81. Электроприборы и оборудование
Редактор глав: Н. А. Смит
Общий Профиль
Н. А. Смит
Производство свинцово-кислотных аккумуляторов
Барри П. Келли
батареи
Н. А. Смит
Производство электрических кабелей
Дэвид А. О'Мэлли
Производство электрических ламп и трубок
Альберт М. Зелински
Производство бытовой электротехники
Н. А. Смит и В. Клост
Вопросы окружающей среды и общественного здравоохранения
Питтман, Александр
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Состав обычных батарей
2. Производство: бытовые электроприборы
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
82. Металлообрабатывающая и металлообрабатывающая промышленность.
Редактор глав: Майкл Макканн
Плавка и рафинирование
Пекка Рото
Выплавка и рафинирование меди, свинца и цинка
Выплавка и рафинирование алюминия
Бертрам Д. Динман
Плавка и аффинаж золота
И. Д. Гадаскина и Л. Рызик
Литейные цеха
Франклин Э. Мирер
Ковка и штамповка
Роберт М. Парк
Сварка и термическая резка
Филип А. Платкоу и Г. С. Линдон
Токарные станки
Тони Ретч
Шлифовка и полировка
К. Велиндер
Промышленные смазочные материалы, жидкости для металлообработки и автомобильные масла
Ричард С. Краус
Поверхностная обработка металлов
Дж. Г. Джонс, Дж. Р. Беван, Дж. А. Кэттон, А. Зобер, Н. Фиш, К. М. Морс, Г. Томас, М. А. Эль Кадим и Филип А. Платкоу
Восстановление металла
Мелвин Э. Кэссиди и Ричард Д. Рингенвальд-младший.
Экологические проблемы в отделке металлов и промышленных покрытиях
Стюарт Форбс
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Входы и выходы для плавки меди
2. Входы и выходы для плавки свинца
3. Входы и выходы для плавки цинка
4. Входы и выходы для плавки алюминия
5. Типы литейных печей
6. Входы технологических материалов и выходы загрязнения
7. Сварочные процессы: описание и опасности
8. Краткое описание опасностей
9. Элементы управления для алюминия, по операциям
10. Контроль меди по операциям
11. Контроль свинца по операциям
12. Контроль цинка по операциям
13. Контроль магния по операциям
14. Контроль ртути по операциям
15. Контроль никеля по операциям
16. Контроль драгоценных металлов
17. Контроль кадмия по операциям
18. Контроль селена по операциям
19. Контроль кобальта по операциям
20. Контроль олова по операциям
21. Элементы управления для титана, по операциям
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
83. Микроэлектроника и полупроводники
Редактор глав: Майкл Э. Уильямс
Общий Профиль
Майкл Э. Уильямс
Производство кремниевых полупроводников
Дэвид Г. Болдуин, Джеймс Р. Рубин и Афсане Джерами
Жидкокристаллические дисплеи
Дэвид Г. Болдуин, Джеймс Р. Рубин и Афсане Джерами
Производство полупроводников III-V
Дэвид Г. Болдуин, Афсане Джерами и Джеймс Р. Рубин
Печатная плата и сборка компьютера
Майкл Э. Уильямс
Воздействие на здоровье и модели заболеваний
Дональд В. Ласситер
Вопросы окружающей среды и общественного здравоохранения
Корки Чу
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Системы фоторезистов
2. Инструмент для снятия фоторезиста
3. Мокрые химические травители
4. Газы для плазменного травления и травленые материалы
5. Добавки для формирования соединения для диффузии
6. Основные категории кремниевой эпитаксии
7. Основные категории ССЗ
8. Чистка плоскопанельных дисплеев
9. Процесс PWB: окружающая среда, здоровье и безопасность
10. Производство и контроль отходов PWB
11. Производство и контроль отходов ПХД
12. Образование отходов и контроль
13. Матрица приоритетных потребностей
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
84. Стекло, керамика и сопутствующие материалы.
Редакторы глав: Джоэл Бендер и Джонатан П. Хеллерштейн
Стекло, керамика и родственные материалы
Джонатан П. Хеллерштейн, Джоэл Бендер, Джон Г. Хэдли и Чарльз М. Хохман
Практический пример: оптические волокна
Джордж Р. Осборн
Практический пример: синтетические драгоценные камни
Василий Дельфин
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Типичные составляющие тела
2. Производственные процессы
3. Отдельные химические добавки
4. Использование огнеупоров в промышленности США
5. Потенциальные угрозы здоровью и безопасности
6. Несмертельные профессиональные травмы и заболевания
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
85. Полиграфия, фотография и репродукция.
Редактор главы: Дэвид Ричардсон
Печать и публикации
Гордон С. Миллер
Услуги по воспроизведению и тиражированию
Роберт В. Килппер
Проблемы со здоровьем и модели заболеваний
Барри Р. Фридлендер
Обзор экологических проблем
Дэниел Р. Инглиш
Коммерческие фотолаборатории
Дэвид Ричардсон
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Экспозиции в полиграфической промышленности
2. Печать торговых рисков смертности
3. Химическое воздействие при обработке
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
86. Деревообработка
Редактор главы: Джон Пэриш
Общий Профиль
Дебра Осински
Процессы деревообработки
Джон К. Пэриш
Маршрутизаторы
Победить Вегмюллера
Строгальные станки по дереву
Победить Вегмюллера
Воздействие на здоровье и модели заболеваний
Леон Дж. Уоршоу
Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.
1. Ядовитые, аллергенные и биологически активные породы древесины
Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.
Обзор сектора
Электрооборудование включает в себя широкий спектр устройств. Было бы невозможно включить информацию обо всех единицах оборудования, поэтому данная глава будет ограничена охватом продукции некоторых основных отраслей промышленности. В производстве такого оборудования участвуют многочисленные процессы. В этой главе обсуждаются опасности, с которыми могут столкнуться лица, работающие на производстве аккумуляторов, электрических кабелей, электрических ламп и общего бытового электрооборудования. Он концентрируется на электрическом оборудовании; электронное оборудование подробно обсуждается в главе Микроэлектроника и полупроводники.
Эволюция отрасли
Новаторское открытие электромагнитной индукции сыграло важную роль в развитии современной электротехнической промышленности. Открытие электрохимического эффекта привело к разработке аккумуляторов как средства питания электрооборудования от портативных источников питания с использованием систем постоянного тока. Когда были изобретены устройства, работающие от сети, потребовалась система передачи и распределения электроэнергии, что привело к появлению гибких электрических проводников (кабелей).
