Panoramica del processo

La bauxite viene estratta mediante miniere a cielo aperto. I minerali più ricchi vengono utilizzati come estratti. I minerali di grado inferiore possono essere beneficiati dalla frantumazione e dal lavaggio per rimuovere i rifiuti di argilla e silice. La produzione del metallo comprende due fasi fondamentali:

1. raffinazione. Produzione di allumina dalla bauxite mediante il processo Bayer in cui la bauxite viene digerita ad alta temperatura e pressione in una soluzione forte di soda caustica. L'idrato risultante viene cristallizzato e calcinato all'ossido in un forno o in un calcinatore a letto fluido.
2. Riduzione. Riduzione dell'allumina in metallo di alluminio vergine utilizzando il processo elettrolitico Hall-Heroult utilizzando elettrodi di carbonio e flusso di criolite.

Lo sviluppo sperimentale suggerisce che in futuro l'alluminio potrebbe essere ridotto al metallo mediante riduzione diretta dal minerale.

Attualmente sono in uso due tipi principali di celle elettrolitiche di Hall-Heroult. Il cosiddetto processo "pre-cottura" utilizza elettrodi fabbricati come indicato di seguito. In tali fonderie l'esposizione agli idrocarburi policiclici si verifica normalmente negli impianti di produzione degli elettrodi, specialmente durante i mulini di miscelazione e le presse di formatura. Le fonderie che utilizzano la cella di tipo Soderberg non richiedono impianti per la produzione di anodi di carbonio cotti. Piuttosto, la miscela di coke e pece legante viene immessa in tramogge le cui estremità inferiori sono immerse nella miscela del bagno di criolite-allumina fusa. Quando la miscela di pece e coke viene riscaldata dal bagno di criolite di metallo fuso all'interno della cella, questa miscela si cuoce in una massa grafitica dura in situ Aste metalliche sono inserite nella massa anodica come conduttori per un flusso elettrico in corrente continua. Queste aste devono essere sostituite periodicamente; nell'estrazione di questi, quantità considerevoli di volatili di pece di catrame di carbone si sviluppano nell'ambiente della cella. A questa esposizione si aggiungono quei volatili di pece generati man mano che procede la cottura della massa di pece-coke.

Nell'ultimo decennio l'industria ha avuto la tendenza a non sostituire oa modificare gli impianti di riduzione di tipo Soderberg esistenti in conseguenza del dimostrato rischio cancerogeno che presentano. Inoltre, con la crescente automazione delle operazioni delle celle di riduzione, in particolare la sostituzione degli anodi, le attività vengono eseguite più comunemente da gru meccaniche chiuse. Di conseguenza, le esposizioni dei lavoratori e il rischio di sviluppare quei disturbi associati alla fusione dell'alluminio stanno gradualmente diminuendo nelle strutture moderne. Al contrario, in quelle economie in cui un adeguato investimento di capitale non è prontamente disponibile, la persistenza di vecchi processi di riduzione azionati manualmente continuerà a presentare i rischi di quei disturbi occupazionali (vedi sotto) precedentemente associati agli impianti di riduzione dell'alluminio. In effetti, questa tendenza tenderà ad aggravarsi in tali operazioni più vecchie e non migliorate, specialmente con l'avanzare dell'età.

Produzione di elettrodi di carbonio

Gli elettrodi richiesti dalla riduzione elettrolitica pre-cottura a metallo puro sono normalmente realizzati da un impianto associato a questo tipo di impianto di fusione dell'alluminio. Gli anodi e i catodi sono più frequentemente realizzati da una miscela di coke e pece derivati ​​dal petrolio macinato. Il coke viene prima macinato in mulini a sfere, quindi convogliato e miscelato meccanicamente con la pece e infine colato in blocchi in presse formatrici. Questi blocchi di anodo o catodo vengono successivamente riscaldati in un forno a gas per diversi giorni fino a formare masse grafitiche dure con essenzialmente tutte le sostanze volatili che sono state espulse. Infine sono attaccati alle aste dell'anodo o scanalate a sega per ricevere le barre del catodo.

