuto di ferro; siderite o minerale di ferro spatico (FeCO₃); pirite (FeS₂), il minerale solfuro più comune; e pirrotite, o pirite magnetica (FeS). Il ferro è utilizzato nella fabbricazione di fusioni di ferro e acciaio ed è legato con altri metalli per formare acciai. Il ferro viene utilizzato anche per aumentare la densità dei fluidi di perforazione dei pozzi petroliferi.

Leghe e Composti

Il ferro in sé non è particolarmente resistente, ma la sua resistenza aumenta notevolmente quando viene legato con il carbonio e raffreddato rapidamente per produrre acciaio. La sua presenza nell'acciaio spiega la sua importanza come metallo industriale. Alcune caratteristiche dell'acciaio, cioè se è morbido, dolce, medio o duro, sono in gran parte determinate dal contenuto di carbonio, che può variare dallo 0.10 all'1.15%. Circa 20 altri elementi vengono utilizzati in varie combinazioni e proporzioni nella produzione di leghe di acciaio con molte qualità diverse: durezza, duttilità, resistenza alla corrosione e così via. I più importanti di questi sono il manganese (ferromanganese e spiegeleisen), il silicio (ferrosilicon) e il cromo, discussi di seguito.

I più importanti composti industriali del ferro sono gli ossidi e il carbonato, che costituiscono i principali minerali da cui si ottiene il metallo. Di minore importanza industriale sono i cianuri, i nitruri, i nitrati, i fosfuri, i fosfati e il carbonile di ferro.

Pericoli

I pericoli industriali sono presenti durante l'estrazione, il trasporto e la preparazione dei minerali, durante la produzione e l'uso del metallo e delle leghe nelle acciaierie e nelle fonderie, e durante la fabbricazione e l'uso di alcuni composti. L'inalazione di polvere o fumi di ferro si verifica durante l'estrazione del minerale di ferro; saldatura ad arco; smerigliatura, lucidatura e lavorazione dei metalli; e nel ridimensionamento della caldaia. Se inalato, il ferro è un irritante locale per i polmoni e il tratto gastrointestinale. I rapporti indicano che l'esposizione a lungo termine a una miscela di ferro e altre polveri metalliche può compromettere la funzione polmonare.

Gli incidenti possono verificarsi durante l'estrazione, il trasporto e la preparazione dei minerali a causa dei pesanti macchinari di taglio, trasporto, frantumazione e setacciatura utilizzati a tale scopo. Gli infortuni possono derivare anche dalla manipolazione di esplosivi utilizzati nelle operazioni minerarie.

L'inalazione di polvere contenente silice o ossido di ferro può portare a pneumoconiosi, ma non ci sono conclusioni definitive sul ruolo delle particelle di ossido di ferro nello sviluppo del cancro ai polmoni negli esseri umani. Sulla base di esperimenti su animali, si sospetta che la polvere di ossido di ferro possa fungere da sostanza "co-cancerogena", favorendo così lo sviluppo del cancro se combinata contemporaneamente all'esposizione a sostanze cancerogene.

Studi sulla mortalità dei minatori di ematite hanno mostrato un aumento del rischio di cancro ai polmoni, generalmente tra i fumatori, in diverse aree minerarie come Cumberland, Lorraine, Kiruna e Krivoi Rog. Gli studi epidemiologici sui lavoratori delle fonderie di ferro e acciaio hanno tipicamente rilevato rischi di cancro ai polmoni elevati da 1.5 a 2.5 volte. L'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC) classifica la fusione di ferro e acciaio come un processo cancerogeno per l'uomo. Gli specifici agenti chimici coinvolti (p. es., idrocarburi aromatici polinucleari, silice, fumi metallici) non sono stati identificati. È stata segnalata anche una maggiore incidenza di cancro ai polmoni, ma in modo meno significativo, tra le mole metalliche. Le conclusioni per il cancro ai polmoni tra i saldatori sono controverse.

In studi sperimentali, l'ossido di ferro non è risultato cancerogeno; tuttavia, gli esperimenti non sono stati eseguiti con l'ematite. La presenza di radon nell'atmosfera delle miniere di ematite è stata suggerita come un importante fattore cancerogeno.

Possono verificarsi gravi incidenti durante la lavorazione del ferro. Le ustioni possono verificarsi durante il lavoro con metallo fuso, come descritto altrove in questo documento Enciclopedia. La polvere di ferro finemente suddivisa appena ridotta è piroforica e si infiamma per esposizione all'aria a temperature normali. Incendi ed esplosioni di polveri si sono verificati nei condotti e nei separatori degli impianti di estrazione della polvere, associati alle mole di molatura e lucidatura e ai nastri di finitura, quando le scintille dell'operazione di molatura hanno acceso la fine polvere d'acciaio nell'impianto di estrazione.