Ранние формы искусственного освещения (например, угольная дуга и газовое освещение) были вытеснены лампой накаливания (первоначально с угольной нитью накаливания, выставленной Джозефом Суоном в Англии в январе 1879 г.). Лампа накаливания должна была пользоваться беспрецедентной монополией в бытовом, коммерческом и промышленном применении до начала Второй мировой войны, на которой была представлена люминесцентная лампа. Другие формы газоразрядного освещения, все из которых основаны на прохождении электрического тока через газ или пар, впоследствии были разработаны и нашли множество применений в торговле и промышленности.
Другие электроприборы во многих областях (например, аудиовизуальные, обогревательные, кулинарные и холодильные) постоянно развиваются, и ассортимент таких устройств увеличивается. Это характерно для введения спутникового телевидения и микроволновой плиты.
Хотя наличие и доступность сырья оказали значительное влияние на развитие промышленности, расположение отраслей не обязательно определялось расположением источников сырья. Сырье часто обрабатывается третьей стороной, прежде чем оно будет использовано для сборки электроприборов и оборудования.
Характеристики рабочей силы
Навыки и опыт, которыми обладают те, кто сейчас работает в отрасли, отличаются от тех, которыми обладала рабочая сила в прежние годы. Оборудование, используемое в производстве и изготовлении аккумуляторов, кабелей, ламп и бытовых электроприборов, высоко автоматизировано.
Во многих случаях те, кто в настоящее время работает в отрасли, нуждаются в специальной подготовке для выполнения своей работы. Командная работа является важным фактором в отрасли, поскольку многие процессы включают системы производственных линий, где работа отдельных лиц зависит от работы других.
Постоянно растущее число производственных процессов, связанных с производством электроприборов, зависит от той или иной формы компьютеризации. Поэтому необходимо, чтобы рабочая сила была знакома с компьютерными технологиями. Это может не представлять каких-либо проблем для молодых сотрудников, но у пожилых работников может не быть опыта работы с компьютером, и вполне вероятно, что им потребуется переподготовка.
Экономическое значение отрасли
Некоторые страны получают больше выгоды от производства электроприборов и оборудования, чем другие. Промышленность имеет экономическое значение для тех стран, из которых добывается сырье, и для тех, в которых производится сборка и/или производство конечной продукции. Сборка и строительство происходят во многих странах.
Сырье не имеет бесконечной доступности. Выброшенное оборудование следует по возможности использовать повторно. Однако затраты, связанные с восстановлением тех частей выброшенного оборудования, которые могут быть использованы повторно, в конечном итоге могут оказаться непомерно высокими.
Адаптировано из 3-го издания, Энциклопедия охраны труда и техники безопасности.
При производстве и аффинаже металлов ценные компоненты отделяются от бесполезного материала в ходе ряда различных физических и химических реакций. Конечным продуктом является металл, содержащий контролируемое количество примесей. При первичной плавке и рафинировании металлы получают непосредственно из рудных концентратов, а при вторичной плавке и рафинировании металлы получают из лома и технологических отходов. К лому относятся куски металлических деталей, прутки, стружка, листы и проволока, не соответствующие техническим требованиям или изношенные, но пригодные для вторичной переработки (см. статью «Регенерация металла» в этой главе).
Обзор процессов
Две технологии извлечения металлов обычно используются для производства рафинированных металлов: пирометаллургический и гидрометаллургический. Пирометаллургические процессы используют тепло для отделения нужных металлов от других материалов. В этих процессах используются различия между потенциалами окисления, точками плавления, давлением паров, плотностью и/или смешиваемостью компонентов руды при плавлении. Гидрометаллургические технологии отличаются от пирометаллургических процессов тем, что желаемые металлы отделяются от других материалов с использованием методов, которые используют различия между растворимостью компонентов и/или электрохимическими свойствами в водных растворах.
Pyrometallurgy
При пирометаллической переработке руда после обогащенный (концентрируется путем дробления, измельчения, флотации и сушки), спекается или обжигается (кальцинируется) с другими материалами, такими как мешочная пыль и флюс. Затем концентрат плавится или плавится в доменной печи, чтобы сплавить нужные металлы в нечистый расплавленный слиток. Затем этот слиток подвергается третьему пирометаллическому процессу для очистки металла до желаемого уровня чистоты. Каждый раз, когда руда или слиток нагреваются, образуются отходы. Пыль от вентиляционных и технологических газов может улавливаться в рукавном фильтре и либо утилизироваться, либо возвращаться в процесс, в зависимости от содержания остаточного металла. Сера в газе также улавливается, и при концентрации выше 4% ее можно превратить в серную кислоту. В зависимости от происхождения руды и содержания в ней остаточных металлов различные металлы, такие как золото и серебро, также могут быть получены в качестве побочных продуктов.
Обжиг является важным пирометаллургическим процессом. Сульфатирующий обжиг применяют при производстве кобальта и цинка. Его цель - разделить металлы, чтобы их можно было перевести в водорастворимую форму для дальнейшей гидрометаллургической переработки.
При плавке сульфидных руд получается частично окисленный металлический концентрат (штейн). При плавке бесполезный материал, обычно железо, образует шлак с флюсом и превращается в оксид. Металлическую форму ценные металлы приобретают на стадии конвертирования, которое происходит в конвертерных печах. Этот метод используется в производстве меди и никеля. Железо, феррохром, свинец, магний и соединения железа получают восстановлением руды древесным углем и флюсом (известняком), процесс плавки обычно происходит в электрической печи. (См. также Металлургическая промышленность глава.) Электролиз расплавленной соли, используемый в производстве алюминия, является еще одним примером пирометаллургического процесса.
Высокая температура, необходимая для пирометаллургической обработки металлов, достигается за счет сжигания ископаемого топлива или за счет экзотермической реакции самой руды (например, в процессе взвешенной плавки). Процесс взвешенной плавки является примером энергосберегающего пирометаллургического процесса, в котором железо и сера рудного концентрата окисляются. Экзотермическая реакция в сочетании с системой рекуперации тепла экономит много энергии при плавке. Извлечение с высоким содержанием серы в процессе также полезно для защиты окружающей среды. Большинство недавно построенных медеплавильных и никелевых заводов используют этот процесс.