Si noti che la pece usata per formare tali elettrodi rappresenta un distillato derivato dal carbone o dal catrame di petrolio. Nella conversione di questo catrame in pece mediante riscaldamento, il prodotto finale della pece ha evaporato essenzialmente tutti i suoi composti inorganici a basso punto di ebollizione, ad esempio SO₂, nonché composti alifatici e composti aromatici a uno e due anelli. Pertanto, tale pece non dovrebbe presentare gli stessi rischi nel suo uso dei catrami di carbone o di petrolio poiché queste classi di composti non dovrebbero essere presenti. Vi sono alcune indicazioni che il potenziale cancerogeno di tali prodotti di pece potrebbe non essere così grande come la miscela più complessa di catrami e altri volatili associati alla combustione incompleta del carbone.

Pericoli e loro prevenzione

I pericoli e le misure preventive per i processi di fusione e raffinazione dell'alluminio sono sostanzialmente gli stessi che si riscontrano nella fusione e raffinazione in generale; tuttavia, i singoli processi presentano alcuni rischi specifici.

Siti di estrazione mineraria

Sebbene in letteratura si presentino sporadici riferimenti al "polmone di bauxite", ci sono poche prove convincenti che una tale entità esista. Tuttavia, dovrebbe essere considerata la possibilità della presenza di silice cristallina nei minerali di bauxite.

Processo Bayer

L'ampio uso di soda caustica nel processo Bayer presenta frequenti rischi di ustioni chimiche della pelle e degli occhi. La disincrostazione dei serbatoi con martelli pneumatici è responsabile di una forte esposizione al rumore. I potenziali pericoli associati all'inalazione di dosi eccessive di ossido di alluminio prodotto in questo processo sono discussi di seguito.

Tutti i lavoratori coinvolti nel processo Bayer dovrebbero essere ben informati dei rischi associati alla manipolazione della soda caustica. In tutti i siti a rischio devono essere previste fontanelle lavaocchi e vasche con acqua corrente e docce a diluvio, con cartelli che ne spieghino l'uso. Devono essere forniti DPI (ad es. occhiali, guanti, grembiuli e stivali). Dovrebbero essere fornite docce e doppi armadietti (un armadietto per gli indumenti da lavoro, l'altro per gli indumenti personali) e tutti i dipendenti dovrebbero essere incoraggiati a lavarsi accuratamente alla fine del turno. Tutti i lavoratori che maneggiano metallo fuso devono essere forniti di visiere, respiratori, guanti, grembiuli, bracciali e ghette per proteggerli da ustioni, polvere e fumi. I lavoratori impiegati nel processo Gadeau a bassa temperatura dovrebbero essere forniti di guanti e tute speciali per proteggerli dai fumi di acido cloridrico sprigionati all'avvio delle celle; la lana ha dimostrato di avere una buona resistenza a questi fumi. Respiratori con cartucce di carbone o maschere impregnate di allumina offrono una protezione adeguata contro i fumi di pece e fluoro; maschere antipolvere efficienti sono necessarie per la protezione contro la polvere di carbone. I lavoratori con un'esposizione più grave a polveri e fumi, in particolare nelle operazioni di Soderberg, dovrebbero essere dotati di dispositivi di protezione respiratoria alimentati ad aria. Poiché il lavoro meccanizzato nella potroom viene eseguito a distanza da cabine chiuse, queste misure protettive diventeranno meno necessarie.

Riduzione elettrolitica

La riduzione elettrolitica espone i lavoratori a potenziali ustioni cutanee e incidenti dovuti a schizzi di metallo fuso, disturbi da stress termico, rumore, pericoli elettrici, criolite e fumi di acido fluoridrico. Le celle di riduzione elettrolitica possono emettere grandi quantità di polveri di fluoruro e allumina.

Nelle officine di produzione di elettrodi al carbonio, dovrebbero essere installate apparecchiature di ventilazione dei gas di scarico con filtri a maniche; l'involucro dell'attrezzatura per la macinazione della pece e del carbone riduce ulteriormente efficacemente l'esposizione a peci riscaldate e polveri di carbone. Controlli regolari sulle concentrazioni di polvere atmosferica dovrebbero essere effettuati con un dispositivo di campionamento adeguato. Gli esami radiografici periodici dovrebbero essere eseguiti sui lavoratori esposti alla polvere, e questi dovrebbero essere seguiti da esami clinici quando necessario.

Per ridurre il rischio di manipolazione della pece, il trasporto di questo materiale dovrebbe essere meccanizzato il più possibile (ad esempio, si possono utilizzare autocisterne riscaldate per trasportare la pece liquida allo stabilimento dove viene pompata automaticamente in serbatoi di pece riscaldata). Sono anche prudenti esami cutanei regolari per rilevare eritemi, epiteliomi o dermatiti e una protezione aggiuntiva può essere fornita da creme barriera a base di alginato.

