水曜日、16月2011 21:05

アルミニウム製錬

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プロセスの概要

ボーキサイトは露天掘りで採掘されます。 より豊富な鉱石は、採掘されたものとして使用されます。 低品位の鉱石は、破砕および洗浄して粘土とシリカの廃棄物を除去することで選鉱することができます。 金属の製造は、次の XNUMX つの基本的なステップで構成されます。

  1. 精錬. バイヤー法によるボーキサイトからのアルミナの製造。この方法では、ボーキサイトは苛性ソーダの強い溶液中で高温高圧で消化されます。 得られた水和物は結晶化され、キルンまたは流動床か焼炉で酸化物にか焼されます。
  2. 削減. 炭素電極と氷晶石フラックスを使用した Hall-Heroult 電解プロセスを使用した、アルミナのバージン アルミニウム金属への還元。

 

実験的開発は、将来、鉱石からの直接還元によってアルミニウムが金属に還元される可能性があることを示唆しています。

現在使用されている Hall-Heroult 電解セルには、主に XNUMX つのタイプがあります。 いわゆる「プリベーク」プロセスは、以下に示すように製造された電極を利用します。 このような製錬所では、多環式炭化水素への暴露は通常、電極製造施設で発生し、特にミキシングミルや成形プレス中に発生します。 Soderberg 型セルを利用する製錬所は、焼き付け炭素アノードを製造するための設備を必要としません。 むしろ、コークスとピッチ結合剤の混合物はホッパーに入れられ、その下端は氷晶石とアルミナの溶融浴混合物に浸されます。 ピッチとコークスの混合物がセル内の溶融金属氷晶石浴によって加熱されると、この混合物は焼き付けられて硬いグラファイト塊になります。 その場で。 金属棒は、直流電流の導体として陽極塊に挿入されます。 これらのロッドは定期的に交換する必要があります。 これらを抽出する際に、かなりの量のコール タール ピッチ揮発性物質が細胞室環境に放出されます。 この曝露に、ピッチコークス塊の焼成が進行するにつれて生成されるピッチ揮発物が追加される。

過去 XNUMX 年間、産業界は既存の Soderberg 型還元施設を取り替えないか、それらが提示する発がん性の危険性の結果として変更する傾向にありました。 さらに、還元セルの操作、特に陽極の交換の自動化が進むにつれて、作業は密閉された機械式クレーンからより一般的に実行されます。 その結果、現代の施設では、労働者の曝露とアルミニウム製錬に関連する障害を発症するリスクが徐々に減少しています。 対照的に、適切な資本投資がすぐに利用できない経済では、古い手動操作の還元プロセスの存続により、以前はアルミニウム還元プラントに関連していた職業障害(以下を参照)のリスクが引き続き存在します。 実際、この傾向は、特に年をとるにつれて、そのような古くて改善されていない操作でより悪化する傾向があります.

カーボン電極の製造

純金属へのプレベーク電解還元に必要な電極は、通常、このタイプのアルミニウム製錬プラントに関連する施設によって作られます。 アノードとカソードは、ほとんどの場合、粉砕された石油由来のコークスとピッチの混合物から作られています。 コークスは最初にボール ミルで粉砕され、次に搬送されてピッチと機械的に混合され、最後に成形プレスでブロックに鋳造されます。 次に、これらの陽極または陰極ブロックをガス燃焼炉で数日間加熱し、実質的にすべての揮発性物質を除去した硬い黒鉛塊を形成します。 最後に、それらは陽極ロッドに取り付けられるか、陰極バーを受け入れるために鋸歯状に溝が付けられます。

このような電極を形成するために使用されるピッチは、石炭または石油タールから得られる留出物を表すことに注意すべきである。 加熱によるこのタールのピッチへの変換では、最終的なピッチ生成物は、本質的にすべての低沸点無機物 (SOなど) を沸騰させます。2、脂肪族化合物、およびXNUMX環およびXNUMX環の芳香族化合物。 したがって、そのようなピッチは、石炭または石油タールと同じ危険性を示すべきではありません。なぜなら、これらのクラスの化合物は存在してはならないからです。 このようなピッチ製品の発がん性は、石炭の不完全燃焼に関連するタールやその他の揮発性物質のより複雑な混合物ほど大きくない可能性があるといういくつかの兆候があります.