гидрометаллургии
Примерами гидрометаллургических процессов являются выщелачивание, осаждение, электролитическое восстановление, ионный обмен, мембранное разделение и экстракция растворителем. Первая стадия гидрометаллургических процессов — выщелачивание ценных металлов из менее ценного, например серной кислотой. Выщелачиванию часто предшествует предварительная обработка (например, сульфатирующий обжиг). Процесс выщелачивания часто требует высокого давления, добавления кислорода или высоких температур. Выщелачивание также можно проводить с помощью электричества. Из выщелачивающего раствора нужный металл или его соединение извлекают путем осаждения или восстановления различными способами. Восстановление осуществляется, например, при производстве кобальта и никеля газом.
Электролиз металлов в водных растворах также считается гидрометаллургическим процессом. В процессе электролиза ион металла восстанавливается до металла. Металл находится в слабокислом растворе, из которого под действием электрического тока осаждается на катодах. Большинство цветных металлов также можно рафинировать электролизом.
Часто металлургические процессы представляют собой комбинацию пиро- и гидрометаллургических процессов, в зависимости от обрабатываемого рудного концентрата и типа рафинируемого металла. Например, производство никеля.
Опасности и их предотвращение
Предупреждение рисков для здоровья и несчастных случаев в металлургической промышленности является в первую очередь учебно-техническим вопросом. Медицинские осмотры являются второстепенными и играют лишь дополнительную роль в предотвращении рисков для здоровья. Гармоничный обмен информацией и сотрудничество между отделами планирования, производства, безопасности и гигиены труда внутри компании дают наиболее эффективный результат в предотвращении рисков для здоровья.
Наилучшие и наименее затратные превентивные меры принимаются на этапе планирования нового предприятия или процесса. При планировании новых производственных объектов необходимо учитывать как минимум следующие аспекты:
Ниже приведены некоторые конкретные опасности и меры предосторожности, связанные с плавкой и очисткой.
Травмы
В металлургической и нефтеперерабатывающей промышленности уровень травматизма выше, чем в большинстве других отраслей. Источниками этих травм являются: брызги и разливы расплавленного металла и шлака, приводящие к ожогам; взрывы газов и взрывы от контакта расплавленного металла с водой; столкновения с движущимися локомотивами, вагонами, мостовыми кранами и другой подвижной техникой; падения тяжелых предметов; падение с высоты (например, при доступе к кабине крана); а также поскользнуться и споткнуться из-за препятствий на полу и в проходах.
Меры предосторожности включают: надлежащую подготовку, соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ) (например, каски, защитную обувь, рабочие перчатки и защитную одежду); хорошее хранение, ведение хозяйства и техническое обслуживание оборудования; правила движения для движущегося оборудования (включая определенные маршруты и эффективную систему сигналов и предупреждений); и программа защиты от падения.
зной
Заболевания, вызванные тепловым стрессом, такие как тепловой удар, представляют собой распространенную опасность, в первую очередь из-за инфракрасного излучения печей и расплавленного металла. Это особенно проблема, когда напряженная работа должна выполняться в жарких условиях.
Профилактика тепловых заболеваний может включать водяные экраны или воздушные завесы перед печами, точечное охлаждение, закрытые кабинки с кондиционированием воздуха, теплозащитную одежду и костюмы с воздушным охлаждением, обеспечивающие достаточное время для акклиматизации, перерывы в работе в прохладных помещениях и адекватное питание. напитков для частого употребления.
Химическая опасность
Во время плавки и рафинирования может происходить воздействие широкого спектра опасных видов пыли, паров, газов и других химических веществ. В частности, дробление и измельчение руды может привести к сильному воздействию кремнезема и токсичной металлической пыли (например, содержащей свинец, мышьяк и кадмий). Воздействие пыли также может происходить во время операций по техническому обслуживанию печи. Во время плавки пары металлов могут быть серьезной проблемой.
Выбросы пыли и дыма можно контролировать с помощью ограждения, автоматизации процессов, местной и вытяжной вентиляции, смачивания материалов, сокращения количества операций с материалами и других изменений процесса. Там, где этого недостаточно, потребуется защита органов дыхания.
Многие плавильные операции включают производство большого количества диоксида серы из сульфидных руд и монооксида углерода в результате процессов сжигания. Разрежение и местная вытяжная вентиляция (LEV) необходимы.
Серная кислота производится как побочный продукт плавильных операций и используется при электролитическом рафинировании и выщелачивании металлов. Воздействие может происходить как от жидкости, так и от туманов серной кислоты. Необходима защита кожи и глаз, а также LEV.
Плавка и рафинирование некоторых металлов могут представлять особую опасность. Примеры включают карбонил никеля при рафинировании никеля, фториды при плавке алюминия, мышьяк при плавке и рафинировании меди и свинца, а также воздействие ртути и цианидов при аффинаже золота. Эти процессы требуют своих особых мер предосторожности.
Прочие опасности
Блики и инфракрасное излучение от печей и расплавленного металла могут вызвать повреждение глаз, включая катаракту. Следует носить надлежащие защитные очки и лицевые щитки. Высокий уровень инфракрасного излучения также может вызвать ожоги кожи, если не надет защитный костюм.
Высокий уровень шума от дробления и измельчения руды, газоразрядных воздуходувок и мощных электрических печей может привести к потере слуха. Если источник шума не может быть закрыт или изолирован, следует носить средства защиты органов слуха. Следует внедрить программу сохранения слуха, включающую аудиометрическое тестирование и обучение.
Во время электролитических процессов может возникнуть опасность поражения электрическим током. Меры предосторожности включают надлежащее техническое обслуживание электрооборудования с процедурами блокировки/маркировки; изолированные перчатки, одежда и инструменты; и прерыватели цепи замыкания на землю, где это необходимо.
Ручной подъем и перемещение материалов может привести к травмам спины и верхних конечностей. Механические приспособления для подъема и надлежащее обучение методам подъема могут уменьшить эту проблему.
Загрязнение и защита окружающей среды
Выбросы раздражающих и агрессивных газов, таких как двуокись серы, сероводород и хлористый водород, могут способствовать загрязнению воздуха и вызывать коррозию металлов и бетона на заводе и в окружающей среде. Толерантность растительности к двуокиси серы варьируется в зависимости от типа леса и почвы. В целом вечнозеленые деревья переносят более низкие концентрации диоксида серы, чем лиственные. Выбросы твердых частиц могут содержать неспецифические твердые частицы, фториды, свинец, мышьяк, кадмий и многие другие токсичные металлы. Сточные воды могут содержать различные токсичные металлы, серную кислоту и другие примеси. Твердые отходы могут быть загрязнены мышьяком, свинцом, сульфидами железа, кремнеземом и другими загрязняющими веществами.