I lavoratori che svolgono lavori a caldo dovrebbero essere istruiti prima dell'inizio della stagione calda per aumentare l'assunzione di liquidi e salare pesantemente il loro cibo. Essi ei loro supervisori dovrebbero anche essere addestrati a riconoscere i disturbi incipienti indotti dal caldo in se stessi e nei loro colleghi. Tutti coloro che lavorano qui dovrebbero essere addestrati a prendere le misure adeguate necessarie per prevenire l'insorgenza o la progressione dei disturbi da calore.

I lavoratori esposti a livelli di rumore elevati dovrebbero essere forniti di dispositivi di protezione dell'udito come tappi per le orecchie che consentano il passaggio del rumore a bassa frequenza (per consentire la percezione degli ordini) ma riducano la trasmissione del rumore intenso e ad alta frequenza. Inoltre, i lavoratori dovrebbero sottoporsi a regolari esami audiometrici per rilevare la perdita dell'udito. Infine, il personale dovrebbe anche essere addestrato per eseguire la rianimazione cardiopolmonare alle vittime di incidenti con scosse elettriche.

Il rischio di schizzi di metallo fuso e gravi ustioni è diffuso in molti siti negli impianti di riduzione e nelle operazioni associate. Oltre agli indumenti protettivi (p. es., guanti, grembiuli, ghette e visiere) dovrebbe essere proibito l'uso di indumenti sintetici, poiché il calore del metallo fuso fa sì che tali fibre riscaldate si fondano e aderiscano alla pelle, intensificando ulteriormente le ustioni cutanee.

Gli individui che utilizzano pacemaker cardiaci dovrebbero essere esclusi dalle operazioni di riduzione a causa del rischio di aritmie indotte dal campo magnetico.

Altri effetti sulla salute

I pericoli per i lavoratori, la popolazione generale e l'ambiente derivanti dall'emissione di gas, fumi e polveri contenenti fluoruro dovuti all'uso del flusso di criolite sono stati ampiamente segnalati (vedi tabella 1). Nei bambini che vivono in prossimità di fonderie di alluminio scarsamente controllate, sono stati segnalati gradi variabili di screziatura dei denti permanenti se l'esposizione si è verificata durante la fase di sviluppo della crescita dei denti permanenti. Tra i lavoratori delle fonderie prima del 1950, o dove è continuato il controllo inadeguato degli effluenti di fluoruro, sono stati osservati gradi variabili di fluorosi ossea. Il primo stadio di questa condizione consiste in un semplice aumento della densità ossea, particolarmente marcato nei corpi vertebrali e nel bacino. Man mano che il fluoruro viene ulteriormente assorbito nell'osso, si osserva la calcificazione dei legamenti del bacino. Infine, in caso di esposizione estrema e prolungata al fluoro, si nota la calcificazione delle strutture paraspinali e di altre strutture legamentose e delle articolazioni. Mentre quest'ultima fase è stata osservata nella sua forma più grave negli impianti di lavorazione della criolite, tali fasi avanzate sono state osservate raramente, se non mai, nei lavoratori delle fonderie di alluminio. Apparentemente i cambiamenti radiografici meno gravi nelle strutture ossee e legamentose non sono associati ad alterazioni della funzione architettonica o metabolica dell'osso. Con pratiche di lavoro appropriate e un adeguato controllo ventilatorio, ai lavoratori in tali operazioni di riduzione può essere prontamente impedito di sviluppare uno qualsiasi dei suddetti cambiamenti ai raggi X, nonostante 25 o 40 anni di tale lavoro. Infine, la meccanizzazione delle operazioni di potroom dovrebbe ridurre al minimo se non eliminare del tutto i pericoli associati al fluoruro.