危険とその防止

アルミニウムの製錬プロセスにおける危険性と防止策は、基本的に一般的な製錬および精製に見られるものと同じです。 ただし、個々のプロセスには特定の危険性があります。

鉱業

文献では散発的に「ボーキサイト肺」への言及が見られますが、そのような実体が存在するという説得力のある証拠はほとんどありません。 ただし、ボーキサイト鉱石に結晶性シリカが存在する可能性を考慮する必要があります。

バイエル法

バイエル法で苛性ソーダを多用すると、皮膚や目の化学火傷のリスクが頻繁に生じます。 空気圧ハンマーによるタンクのスケール除去は、深刻な騒音にさらされる原因となります。 このプロセスで生成される酸化アルミニウムの過剰量の吸入に関連する潜在的な危険性については、以下で説明します。

バイエル プロセスに関与するすべての作業者は、苛性ソーダの取り扱いに伴う危険性について十分な知識を持っている必要があります。 危険にさらされているすべてのサイトでは、流水と大洪水シャワーを備えた洗眼噴水と洗面器を提供し、その使用方法を説明する通知を付ける必要があります。 PPE (ゴーグル、手袋、エプロン、ブーツなど) を用意する必要があります。 シャワーとダブル ロッカー (XNUMX つは作業服用、もう XNUMX つは私服用) を用意し、すべての従業員がシフトの最後に徹底的に洗うことを奨励する必要があります。 溶融金属を扱うすべての労働者には、火傷、ほこり、煙から保護するために、バイザー、マスク、ガントレット、エプロン、アームレット、スパッツを支給する必要があります。 ガドー低温プロセスで雇用されている作業者には、セルの起動時に発生する塩酸ガスから保護するための特別な手袋とスーツを提供する必要があります。 ウールは、これらの煙に対して優れた耐性を持っていることが証明されています. チャコールカートリッジまたはアルミナ含浸マスクを備えたマスクは、ピッチおよびフッ素の煙に対して適切な保護を提供します。 炭素粉塵からの保護には、効率的な防塵マスクが必要です。 特にソダーバーグの作業で、より深刻な粉塵や煙にさらされる作業員には、空気供給式の呼吸保護具を提供する必要があります。 機械化されたポットルームの作業は、密閉されたキャビンからリモートで実行されるため、これらの保護対策は必要なくなります。

電解還元

電解還元は、溶融金属の飛沫、熱ストレス障害、騒音、電気的危険、氷晶石およびフッ化水素酸の煙による皮膚の火傷や事故の可能性に労働者をさらします。 電解還元セルは、フッ化物とアルミナの粉塵を大量に放出する可能性があります。

炭素電極製造工場では、バグフィルター付きの排気換気装置を設置する必要があります。 ピッチおよびカーボン粉砕装置のエンクロージャーは、加熱されたピッチおよびカーボンダストへの暴露をさらに効果的に最小限に抑えます。 適切なサンプリング装置を使用して、大気中の粉塵濃度を定期的にチェックする必要があります。 粉塵にさらされた労働者には定期的な X 線検査を実施し、必要に応じて臨床検査を実施する必要があります。

ピッチを取り扱うリスクを軽減するために、この材料の輸送は可能な限り機械化する必要があります (たとえば、加熱されたロード タンカーを使用して、加熱されたピッチ タンクに自動的にポンプで送られる工場に液体ピッチを輸送することができます)。 紅斑、上皮腫または皮膚炎を検出するための定期的な皮膚検査も慎重であり、アルギン酸ベースのバリアクリームによって追加の保護を提供できます.