Управление металлургическим заводом должно включать оценку и контроль выбросов завода. Это специализированная работа, которая должна выполняться только персоналом, хорошо знакомым с химическими свойствами и токсичностью материалов, выбрасываемых в результате производственного процесса. Физическое состояние материала, температура, при которой он выходит из процесса, другие материалы в потоке газа и другие факторы должны учитываться при планировании мер по контролю загрязнения воздуха. Также желательно содержать метеостанцию, вести метеорологические записи и быть готовым к снижению производительности, когда погодные условия неблагоприятны для рассеивания стоков из дымовых труб. Полевые поездки необходимы для наблюдения за влиянием загрязнения воздуха на жилые и сельскохозяйственные районы.
Диоксид серы, один из основных загрязнителей, извлекается в виде серной кислоты, если присутствует в достаточном количестве. В противном случае, чтобы соответствовать нормам выбросов, диоксид серы и другие опасные газообразные отходы контролируются скрубберами. Выбросы твердых частиц обычно контролируются тканевыми фильтрами и электростатическими осадителями.
Большое количество воды используется в процессах флотации, таких как обогащение меди. Большая часть этой воды повторно используется в процессе. Хвосты флотации перекачиваются в виде пульпы в отстойники. В процессе вода рециркулируется. Металлосодержащие технологические и дождевые воды очищаются на водоочистных сооружениях перед сбросом или переработкой.
Твердофазные отходы включают шлаки от плавки, шламы продувки от преобразования диоксида серы в серную кислоту и шламы из поверхностных водоемов (например, отстойников). Некоторые шлаки могут быть повторно сконцентрированы и возвращены на плавильные заводы для повторной обработки или извлечения других присутствующих металлов. Многие из этих твердофазных отходов являются опасными отходами, которые должны храниться в соответствии с природоохранными нормами.
Первая практическая конструкция свинцово-кислотной батареи была разработана Гастоном Планте в 1860 году, и с тех пор производство продолжает неуклонно расти. Автомобильные аккумуляторы представляют собой основное применение свинцово-кислотных технологий, за которыми следуют промышленные аккумуляторы (резервные и тяговые). Более половины мирового производства свинца приходится на аккумуляторы.
Низкая стоимость и простота изготовления свинцово-кислотных аккумуляторов по отношению к другим электрохимическим парам должны обеспечить неизменный спрос на эту систему в будущем.
Свинцово-кислотный аккумулятор имеет положительный электрод из перекиси свинца (PbO2) и отрицательный электрод из губчатого свинца с большой площадью поверхности (Pb). Электролит представляет собой раствор серной кислоты с удельным весом в диапазоне от 1.21 до 1.30 (от 28 до 39% по весу). При разрядке оба электрода превращаются в сульфат свинца, как показано ниже:
Производственный процесс
Производственный процесс, показанный на технологической схеме (рис. 1), описан ниже:
Рисунок 1. Процесс производства свинцово-кислотных аккумуляторов
Производство оксидов: Оксид свинца изготавливается из чушек свинца (массы свинца из плавильных печей) одним из двух способов - в котле Бартона или процессом измельчения. В процессе Barton Pot расплавленный свинец обдувается воздухом, образуя тонкий поток капель свинца. Капли реагируют с кислородом воздуха с образованием оксида, состоящего из свинцового ядра с покрытием из оксида свинца (PbO).
В процессе измельчения твердый свинец (размер которого может варьироваться от маленьких шариков до полных чушек) подается во вращающуюся мельницу. Кувыркающееся действие свинца выделяет тепло, и поверхность свинца окисляется. По мере того, как частицы перекатываются в барабане, поверхностные слои оксида удаляются, открывая больше чистого свинца для окисления. Воздушный поток переносит порошок к рукавному фильтру, где он собирается.
Производство сетки: Сети производятся в основном литьем (как автоматическим, так и ручным) или, в частности, для автомобильных аккумуляторов, развальцовкой из кованого или литого свинцового сплава.
Вставка: Аккумуляторная паста производится путем смешивания оксида с водой, серной кислотой и рядом запатентованных добавок. Паста вдавливается машиной или вручную в решетчатую решетку, а пластины обычно высушиваются мгновенно в высокотемпературной печи.
Вклеенные пластины отверждаются путем хранения их в печах при тщательно контролируемых условиях температуры, влажности и времени. Свободный свинец в пасте превращается в оксид свинца.
Формование, резка и сборка пластин: Пластины батареи подвергаются процессу электрического формирования одним из двух способов. При формировании резервуара пластины загружают в большие ванны с разбавленной серной кислотой, и пропускают постоянный ток для формирования положительных и отрицательных пластин. После сушки пластины разрезают и собирают с разделителями между ними в аккумуляторные ящики. Пластины одинаковой полярности соединяются путем сварки ушек пластин.
При формировании банки пластины формируются электрически после сборки в аккумуляторные ящики.
Опасности для здоровья на рабочем месте и средства контроля
Вести
Свинец представляет собой основную опасность для здоровья, связанную с производством аккумуляторов. Основной путь воздействия – вдыхание, но проглатывание также может представлять проблему, если не уделять должного внимания личной гигиене. Воздействие может происходить на всех этапах производства.
Производство оксида свинца потенциально очень опасно. Воздействие контролируется путем автоматизации процесса, что устраняет опасность для рабочих. На многих фабриках процесс управляется одним человеком.
При литье в сетку воздействие паров свинца сводится к минимуму за счет использования местной вытяжной вентиляции (МВВ) вместе с термостатическим контролем свинцовых электролизеров (выбросы паров свинца заметно возрастают при температуре выше 500 C). Свинцовая окалина, которая образуется поверх расплавленного свинца, также может вызывать проблемы. Окалина содержит большое количество очень мелкой пыли, и при ее удалении необходимо проявлять большую осторожность.
Области склеивания традиционно приводили к высокому воздействию свинца. Метод изготовления часто приводит к попаданию брызг свинцового шлама на механизмы, пол, фартуки и сапоги. Эти брызги высыхают и образуют переносимую по воздуху свинцовую пыль. Контроль достигается за счет постоянного увлажнения пола и частого протирания фартуков губкой.