Tabella 1. Input di materiali di processo e output di inquinamento per la fusione e la raffinazione dell'alluminio

Dall'inizio degli anni '1980 è stata definitivamente dimostrata una condizione simile all'asma tra i lavoratori delle potroom per la riduzione dell'alluminio. Questa aberrazione, denominata asma professionale associata alla fusione dell'alluminio (OAAAS), è caratterizzata da resistenza al flusso d'aria variabile, iperreattività bronchiale o entrambe e non è accelerata da stimoli al di fuori del posto di lavoro. I suoi sintomi clinici consistono in respiro sibilante, costrizione toracica e mancanza di respiro e tosse non produttiva che di solito sono ritardate di alcune ore dopo l'esposizione al lavoro. Il periodo di latenza tra l'inizio dell'esposizione lavorativa e l'inizio dell'OAAAS è molto variabile, da 1 settimana a 10 anni, a seconda dell'intensità e del carattere dell'esposizione. La condizione di solito migliora con l'allontanamento dal posto di lavoro dopo le vacanze e così via, ma diventerà più frequente e grave con le continue esposizioni lavorative.

Sebbene il verificarsi di questa condizione sia stato correlato con le concentrazioni potroom di fluoruro, non è chiaro se l'eziologia del disturbo derivi specificamente dall'esposizione a questo agente chimico. Data la complessa miscela di polveri e fumi (es. fluoruri particolati e gassosi, anidride solforosa, oltre a basse concentrazioni degli ossidi di vanadio, nichel e cromo) è più probabile che tali misure di fluoruri rappresentino un surrogato di questa complessa miscela di fumi, gas e particolato trovati nelle potrooms.

Al momento sembra che questa condizione faccia parte di un gruppo sempre più importante di malattie professionali: l'asma professionale. Il processo causale che risulta in questo disturbo è determinato con difficoltà in un singolo caso. Segni e sintomi di OAAAS possono derivare da: asma allergico preesistente, iperreattività bronchiale aspecifica, sindrome da disfunzione reattiva delle vie aeree (RADS) o vera asma professionale. La diagnosi di questa condizione è attualmente problematica e richiede una storia compatibile, la presenza di limitazione variabile del flusso aereo o, in sua assenza, la produzione di iperreattività bronchiale indotta farmacologicamente. Ma se quest'ultimo non è dimostrabile, questa diagnosi è improbabile. (Tuttavia, questo fenomeno può eventualmente scomparire dopo che il disturbo si è attenuato con l'allontanamento dalle esposizioni lavorative.)

Dal momento che questo disturbo tende a diventare progressivamente più grave con l'esposizione continua, gli individui affetti di solito devono essere allontanati dalle esposizioni lavorative continue. Mentre gli individui con asma atopico preesistente dovrebbero inizialmente essere limitati dalle celle di riduzione dell'alluminio, l'assenza di atopia non può prevedere se questa condizione si verificherà in seguito a esposizioni lavorative.

Ci sono attualmente rapporti che suggeriscono che l'alluminio può essere associato a neurotossicità tra i lavoratori impegnati nella fusione e saldatura di questo metallo. È stato chiaramente dimostrato che l'alluminio viene assorbito attraverso i polmoni ed escreto nelle urine a livelli superiori al normale, in particolare nei lavoratori delle celle di riduzione. Tuttavia, gran parte della letteratura riguardante gli effetti neurologici in tali lavoratori deriva dalla presunzione che l'assorbimento di alluminio provochi neurotossicità umana. Di conseguenza, fino a quando tali associazioni non saranno dimostrabili in modo più riproducibile, la connessione tra alluminio e neurotossicità occupazionale deve essere considerata speculativa in questo momento.

A causa della necessità occasionale di consumare più di 300 kcal/h durante la sostituzione degli anodi o l'esecuzione di altri lavori faticosi in presenza di criolite fusa e alluminio, durante i periodi di clima caldo si possono osservare disordini termici. È più probabile che tali episodi si verifichino quando il tempo cambia inizialmente da condizioni estive moderate a calde e umide. Inoltre, le pratiche di lavoro che comportano un cambio di anodi accelerato o l'impiego in due turni di lavoro successivi durante la stagione calda predisporranno anche i lavoratori a tali disturbi dovuti al calore. I lavoratori non adeguatamente acclimatati al calore o fisicamente condizionati, il cui apporto di sale è inadeguato o che hanno malattie intercorrenti o recenti sono particolarmente inclini allo sviluppo di colpi di calore e/o crampi da calore durante l'esecuzione di tali compiti ardui. Il colpo di calore si è verificato, ma raramente, tra i lavoratori delle fonderie di alluminio, ad eccezione di quelli con note alterazioni di salute predisponenti (p. es., alcolismo, invecchiamento).