暑い仕事をしている労働者は、暑い天候が始まる前に、水分摂取量を増やし、食べ物に塩分を多くするように指示されるべきです. 彼らとその監督者は、自分自身と同僚の初期の熱による障害を認識するように訓練する必要があります. ここで働くすべての人は、熱中症の発生または進行を防ぐために必要な適切な措置を講じるように訓練する必要があります。

高い騒音レベルにさらされる労働者には、耳栓などの聴覚保護具を提供する必要があります。これは、低周波騒音の通過を可能にし(命令を認識できるようにするため)、強烈な高周波騒音の伝達を低減します。 さらに、労働者は聴覚障害を検出するために定期的な聴力検査を受ける必要があります。 最後に、人員は感電事故の犠牲者に心肺蘇生を行うように訓練する必要があります。

溶融金属の飛散や重度の火傷の可能性は、還元プラントおよび関連する操作の多くの場所で広まっています。 防護服(ガントレット、エプロン、スパッツ、フェイスバイザーなど)に加えて、合成繊維の着用は禁止されるべきである。これは、溶融金属の熱がそのような加熱された繊維を溶かして皮膚に付着させ、皮膚の火傷をさらに悪化させるからである.

心臓ペースメーカーを使用している個人は、磁場によって引き起こされる不整脈のリスクがあるため、整復手術から除外する必要があります。

その他の健康への影響

氷晶石フラックスの使用によるフッ化物含有ガス、煙、粉塵の放出による労働者、一般住民、および環境への危険性が広く報告されています (表 1 を参照)。 管理の行き届いていないアルミニウム製錬所の近くに住んでいる子供では、永久歯の成長の発達段階で曝露が発生した場合、永久歯のさまざまな程度のまだら模様が報告されています。 1950 年以前の製錬所の労働者、またはフッ化物排出の不適切な管理が続いていた場所では、さまざまな程度の骨のフッ素症が見られました。 この状態の最初の段階は、骨密度の単純な増加であり、特に椎体と骨盤で顕著です。 フッ化物がさらに骨に吸収されると、次に骨盤の靭帯の石灰化が見られます。 最後に、フッ化物への極度かつ長期にわたる暴露の場合、傍脊柱および他の靭帯構造ならびに関節の石灰化が認められる. この最終段階は、氷晶石処理工場で深刻な形で見られますが、そのような高度な段階は、アルミニウム製錬所の労働者で見られることはめったにありません. 明らかに、骨および靭帯構造のそれほど深刻ではないX線変化は、骨の構築機能または代謝機能の変化とは関連していません. 適切な作業慣行と十分な換気制御により、このような整復作業に従事する作業員は、25 年から 40 年の作業にもかかわらず、前述の X 線の変化を容易に防ぐことができます。 最後に、ポットルーム操作の機械化は、フッ化物関連の危険を完全に排除しないまでも最小限に抑える必要があります.

表 1. アルミニウムの製錬および精製におけるプロセス材料のインプットと汚染のアウトプット

プロセス

材料投入

大気への排出

プロセス廃棄物

その他の廃棄物

ボーキサイト精錬

ボーキサイト、水酸化ナトリウム

微粒子、苛性/水
蒸気

 

ケイ素、鉄、チタン、酸化カルシウム、苛性アルカリを含む残留物

アルミナの清澄化と沈殿

アルミナスラリー、澱粉、水

 

でんぷん、砂、苛性を含む廃水

 

アルミナ焼成

アルミニウム水和物

微粒子と水蒸気

   

一次電解
アルミ製錬

アルミナ、炭素陽極、電解セル、氷晶石

フッ化物—ガス状および粒子状の両方、二酸化炭素、二酸化硫黄、一酸化炭素、C2F6 ,CF4 および過フッ素化炭素 (PFC)

 

使用済みポットライナー

 

1980 年代初頭以来、アルミニウム削減ポットルームの労働者の間で喘息のような状態が明確に示されてきました。 アルミニウム製錬に伴う職業性喘息 (OAAAS) と呼ばれるこの異常は、気流抵抗の変化、気管支過敏性、またはその両方によって特徴付けられ、職場外の刺激によって引き起こされることはありません。 その臨床症状は、喘鳴、胸の圧迫感、息切れ、非生産的な咳で構成され、通常、仕事にさらされてから数時間遅れて現れます。 作業曝露の開始から OAAAS の発症までの潜伏期間は、曝露の強度と特徴に応じて、1 週間から 10 年の範囲で大きく変動します。 この状態は、通常、休暇などの後に職場から退去することで改善されますが、継続して仕事にさらされると、より頻繁になり、重症化します。