Воздействие свинца в других цехах (формовка, резка и сборка листа) происходит при работе с сухими, запыленными листами. Воздействие сводится к минимуму с помощью LEV вместе с надлежащим использованием средств индивидуальной защиты.
Во многих странах действует законодательство, ограничивающее степень воздействия на рабочем месте, и существуют числовые стандарты для уровней содержания свинца в воздухе и крови.
Специалист по гигиене труда обычно нанимается для взятия образцов крови у подвергшихся воздействию рабочих. Частота анализа крови может варьироваться от ежегодного для работников с низким уровнем риска до ежеквартального для тех, кто работает в отделениях с высоким риском (например, склеивание). Если уровень свинца в крови рабочего превышает установленный законом предел, то работник должен быть отстранен от любого воздействия свинца на работе до тех пор, пока содержание свинца в крови не упадет до уровня, который медицинский консультант сочтет приемлемым.
Отбор проб воздуха на содержание свинца дополняет анализ крови на содержание свинца. Предпочтительным методом является персональная, а не статическая выборка. Обычно требуется большое количество проб воздуха из-за присущей изменчивости результатов. Использование правильных статистических процедур при анализе данных может дать информацию об источниках свинца и послужить основой для усовершенствования инженерного проектирования. Регулярный отбор проб воздуха можно использовать для оценки постоянной эффективности систем контроля.
Допустимые концентрации свинца в воздухе и концентрации свинца в крови варьируются от страны к стране и в настоящее время составляют от 0.05 до 0.20 мг/м.3 и от 50 до 80 мг/дл соответственно. В этих пределах наблюдается постоянная тенденция к снижению.
В дополнение к обычным инженерным средствам контроля необходимы другие меры для сведения к минимуму воздействия свинца. В любой производственной зоне запрещается есть, курить, пить или жевать жевательную резинку.
Должны быть предусмотрены подходящие помещения для стирки и переодевания, позволяющие хранить рабочую одежду отдельно от личной одежды и обуви. Умывальники/души должны располагаться между чистой и грязной зонами.
Серная кислота
В процессе формирования активный материал на пластинах превращается в PbO.2 на положительном и Pb на отрицательном электроде. По мере полной зарядки пластин ток формирования начинает диссоциировать воду в электролите на водород и кислород:
Положительный:
Отрицательный:
При газировании образуется туман серной кислоты. Одно время эрозия зубов была обычным явлением среди рабочих на участках формирования. Аккумуляторные компании традиционно пользовались услугами стоматолога, и многие продолжают это делать.
Недавние исследования (IARC 1992) предположили возможную связь между воздействием аэрозолей неорганических кислот (включая серную кислоту) и раком гортани. Исследования в этой области продолжаются.
Стандарт профессионального воздействия в Великобритании для тумана серной кислоты составляет 1 мг / м .3. Воздействие можно поддерживать ниже этого уровня с помощью LEV над контурами формации.
Воздействие на кожу агрессивной серной кислоты также вызывает беспокойство. Меры предосторожности включают средства индивидуальной защиты, фонтанчики для промывания глаз и аварийные души.
Тальк
Тальк используется в некоторых операциях ручного литья в качестве смазки для форм. Длительное воздействие тальковой пыли может вызвать пневмокониоз, и важно, чтобы пыль контролировалась с помощью соответствующих мер вентиляции и контроля технологического процесса.
Искусственные минеральные волокна (MMF)
Сепараторы используются в свинцово-кислотных батареях для электрической изоляции положительных пластин от отрицательных. На протяжении многих лет использовались различные типы материалов (например, резина, целлюлоза, поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен), но все чаще используются сепараторы из стекловолокна. Эти сепараторы изготавливаются из ММФ.
Повышенный риск развития рака легких среди рабочих был продемонстрирован на заре развития производства минеральной ваты (HSE 1990). Однако это могло быть вызвано другими канцерогенными материалами, использовавшимися в то время. Тем не менее, разумно свести к минимуму любое воздействие ММФ либо за счет полного ограждения, либо за счет LEV.
Стибин и арсин
Сурьма и мышьяк обычно используются в сплавах свинца, а стибин (SbH3) или арсин (AsH3) может производиться при определенных обстоятельствах:
Стибин и арсин являются высокотоксичными газами, разрушающими эритроциты. Строгий технологический контроль при производстве аккумуляторов должен предотвратить любой риск воздействия этих газов.
Физические опасности
При производстве аккумуляторов также существует множество физических опасностей (например, шум, брызги расплавленного металла и кислоты, опасность поражения электрическим током и ручное обращение), но риски, связанные с ними, можно снизить с помощью соответствующих инженерных и технологических средств управления.
Окружающая среда
Влияние свинца на здоровье детей было тщательно изучено. Поэтому очень важно, чтобы выбросы свинца в окружающую среду были сведены к минимуму. Для аккумуляторных заводов наиболее загрязняющие выбросы в атмосферу должны быть отфильтрованы. Все технологические отходы (обычно кислые свинецсодержащие суспензии) должны перерабатываться на очистных сооружениях для нейтрализации кислоты и осаждения свинца из суспензии.
Будущие разработки
Вполне вероятно, что в будущем будут ужесточаться ограничения на использование свинца. В профессиональном смысле это приведет к увеличению автоматизации процессов, так что рабочий будет удален от опасности.
Адаптировано из EPA 1995.
Медь
Медь добывается как открытыми, так и подземными рудниками, в зависимости от качества руды и характера рудного месторождения. Медная руда обычно содержит менее 1% меди в виде сульфидных минералов. Как только руда доставляется над землей, она дробится и измельчается до порошкообразного состояния, а затем концентрируется для дальнейшей переработки. В процессе обогащения измельченная руда смешивается с водой, добавляются химические реагенты и пульпа продувается воздухом. Пузырьки воздуха прикрепляются к медным минералам и затем снимаются с верхней части флотационных камер. Концентрат содержит от 20 до 30% меди. Хвосты, или пустая порода, из руды падают на дно ячеек и удаляются, обезвоживаются сгустителями и транспортируются в виде шлама в хвостохранилище для утилизации. Вся вода, используемая в этой операции, из обезвоживающих сгустителей и хвостохранилища, извлекается и повторно используется в процессе.