Le proprietà pericolose dei restanti composti del ferro sono solitamente dovute al radicale con cui il ferro è associato. così arseniato ferrico (FeAsO₄) e arsenito ferrico (FeAsO₃·Fe₂O₃) possiedono le proprietà velenose dei composti dell'arsenico. Carbonile di ferro (FeCO₅) è uno dei carbonili metallici più pericolosi, avendo proprietà sia tossiche che infiammabili. I carbonili sono discussi più dettagliatamente altrove in questo capitolo.

Solfuro ferroso (FeS), oltre alla sua presenza naturale come pirite, si forma occasionalmente involontariamente quando i materiali contenenti zolfo vengono trattati in recipienti di ferro e acciaio, come nelle raffinerie di petrolio. Se l'impianto viene aperto ed il deposito di solfuro ferroso viene esposto all'aria, la sua ossidazione esotermica può portare la temperatura del deposito alla temperatura di accensione di gas e vapori nelle vicinanze. Su tali depositi deve essere diretto uno spruzzo d'acqua fine fino a quando i vapori infiammabili non sono stati rimossi mediante spurgo. Problemi simili possono verificarsi nelle miniere di pirite, dove la temperatura dell'aria è aumentata da una continua e lenta ossidazione del minerale.

Misure di sicurezza e salute

Le precauzioni per la prevenzione degli infortuni meccanici comprendono la recinzione e il controllo a distanza dei macchinari, la progettazione degli impianti (che, nella moderna siderurgia, include il controllo computerizzato) e la formazione alla sicurezza dei lavoratori.

Il pericolo derivante da gas, vapori e polveri tossici e infiammabili è contrastato dall'aspirazione locale e dalla ventilazione generale abbinate alle varie forme di controllo remoto. Devono essere forniti indumenti protettivi e protezione per gli occhi per salvaguardare il lavoratore dagli effetti di sostanze calde e corrosive e dal calore.

È particolarmente importante che i condotti delle levigatrici e lucidatrici e dei nastri di finitura vengano sottoposti a manutenzione a intervalli regolari per mantenere l'efficienza della ventilazione di scarico e per ridurre il rischio di esplosione.

Ferroleghe

Una ferrolega è una lega di ferro con un elemento diverso dal carbonio. Queste miscele metalliche sono utilizzate come veicolo per introdurre elementi specifici nella fabbricazione dell'acciaio al fine di produrre acciai con proprietà specifiche. L'elemento può legarsi con l'acciaio per soluzione o può neutralizzare le impurità nocive.

Le leghe hanno proprietà uniche che dipendono dalla concentrazione dei loro elementi. Tali proprietà variano direttamente in relazione alla concentrazione dei singoli componenti e dipendono, in parte, dalla presenza di tracce di altri elementi. Sebbene l'effetto biologico di ciascun elemento nella lega possa essere utilizzato come guida, vi sono prove sufficienti della modifica dell'azione da parte della miscela di elementi per giustificare estrema cautela nel prendere decisioni critiche basate sull'estrapolazione dell'effetto dal singolo elemento.

Le ferroleghe costituiscono un elenco ampio e diversificato di leghe con molte miscele diverse all'interno di ogni classe di lega. Il commercio generalmente limita il numero di tipi di ferroleghe disponibili in ciascuna classe, ma gli sviluppi metallurgici possono comportare frequenti aggiunte o modifiche. Alcune delle ferroleghe più comuni sono le seguenti:

• ferroboro: 16.2% di boro

• ferrocromo: dal 60 al 70% di cromo, che può contenere anche silicio e manganese

• ferromanganese: dal 78 al 90% di manganese; Dall'1.25 al 7% di silicio

• ferromolibdeno: dal 55 al 75% di molibdeno; 1.5% di silicio

• ferrofosforo: dal 18 al 25% di fosforo

• ferrosilicio: dal 5 al 90% di silice

• ferrotitanio: dal 14 al 45% di titanio; Dal 4 al 13% di silicio

• ferrotungsteno: dal 70 all'80% di tungsteno

• ferrovanadio: dal 30 al 40% di vanadio; 13% silicio; 1.5% di alluminio.

Pericoli

Sebbene alcune ferroleghe abbiano usi non metallurgici, le principali fonti di esposizione pericolosa si incontrano nella fabbricazione di queste leghe e nel loro uso durante la produzione dell'acciaio. Alcune ferroleghe sono prodotte e utilizzate in forma di particolato fine; la polvere aerodispersa costituisce un potenziale pericolo di tossicità nonché un pericolo di incendio ed esplosione. Inoltre, l'esposizione professionale ai fumi di alcune leghe è stata associata a gravi problemi di salute.

Ferroboro. La polvere aerodispersa prodotta durante la pulizia di questa lega può causare irritazione al naso e alla gola, probabilmente dovuta alla presenza di una pellicola di ossido di boro sulla superficie della lega. Alcuni studi sugli animali (cani esposti a concentrazioni atmosferiche di ferroboro di 57 mg/m³ per 23 settimane) non ha riscontrato effetti avversi.