È stato dimostrato che l'esposizione agli aromatici policiclici associati alla respirazione di fumi di pece e particolato pone il personale delle cellule di riduzione di tipo Soderberg in particolare a un rischio eccessivo di sviluppare il cancro della vescica urinaria; l'eccesso di rischio di cancro è meno consolidato. Si presume che anche i lavoratori negli impianti di elettrodi di carbonio in cui vengono riscaldate miscele di coke riscaldato e catrame siano a rischio. Tuttavia, dopo che gli elettrodi sono stati cotti per diversi giorni a circa 1,200 °C, i composti aromatici policiclici sono praticamente totalmente combusti o volatilizzati e non sono più associati a tali anodi o catodi. Pertanto, le cellule di riduzione che utilizzano elettrodi precotti non hanno dimostrato chiaramente di presentare un rischio eccessivo di sviluppo di questi disturbi maligni. È stato suggerito che altre neoplasie (p. es., leucemia non granulocitica e tumori cerebrali) si verifichino negli interventi di riduzione dell'alluminio; al momento tali prove sono frammentarie e incoerenti.

In prossimità delle celle elettrolitiche, l'utilizzo di rompicrosta pneumatici nelle potroom produce livelli di rumorosità dell'ordine di 100 dBA. Le celle di riduzione elettrolitica sono alimentate in serie da un'alimentazione di corrente a bassa tensione e ad alto amperaggio e, di conseguenza, i casi di scosse elettriche non sono generalmente gravi. Tuttavia, nella centrale elettrica, nel punto in cui l'alimentazione ad alta tensione si unisce alla rete di collegamento in serie del potroom, possono verificarsi gravi incidenti dovuti a scosse elettriche, in particolare poiché l'alimentazione elettrica è una corrente alternata ad alta tensione.

Poiché sono state sollevate preoccupazioni per la salute in merito alle esposizioni associate ai campi di potenza elettromagnetica, l'esposizione dei lavoratori in questo settore è stata messa in discussione. Si deve riconoscere che l'energia fornita alle celle di riduzione elettrolitica è in corrente continua; di conseguenza, i campi elettromagnetici generati nelle potrooms sono prevalentemente di tipo statico o standing field. Tali campi, contrariamente ai campi elettromagnetici a bassa frequenza, hanno dimostrato ancor meno facilmente di esercitare effetti biologici coerenti o riproducibili, sia sperimentalmente che clinicamente. Inoltre, i livelli di flusso dei campi magnetici misurati nelle odierne stanze delle celle sono comunemente trovati entro i valori limite di soglia provvisori attualmente proposti per i campi magnetici statici, sub-radiofrequenza e campi elettrici statici. L'esposizione a campi elettromagnetici a bassissima frequenza si verifica anche negli impianti di abbattimento, soprattutto alle estremità di questi locali adiacenti alle sale raddrizzatori. Tuttavia, i livelli di flusso riscontrati nelle potroom vicine sono minimi, ben al di sotto degli standard attuali. Infine, prove epidemiologiche coerenti o riproducibili di effetti avversi sulla salute dovuti ai campi elettromagnetici negli impianti di riduzione dell'alluminio non sono state dimostrate in modo convincente.

Fabbricazione di elettrodi

I lavoratori a contatto con i fumi di pece possono sviluppare eritema; l'esposizione alla luce solare induce fotosensibilizzazione con aumento dell'irritazione. Casi di tumori cutanei localizzati si sono verificati tra gli addetti agli elettrodi al carbonio dove veniva praticata un'igiene personale inadeguata; dopo l'escissione e il cambio di lavoro di solito non si nota un'ulteriore diffusione o recidiva. Durante la fabbricazione dell'elettrodo si possono generare notevoli quantità di polvere di carbone e di pece. Laddove tali esposizioni alla polvere sono state gravi e non adeguatamente controllate, ci sono state segnalazioni occasionali secondo cui i produttori di elettrodi al carbonio possono sviluppare una semplice pneumoconiosi con enfisema focale, complicata dallo sviluppo di massicce lesioni fibrotiche. Sia la pneumoconiosi semplice che quella complicata sono indistinguibili dalla corrispondente condizione di pneumoconiosi dei lavoratori del carbone. La macinazione del coke nei mulini a sfere produce livelli di rumorosità fino a 100 dBA.

Nota del redattore: L'industria della produzione di alluminio è stata classificata come causa nota di gruppo 1 di tumori umani dall'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC). Una varietà di esposizioni è stata associata ad altre malattie (ad es. "asma da potroom") che sono descritte altrove in questo documento Enciclopedia.

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