Медь может быть получена пирометаллургическим или гидрометаллургическим способом в зависимости от типа руды, используемой в качестве шихты. Концентраты руды, которые содержат минералы сульфида меди и сульфида железа, обрабатываются пирометаллургическими процессами для получения продуктов из меди высокой чистоты. Оксидные руды, которые содержат минералы оксида меди, которые могут встречаться в других частях рудника, вместе с другими окисленными отходами обрабатываются гидрометаллургическими процессами для получения продуктов из меди высокой чистоты.
Превращение меди из руды в металл осуществляется плавлением. Во время плавки концентраты сушат и подают в одну из печей нескольких типов. Там сульфидные минералы частично окисляются и плавятся, образуя слой штейна, смешанный медно-железный сульфид и шлак, верхний слой отходов.
Штейн далее обрабатывается конвертированием. Шлак выпускается из печи и складируется или выбрасывается в шлаковые отвалы на месте. Небольшое количество шлака продается для железнодорожного балласта и для пескоструйной обработки. Третьим продуктом плавильного процесса является диоксид серы, газ, который собирают, очищают и превращают в серную кислоту для продажи или использования в операциях гидрометаллургического выщелачивания.
После плавки медный штейн подается в конвертер. В ходе этого процесса медный штейн заливают в горизонтальный цилиндрический сосуд (примерно 10ґ4 м), снабженный рядом труб. Трубки, известные как фурмы, выступают в цилиндр и используются для подачи воздуха в конвертер. Известь и диоксид кремния добавляют к медному штейну для реакции с оксидом железа, образующимся в процессе, с образованием шлака. Медный лом также может быть добавлен в конвертер. Печь вращается так, что фурмы погружаются в воду, и в расплавленный штейн вдувается воздух, вызывая реакцию остатка сульфида железа с кислородом с образованием оксида железа и диоксида серы. Затем конвертер вращают, чтобы слить железосиликатный шлак.
Как только все железо удалено, конвертер поворачивают назад и подвергают второй продувке воздухом, во время которой остаток серы окисляется и удаляется из сульфида меди. Затем конвертер вращается, чтобы слить расплавленную медь, которая в этот момент называется черновой медью (названа так потому, что если дать ей затвердеть в этот момент, она будет иметь неровную поверхность из-за присутствия газообразного кислорода и серы). Диоксид серы из конвертеров собирают и подают в систему газоочистки вместе с диоксидом из плавильной печи и превращают в серную кислоту. Из-за остаточного содержания меди шлак возвращается в плавильную печь.
Черновая медь, содержащая не менее 98.5% меди, очищается до меди высокой чистоты в два этапа. Первым этапом является огневое рафинирование, при котором расплавленную черновую медь заливают в цилиндрическую печь, внешне похожую на конвертер, где расплав сначала продувают воздухом, а затем природным газом или пропаном для удаления последних остатков серы и любых примесей. остаточный кислород из меди. Затем расплавленную медь заливают в литейный круг для получения анодов, достаточно чистых для электрорафинирования.
При электрорафинировании медные аноды загружают в электролитические ячейки и помещают между медными исходными листами или катодами в ванне с раствором сульфата меди. Когда через ячейку пропускают постоянный ток, медь растворяется с анода, переносится через электролит и повторно осаждается на исходных листах катода. Когда катоды нарастут до достаточной толщины, их удаляют из электролизера и на их место укладывают новый комплект исходных листов. Твердые примеси в анодах падают на дно электролизера в виде шлама, где они в конечном итоге собираются и обрабатываются для извлечения драгоценных металлов, таких как золото и серебро. Этот материал известен как анодный шлам.
Катоды, извлеченные из электролизера, являются первичным продуктом производителя меди и содержат 99.99% меди. Их можно продавать на проволочные заводы в качестве катодов или перерабатывать в продукт, называемый катанкой. При изготовлении стержня катоды плавятся в шахтной печи, и расплавленная медь выливается на литейное колесо, чтобы сформировать стержень, пригодный для прокатки в непрерывный стержень диаметром 3/8 дюйма. Этот стержневой продукт отправляется на проволочные заводы, где из него экструдируют медную проволоку различных размеров.
В гидрометаллургическом процессе окисленные руды и отходы выщелачиваются серной кислотой в процессе плавки. Выщелачивание проводят на месте, или в специально подготовленных кучах, распределяя кислоту сверху и позволяя ей просачиваться вниз через материал, в котором она собирается. Земля под площадками для выщелачивания покрыта кислотостойким, непроницаемым пластиковым материалом, чтобы предотвратить загрязнение грунтовых вод выщелачивающим раствором. После того, как растворы, богатые медью, собраны, они могут быть обработаны одним из двух процессов: процессом цементации или процессом экстракции/электровыделения растворителем (SXEW). В процессе цементации (который сегодня редко используется) медь в кислом растворе осаждается на поверхности железного лома в обмен на железо. После цементирования достаточного количества меди железо с высоким содержанием меди вместе с рудными концентратами направляется в плавильный цех для извлечения меди пирометаллургическим путем.
В процессе SXEW насыщенный выщелачивающий раствор (PLS) концентрируется путем экстракции растворителем, при котором извлекается медь, но не примесные металлы (железо и другие примеси). Затем насыщенный медью органический раствор отделяют от фильтрата в отстойнике. К богатой органической смеси добавляют серную кислоту, которая превращает медь в раствор электролита. Фильтрат, содержащий железо и другие примеси, возвращается на операцию выщелачивания, где его кислота используется для дальнейшего выщелачивания. Богатый медью раствор полосы пропускают в электролитическую ячейку, известную как электролизная ячейка. Ячейка электролиза отличается от ячейки электрорафинирования тем, что в ней используется постоянный нерастворимый анод. Медь в растворе затем наносится на исходный листовой катод почти так же, как на катод в электролизере. Обедненный медью электролит возвращается в процесс экстракции растворителем, где он используется для извлечения большего количества меди из органического раствора. Катоды, произведенные в процессе электролиза, затем продаются или превращаются в стержни таким же образом, как и катоды, произведенные в процессе электрорафинирования.
Ячейки для электролиза также используются для подготовки исходных листов как для процессов электрорафинирования, так и для процессов электролиза путем нанесения меди на катоды из нержавеющей стали или титана с последующим удалением покрытой меди.
Опасности и их предотвращение
Основными опасностями являются воздействие рудной пыли во время обработки руды и плавки, паров металлов (включая медь, свинец и мышьяк) во время плавки, диоксид серы и окись углерода во время большинства плавильных операций, шум от операций дробления и измельчения и от печей, тепловая нагрузка от печи и серная кислота и электрические опасности во время электролитических процессов.