Ferrocromo. Uno studio in Norvegia sulla mortalità complessiva e l'incidenza del cancro nei lavoratori che producono ferrocromo ha mostrato un aumento dell'incidenza del cancro ai polmoni in relazione causale con l'esposizione al cromo esavalente intorno alle fornaci. In alcuni lavoratori è stata riscontrata anche la perforazione del setto nasale. Un altro studio conclude che l'eccesso di mortalità dovuto al cancro ai polmoni nei lavoratori della produzione di acciaio è associato all'esposizione agli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) durante la produzione di ferrocromo. Ancora un altro studio che indaga sull'associazione tra l'esposizione professionale ai fumi e il cancro ai polmoni ha rilevato che i lavoratori del ferrocromo hanno dimostrato casi in eccesso di cancro ai polmoni e alla prostata.

Ferromanganese può essere prodotto riducendo i minerali di manganese in un forno elettrico con coke e aggiungendo dolomite e calcare come fondente. Il trasporto, lo stoccaggio, lo smistamento e la frantumazione dei minerali producono polvere di manganese in concentrazioni che possono essere pericolose. Gli effetti patologici derivanti dall'esposizione alla polvere, sia del minerale che della lega, sono praticamente indistinguibili da quelli descritti nell'articolo “Manganese” in questo capitolo. Sono state osservate intossicazioni sia acute che croniche. Le leghe ferromanganese contenenti proporzioni molto elevate di manganese reagiscono con l'umidità per produrre carburo di manganese, che, se combinato con l'umidità, rilascia idrogeno, creando un pericolo di incendio ed esplosione.

Ferrosilicio la produzione può provocare sia aerosol che polveri di ferrosilicio. Studi su animali indicano che la polvere di ferrosilicio può causare l'ispessimento delle pareti alveolari con occasionale scomparsa della struttura alveolare. Le materie prime utilizzate nella produzione delle leghe possono anche contenere silice libera, sebbene in concentrazioni relativamente basse. C'è qualche disaccordo sul fatto che la silicosi classica possa essere un potenziale pericolo nella produzione di ferrosilicio. Non c'è dubbio, tuttavia, che la malattia polmonare cronica, qualunque sia la sua classificazione, può derivare da un'eccessiva esposizione alla polvere o agli aerosol riscontrati negli impianti di ferrosilicio.

Ferrovandaio. Anche la contaminazione atmosferica con polvere e fumi è un pericolo nella produzione di ferrovanadio. In condizioni normali, gli aerosol non producono intossicazione acuta ma possono causare bronchite e un processo proliferativo interstiziale polmonare. È stato riportato che il vanadio nella lega di ferrovanadio è notevolmente più tossico del vanadio libero a causa della sua maggiore solubilità nei fluidi biologici.

Acciaio al piombo viene utilizzato per lamiere d'acciaio per automobili per aumentare la malleabilità. Contiene circa lo 0.35% di piombo. Ogni volta che l'acciaio al piombo è sottoposto ad alte temperature, come nella saldatura, c'è sempre il pericolo di generare fumi di piombo.

Misure di sicurezza e salute

Il controllo di fumi, polveri e aerosol durante la produzione e l'uso delle ferroleghe è essenziale. È richiesto un buon controllo della polvere nel trasporto e nella manipolazione dei minerali e delle leghe. I cumuli di minerale dovrebbero essere bagnati per ridurre la formazione di polvere. Oltre a queste misure di controllo della polvere di base, sono necessarie precauzioni speciali nella manipolazione di ferroleghe specifiche.

Il ferrosilicio reagisce con l'umidità per produrre fosfina e arsina; di conseguenza questo materiale non deve essere caricato con tempo umido e devono essere prese precauzioni speciali per garantire che rimanga asciutto durante lo stoccaggio e il trasporto. Ogni volta che il ferrosilicio viene spedito o maneggiato in quantità di qualsiasi importanza, dovrebbero essere affissi avvisi che avvertissero i lavoratori del pericolo e dovrebbero essere implementate procedure di rilevamento e analisi a intervalli frequenti per verificare la presenza di fosfina e arsina nell'aria. Per la protezione delle vie respiratorie è necessario un buon controllo della polvere e dell'aerosol. Per le emergenze devono essere disponibili adeguati dispositivi di protezione delle vie respiratorie.

I lavoratori impegnati nella produzione e nell'uso di ferroleghe dovrebbero ricevere un'attenta supervisione medica. Il loro ambiente di lavoro dovrebbe essere monitorato continuamente o periodicamente, a seconda del grado di rischio. Gli effetti tossici delle varie ferroleghe sono sufficientemente divergenti da quelli dei metalli puri da giustificare un livello più intenso di controllo medico fino a quando non saranno ottenuti più dati. Laddove le ferroleghe danno origine a polvere, fumi e aerosol, i lavoratori dovrebbero sottoporsi periodicamente a esami radiografici del torace per la diagnosi precoce dei cambiamenti respiratori. Possono anche essere richiesti test di funzionalità polmonare e monitoraggio delle concentrazioni di metalli nel sangue e/o nelle urine dei lavoratori esposti.

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