この状態の発生は、ポットルームのフッ化物濃度と相関していますが、この障害の病因が特にこの化学物質への曝露から生じるかどうかは明らかではありません. 粉塵と煙霧の複雑な混合物 (例えば、粒子状およびガス状のフッ化物、二酸化硫黄、さらに低濃度のバナジウム、ニッケル、クロムの酸化物) を考えると、そのようなフッ化物の測定値は、煙霧のこの複雑な混合物の代理を表している可能性が高くなります。ポットルームで見つかったガスや微粒子。

現在、この状態はますます重要な職業病グループの XNUMX つであると思われます: 職業性喘息。 この障害をもたらす因果プロセスは、個々のケースでは困難に決定されます。 OAAAS の徴候および症状は、既存のアレルギー性喘息、非特異的気管支過敏症、反応性気道機能不全症候群 (RADS)、または真の職業性喘息に起因する可能性があります。 この状態の診断は現在問題があり、互換性のある病歴、可変的な気流制限の存在、またはそれがない場合の薬理学的に誘発された気管支過敏症の生成が必要です。 しかし、後者が証明できない場合、この診断はありそうにありません。 (ただし、この現象は、仕事から離れて障害が治まると、最終的には消える可能性があります。)

この障害は、曝露が続くと次第に重症化する傾向があるため、影響を受けた個人は、ほとんどの場合、継続的な作業曝露から除外する必要があります。 アトピー性喘息の既往症のある人は、最初はアルミニウム削減セルルームから制限する必要がありますが、アトピーがないからといって、作業曝露後にこの状態が発生するかどうかを予測することはできません.

現在、アルミニウムは、この金属の製錬および溶接に従事する労働者の間で神経毒性に関連している可能性があることを示唆する報告があります. アルミニウムが肺を介して吸収され、通常よりも高いレベルで尿中に排泄されることが明確に示されています。 しかし、そのような労働者の神経学的影響に関する文献の多くは、アルミニウムの吸収がヒトの神経毒性をもたらすという推定に由来しています. したがって、そのような関連性がより再現可能に実証されるまで、アルミニウムと職業上の神経毒性との関係は、現時点では推測の域を出ないものと見なされなければなりません.

陽極の交換や溶融氷晶石やアルミニウムの存在下でのその他の精力的な作業を行う過程で時折 300 kcal/h を超える消費が必要になるため、暑い時期には熱障害が見られることがあります。 このようなエピソードは、天候が最初に穏やかな状態から夏の高温多湿の状態に変化するときに発生する可能性が最も高くなります. さらに、暑い時期に陽極交換を早めたり、XNUMX 回連続して作業シフトを行ったりする労働慣行も、労働者をこのような熱障害にかかりやすくします。 熱順応が不十分な労働者や体調管理が不十分な労働者、塩分摂取量が不十分な労働者、または併発または最近の病気にかかっている労働者は、そのような困難な作業を行っている間に特に熱疲労および/または熱けいれんを発症しやすい. 熱中症は、アルミニウム製錬所の労働者の間で発生していますが、素因となる健康上の変化(例えば、アルコール依存症、加齢)があることが知られている労働者を除いて、めったにありません。

ピッチフュームや微粒子の呼吸に関連する多環式芳香族への曝露は、特にソダーバーグタイプの還元セル職員を膀胱癌を発症する過度のリスクにさらすことが実証されています。 過剰ながんリスクはあまり確立されていません。 加熱されたコークスとタールの混合物が加熱される炭素電極プラントの労働者も、そのような危険にさらされていると想定されています。 しかし、電極が約 1,200 °C で数日間焼き付けられた後、多環式芳香族化合物は実質的に完全に燃焼または揮発し、そのような陽極または陰極に関連付けられなくなります。 したがって、プリベークされた電極を使用する還元セルは、これらの悪性疾患の発症の過度のリスクを提示することが明確に示されていません。 その他の新生物形成 (例えば、非顆粒球性白血病や脳腫瘍) は、アルミニウム削減作業で発生することが示唆されています。 現在、そのような証拠は断片的で一貫性がありません。

電解セルの近くでは、ポットルームで空気圧クラストブレーカーを使用すると、100 dBA のオーダーの騒音レベルが発生します。 電解還元セルは、低電圧高アンペア電流供給から直列に作動するため、通常、感電のケースは深刻ではありません。 ただし、高電圧電源がポットルームの直列接続ネットワークに接続するポイントの発電所では、特に電源が交流の高電圧電流であるため、深刻な感電事故が発生する可能性があります。