Меры предосторожности включают: LEV для пыли во время операций по перемещению; местная вытяжная и приточно-вытяжная вентиляция для двуокиси серы и угарного газа; программа борьбы с шумом и защиты органов слуха; защитная одежда и щиты, перерывы для отдыха и жидкости для теплового стресса; и LEV, СИЗ и электрические меры предосторожности для электролитических процессов. Средства защиты органов дыхания обычно используются для защиты от пыли, паров и диоксида серы.
В таблице 1 перечислены загрязнители окружающей среды для различных стадий плавки и рафинирования меди.
Таблица 1. Входы технологических материалов и выбросы загрязняющих веществ при выплавке и рафинировании меди
Процесс |
Вклад материала |
Выбросы в атмосферу |
Технологические отходы |
Прочие отходы |
Концентрация меди |
Медная руда, вода, химреактивы, загустители |
Сточные воды флотации |
Хвосты, содержащие минеральные отходы, такие как известняк и кварц |
|
Выщелачивание меди |
Медный концентрат, серная кислота |
Неконтролируемый фильтрат |
Отходы кучного выщелачивания |
|
Плавка меди |
Медный концентрат, кремнеземистый флюс |
Диоксид серы, твердые частицы, содержащие мышьяк, сурьму, кадмий, свинец, ртуть и цинк |
Шлам/шлам продувки кислотной установки, шлак, содержащий сульфиды железа, кремнезем |
|
Преобразование меди |
Медный штейн, медный лом, кремнистый флюс |
Диоксид серы, твердые частицы, содержащие мышьяк, сурьму, кадмий, свинец, ртуть и цинк |
Шлам/шлам продувки кислотной установки, шлак, содержащий сульфиды железа, кремнезем |
|
Электролитическое рафинирование меди |
Черновая медь, серная кислота |
Шламы, содержащие примеси, такие как золото, серебро, сурьма, мышьяк, висмут, железо, свинец, никель, селен, сера и цинк |
Вести
Процесс производства первичного свинца состоит из четырех стадий: спекания, плавки, окалины и пирометаллургического рафинирования. Сначала сырье, состоящее в основном из свинцового концентрата в виде сульфида свинца, подают в агломашину. Могут быть добавлены другие сырьевые материалы, включая железо, кремнезем, известняковый флюс, кокс, соду, золу, пирит, цинк, щелочь и твердые частицы, собранные с устройств контроля загрязнения. В агломашине свинцовое сырье подвергается воздействию струй горячего воздуха, которые сжигают серу, образуя двуокись серы. Материал оксида свинца, полученный после этого процесса, содержит около 9% своего веса в углероде. Затем агломерат вместе с коксом, различными переработанными и очищающими материалами, известняком и другими флюсовыми агентами подают в доменную печь для восстановления, где углерод действует как топливо и плавит или плавит свинец. Расплавленный свинец стекает на дно печи, где образуются четыре слоя: «шпейс» (самый легкий материал, в основном мышьяк и сурьма); «штейн» (сульфид меди и другие сульфиды металлов); доменный шлак (преимущественно силикаты); и слиток свинца (98% свинца по весу). Затем все слои сливаются. Шпейс и штейн продаются медеплавильным заводам для извлечения меди и драгоценных металлов. Доменный шлак, содержащий цинк, железо, кремнезем и известь, хранится в буртах и частично перерабатывается. Выбросы оксида серы образуются в доменных печах из-за небольших количеств остаточного сульфида свинца и сульфатов свинца в сырье для агломерации.
Необработанный слиток свинца из доменной печи обычно требует предварительной обработки в котлах перед рафинированием. Во время окалины слиток перемешивают в шлаковом котле и охлаждают чуть выше точки его замерзания (от 370 до 425°C). Окалина, состоящая из оксида свинца вместе с медью, сурьмой и другими элементами, всплывает наверх и затвердевает над расплавленным свинцом.
Окалина удаляется и подается в шлаковую печь для извлечения полезных металлов, не содержащих свинца. Для увеличения извлечения меди окаленный свинцовый слиток обрабатывают, добавляя серосодержащие материалы, цинк и/или алюминий, снижая содержание меди примерно до 0.01%.
На четвертом этапе слиток свинца рафинируют с использованием пирометаллургических методов для удаления всех оставшихся не свинцовых материалов, пригодных для продажи (например, золота, серебра, висмута, цинка и оксидов металлов, таких как сурьма, мышьяк, олово и оксид меди). Свинец очищается в чугунном котле в пять стадий. В первую очередь удаляются сурьма, олово и мышьяк. Затем добавляют цинк и из цинкового шлака удаляют золото и серебро. Далее свинец очищают вакуумным удалением (перегонкой) цинка. Рафинирование продолжается с добавлением кальция и магния. Эти два вещества соединяются с висмутом, образуя нерастворимое соединение, которое удаляют из котла. На последнем этапе к свинцу можно добавить едкий натр и/или нитраты, чтобы удалить любые оставшиеся следы металлических примесей. Очищенный свинец будет иметь чистоту от 99.90 до 99.99% и может быть смешан с другими металлами для образования сплавов или может быть непосредственно отлит в формы.
Опасности и их предотвращение
Основными опасностями являются воздействие рудной пыли во время обработки руды и плавки, пары металлов (включая свинец, мышьяк и сурьму) во время плавки, двуокись серы и окись углерода во время большинства плавильных операций, шум от операций измельчения и дробления и от печей, а также тепловой удар. из печей.
Меры предосторожности включают: LEV для пыли во время операций по перемещению; местная вытяжная и приточно-вытяжная вентиляция для двуокиси серы и угарного газа; программа борьбы с шумом и защиты органов слуха; и защитная одежда и щиты, перерывы для отдыха и жидкости для теплового стресса. Средства защиты органов дыхания обычно используются для защиты от пыли, паров и диоксида серы. Необходим биологический мониторинг свинца.
В таблице 2 перечислены загрязнители окружающей среды для различных этапов плавки и рафинирования свинца.
