Gunnar Nordberg

Evento e usi

Il Germanio (Ge) si trova sempre in combinazione con altri elementi e mai allo stato libero. Tra i minerali più comuni contenenti germanio vi sono l'argyrodite (Ag₈GeS₆), contenente il 5.7% di germanio, e germanite (CuS·FeS·GeS₂), contenente fino al 10% di Ge. I depositi estesi di minerali di germanio sono rari, ma l'elemento è ampiamente distribuito all'interno della struttura di altri minerali, specialmente nei solfuri (più comunemente nel solfuro di zinco e nei silicati). Piccole quantità si trovano anche in diversi tipi di carbone.

Il più grande utilizzo finale del germanio è la produzione di sistemi di rilevamento e identificazione a infrarossi. Il suo utilizzo nei sistemi in fibra ottica è aumentato, mentre il consumo di semiconduttori ha continuato a diminuire a causa dei progressi nella tecnologia dei semiconduttori di silicio. Il germanio è utilizzato anche nella galvanica e nella produzione di leghe, una delle quali, germanio-bronzo, è caratterizzata da un'elevata resistenza alla corrosione. Tetracloruro di germanio (GeCl₄) è un intermedio nella preparazione di biossido di germanio e composti di organogermanio. Biossido di germanio (GeO₂) è utilizzato nella fabbricazione di vetro ottico e nei catodi.

Pericoli

I problemi di salute sul lavoro possono derivare dalla dispersione di polvere durante il caricamento del concentrato di germanio, la rottura e il caricamento del biossido per la riduzione a germanio metallico e il caricamento del germanio in polvere per la fusione in lingotti. Nel processo di produzione del metallo, durante la clorurazione del concentrato, la distillazione, la rettifica e l'idrolisi del tetracloruro di germanio, anche i fumi del tetracloruro di germanio, del cloro e dei prodotti di pirolisi del cloruro di germanio possono rappresentare un pericolo per la salute. Altre fonti di rischi per la salute sono la produzione di calore radiante da forni tubolari per GeO₂ riduzione e durante la fusione della polvere di germanio in lingotti e la formazione di monossido di carbonio durante GeO₂ riduzione con carbonio.

La produzione di cristalli singoli di germanio per la fabbricazione di semiconduttori comporta elevate temperature dell'aria (fino a 45 ºC), radiazioni elettromagnetiche con intensità di campo superiori a 100 V/m e radiazioni magnetiche superiori a 25 A/m e inquinamento di l'aria del posto di lavoro con idruri metallici. Quando si lega il germanio con l'arsenico, si può formare arsina nell'aria (da 1 a 3 mg/m³), e quando lo si lega con antimonio, può essere presente stibina o idruro di antimono (da 1.5 a 3.5 mg/m³). Idruro di germanio, che viene utilizzato per la produzione di germanio ad alta purezza, può anche essere un inquinante dell'aria sul posto di lavoro. La frequente pulizia dei forni verticali provoca la formazione di polvere che contiene, oltre al germanio, biossido di silicio, antimonio ed altre sostanze.

Anche la lavorazione e la macinazione dei cristalli di germanio danno origine a polvere. Concentrazioni fino a 5 mg/m³ sono stati misurati durante la lavorazione a secco.

Il germanio assorbito viene rapidamente escreto, principalmente nelle urine. Ci sono poche informazioni sulla tossicità dei composti inorganici del germanio per l'uomo. Tetracloruro di germanio può produrre irritazione cutanea. In studi clinici e altre esposizioni orali a lungo termine a dosi cumulative superiori a 16 g di spirogermanio, un agente antitumorale di organogermanio o altri composti di germanio si sono dimostrati neurotossici e nefrotossici. Tali dosi non sono solitamente assorbite nell'ambiente lavorativo. Esperimenti sugli animali sugli effetti del germanio e dei suoi composti hanno dimostrato che la polvere di germanio metallico ed biossido di germanio provoca danni generali alla salute (inibizione dell'aumento del peso corporeo) se inalato in alte concentrazioni. I polmoni degli animali presentavano alterazioni morfologiche del tipo di reazioni proliferative, quali ispessimento delle pareti alveolari e iperplasia dei vasi linfatici intorno ai bronchi e ai vasi sanguigni. Il biossido di germanio non irrita la pelle, ma se viene a contatto con la congiuntiva umida forma acido germanico, che agisce come irritante per gli occhi. La somministrazione intraddominale prolungata a dosi di 10 mg/kg porta ad alterazioni del sangue periferico.

Gli effetti della polvere concentrata di germanio non sono dovuti al germanio, ma a una serie di altri costituenti della polvere, in particolare la silice (SiO₂). La polvere concentrata esercita un marcato effetto fibrogenico con conseguente sviluppo di tessuto connettivo e formazione di noduli nei polmoni simili a quelli osservati nella silicosi.

I composti di germanio più dannosi sono idruro di germanio (Ge H₄) e cloruro di germanio. L'idruro può provocare avvelenamento acuto. Gli esami morfologici degli organi di animali deceduti durante la fase acuta hanno rivelato disturbi circolatori e alterazioni cellulari degenerative degli organi parenchimatici. Così l'idruro sembra essere un veleno multisistemico che può influenzare le funzioni nervose e il sangue periferico.

Il tetracloruro di germanio è un forte irritante per le vie respiratorie, la pelle e gli occhi. La sua soglia di irritazione è di 13 mg/m³. In questa concentrazione deprime la reazione delle cellule polmonari negli animali da esperimento. In concentrazioni più elevate provoca irritazione delle vie aeree superiori e congiuntivite, nonché alterazioni della frequenza e del ritmo respiratorio. Gli animali che sopravvivono all'avvelenamento acuto sviluppano dopo pochi giorni bronchite catarrale-desquamativa e polmonite interstiziale. Il cloruro di germanio esercita anche effetti tossici generali. Sono stati osservati cambiamenti morfologici nel fegato, nei reni e in altri organi degli animali.

Misure di sicurezza e salute

Le misure di base durante la produzione e l'uso del germanio dovrebbero mirare a prevenire la contaminazione dell'aria da parte di polvere o fumi. Nella produzione di metallo è consigliabile la continuità del processo e la chiusura dell'apparecchiatura. Nelle aree in cui la polvere di germanio metallico, il biossido o il concentrato è dispersa, dovrebbe essere fornita un'adeguata ventilazione di scarico. Durante la fabbricazione di semiconduttori, ad esempio nei forni di raffinazione a zone, e durante la pulizia dei forni, dovrebbe essere prevista una ventilazione di scarico locale vicino ai forni fusori. Il processo di produzione e lega di monocristalli di germanio dovrebbe essere effettuato sotto vuoto, seguito dall'evacuazione dei composti formati a pressione ridotta. La ventilazione locale degli scarichi è essenziale in operazioni come il taglio a secco e la molatura dei cristalli di germanio. La ventilazione di scarico è importante anche nei locali per la clorazione, la rettifica e l'idrolisi del tetracloruro di germanio. Gli apparecchi, le connessioni e gli accessori in questi locali devono essere realizzati in materiale resistente alla corrosione. I lavoratori devono indossare indumenti e calzature resistenti agli acidi. I respiratori devono essere indossati durante la pulizia degli apparecchi.

I lavoratori esposti a polvere, acido cloridrico concentrato, idruro di germanio e cloruro di germanio e relativi prodotti di idrolisi devono sottoporsi a visite mediche regolari.

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