電磁界に関連するばく露に関して健康上の懸念が提起されているため、この業界の労働者のばく露が疑問視されています。 電解還元セルに供給される電力は直流であることを認識しなければなりません。 したがって、ポットルームで生成される電磁場は、主に静的または定常場タイプです。 そのような電磁界は、低周波電磁界とは対照的に、実験的または臨床的に、一貫したまたは再現可能な生物学的効果を発揮することがさらに容易ではありません。 さらに、現在の細胞室で測定された磁場の磁束レベルは、現在提案されている静磁場、サブ無線周波数、および静電場の暫定的なしきい値制限値内にあることが一般的にわかっています。 超低周波電磁場への曝露は還元プラントでも発生し、特に整流器室に隣接するこれらの部屋の遠端で発生します。 ただし、近くのポットルームで見られるフラックス レベルは最小限であり、現在の基準をはるかに下回っています。 最後に、アルミニウム還元プラントにおける電磁界による健康への悪影響の一貫した、または再現可能な疫学的証拠は、説得力のある形で証明されていません。

電極製造

ピッチガスに接触した労働者は、紅斑を発症することがあります。 日光にさらされると、刺激が増した光感作が誘発されます。 局所的な皮膚腫瘍の症例は、不十分な個人衛生が実践された炭素電極作業員の間で発生しました。 切除および転職後、通常、それ以上の広がりや再発は見られません。 電極の製造中に、かなりの量の炭素とピッチの粉が発生する可能性があります。 このような粉塵への暴露が深刻で不十分に管理されている場合、炭素電極メーカーが限局性肺気腫を伴う単純なじん肺を発症し、大規模な線維性病変の発症を合併する可能性があるという報告が時折あります。 単純塵肺も複雑塵肺も、石炭労働者の塵肺の対応する状態と見分けがつかない。 ボール ミルでコークスを粉砕すると、最大 100 dBA の騒音レベルが発生します。

編集者注: アルミニウム製造産業は、国際がん研究機関 (IARC) によって、既知のヒトがんの原因グループ 1 に分類されています。 さまざまな暴露が、本書の他の箇所で説明されている他の疾患 (例えば、「ポットルーム喘息」) に関連しています。 百科事典.

 

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読む 14111 <font style="vertical-align: inherit;">回数</font> 最終更新日: 10 年 2011 月 23 日水曜日 13:XNUMX

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内容

金属加工および金属加工業界のリファレンス

Buonicore、AJ、および WT Davis (eds.)。 1992. 大気汚染工学マニュアル。 ニューヨーク: Van Nostrand Reinhold/Air and Waste Management Association.

環境保護庁 (EPA)。 1995 年。非鉄金属産業のプロフィール。 EPA/310-R-95-010。 ワシントン DC: EPA。

国際がん研究協会 (IARC)。 1984年。ヒトに対する発がんリスクの評価に関するモノグラフ。 巻。 34. リヨン: IARC.

Johnson A、CY Moira、L MacLean、E Atkins、A Dybunico、F Cheng、D Enarson。 1985. 鉄鋼業の労働者の呼吸器異常。 Brit J Ind Med 42:94–100.

クローネンバーグ RS、JC レビン、RF ドッドソン、JGN ガルシア、DE グリフィス。 1991. 製鉄所とガラスびん製造工場の従業員におけるアスベスト関連疾患。 Ann NY Acad Sci 643:397–403.

ランドリガン、PJ、MG チェルニアック、FA ルイス、LR カトレット、RW ホーナング。 1986年。ねずみ鋳鉄工場での珪肺症。 古代の病気の持続。 Scand J Work Environ Health 12:32–39.

国立労働安全衛生研究所 (NIOSH)。 1996. 推奨基準の基準: 金属加工液への職業暴露。 オハイオ州シンシナティ: NIOSH.

パルヘタ、D、A テイラー。 1995. ブラジルのアマゾン地域の金採掘地域からの環境および生物学的サンプル中の水銀。 全体環境の科学 168:63-69。

トーマス、PR、D クラーク。 1992年 振動白指とデュピュイトラン拘縮:関係あるのか? Occup Med 42(3):155–158.