Таблица 2. Входы технологических материалов и выбросы загрязняющих веществ при выплавке и рафинировании свинца
Процесс |
Вклад материала |
Выбросы в атмосферу |
Технологические отходы |
Прочие отходы |
Спекание свинца |
Свинцовая руда, железо, кремнезем, известняковый флюс, кокс, сода, зола, пирит, цинк, каустик, мешочная пыль |
Диоксид серы, твердые частицы, содержащие кадмий и свинец |
||
Плавка свинца |
Свинцовый агломерат, кокс |
Диоксид серы, твердые частицы, содержащие кадмий и свинец |
Сточные воды промывки завода, вода грануляции шлака |
Шлак, содержащий примеси, такие как цинк, железо, кремнезем и известь, твердые частицы поверхностных водоемов |
Свинцовый шлак |
Слиток свинца, кальцинированная сода, сера, рукавная пыль, кокс |
Шлак, содержащий такие примеси, как медь, поверхностные твердые включения |
||
Очистка свинца |
Свинцовый шлак |
Цинк
Цинковый концентрат получают путем отделения руды, которая может содержать всего 2% цинка, от пустой породы путем дробления и флотации, что обычно выполняется на руднике. Затем цинковый концентрат восстанавливают до металлического цинка одним из двух способов: либо пирометаллургически путем дистилляции (ретортинг в печи), либо гидрометаллургически путем электролиза. На долю последнего приходится примерно 80% общего объема переработки цинка.
В гидрометаллургическом рафинировании цинка обычно используются четыре стадии обработки: прокаливание, выщелачивание, очистка и электролиз. Кальцинирование или обжиг — это высокотемпературный процесс (от 700 до 1000 °C), в ходе которого концентрат сульфида цинка превращается в нечистый оксид цинка, называемый кальцином. Типы обжарочных аппаратов включают многоподовые, подвесные или с псевдоожиженным слоем. Обычно прокаливание начинают с смешивания цинкосодержащих материалов с углем. Затем эту смесь нагревают или обжигают для испарения оксида цинка, который затем выводят из реакционной камеры вместе с образовавшимся газовым потоком. Поток газа направляется в зону рукавного фильтра (фильтра), где оксид цинка улавливается пылью рукавного фильтра.
Все процессы кальцинирования производят диоксид серы, который контролируется и превращается в серную кислоту в качестве товарного побочного продукта процесса.
Электролитическая переработка десульфурированного огарка состоит из трех основных стадий: выщелачивания, очистки и электролиза. Выщелачивание относится к растворению захваченного огарка в растворе серной кислоты с образованием раствора сульфата цинка. Огарок можно выщелачивать один или два раза. В методе двойного выщелачивания огарок растворяют в слегка кислом растворе для удаления сульфатов. Затем огарок повторно выщелачивают в более сильном растворе, который растворяет цинк. Этот второй этап выщелачивания фактически является началом третьего этапа очистки, потому что многие примеси железа выпадают из раствора вместе с цинком.
После выщелачивания раствор очищают в две или более стадий путем добавления цинковой пыли. Раствор очищается, поскольку пыль вынуждает вредные элементы осаждаться, чтобы их можно было отфильтровать. Очистку обычно проводят в больших резервуарах для перемешивания. Процесс протекает при температуре от 40 до 85°С и давлении от атмосферного до 2.4 атмосферы. Элементы, извлеченные во время очистки, включают медь в виде кека и кадмий в виде металла. После очистки раствор готов к заключительному этапу электролиза.
Электролиз цинка происходит в электролизере и включает прохождение электрического тока от анода из сплава свинца и серебра через водный раствор цинка. Этот процесс заряжает взвешенный цинк и заставляет его осаждаться на алюминиевом катоде, погруженном в раствор. Каждые 24–48 часов каждую ячейку выключают, оцинкованные катоды удаляют и промывают, а цинк механически удаляют с алюминиевых пластин. Затем цинковый концентрат плавится и отливается в слитки, и его чистота часто достигает 99.995%.
Электролитические плавильные печи цинка содержат до нескольких сотен ячеек. Часть электрической энергии преобразуется в тепло, что повышает температуру электролита. Электролизеры работают в диапазоне температур от 30 до 35°С при атмосферном давлении. При электролизе часть электролита проходит через градирни для снижения его температуры и испарения воды, собираемой в процессе.
Опасности и их предотвращение
Основными опасностями являются воздействие рудной пыли во время обработки руды и плавки, паров металлов (включая цинк и свинец) во время рафинирования и обжига, двуокиси серы и монооксида углерода во время большинства плавильных операций, шум от операций дробления и измельчения и от печей, тепловой удар от печи и серная кислота и электрические опасности во время электролитических процессов.
Меры предосторожности включают: LEV для пыли во время операций по перемещению; местная вытяжная и приточно-вытяжная вентиляция для двуокиси серы и угарного газа; программа борьбы с шумом и защиты органов слуха; защитная одежда и щиты, перерывы для отдыха и жидкости для теплового стресса; и LEV, СИЗ и электрические меры предосторожности для электролитических процессов. Средства защиты органов дыхания обычно используются для защиты от пыли, паров и диоксида серы.
В таблице 3 перечислены загрязнители окружающей среды для различных этапов плавки и рафинирования цинка.
Таблица 3. Входы технологических материалов и выбросы загрязняющих веществ при выплавке и рафинировании цинка
Процесс |
Вклад материала |
Выбросы в атмосферу |
Технологические отходы |
Прочие отходы |
Прокаливание цинка |
цинковая руда, кокс |
Диоксид серы, твердые частицы, содержащие цинк и свинец |
Шлам для продувки кислотного завода |
|
Выщелачивание цинка |
Цинковый огарок, серная кислота, известняк, отработанный электролит |
Сточные воды, содержащие серную кислоту |
||
Очистка цинка |
Раствор цинковой кислоты, цинковая пыль |
Сточные воды, содержащие серную кислоту, железо |
Медный кек, кадмий |
|
Цинк электролизом |
Цинк в сернокислотном/водном растворе, аноды из сплава свинца и серебра, катоды из алюминия, карбонат бария или стронций, коллоидные добавки |
Разбавленная серная кислота |
Электролитические шламы/шламы |
Термин аккумулятор относится к совокупности отдельных клетки, которые могут генерировать электричество посредством химических реакций. Клетки подразделяются на первичный or вторичный. В первичных ячейках химические реакции, вызывающие поток электронов, необратимы, и поэтому ячейки нелегко перезарядить. И наоборот, вторичные элементы должны быть заряжены перед их использованием, что достигается пропусканием электрического тока через элемент. Преимущество вторичных элементов заключается в том, что их часто можно многократно перезаряжать и разряжать в процессе использования.
Классическим первичным аккумулятором для повседневного использования является сухой элемент Лекланше, названный так потому, что электролит представляет собой пасту, а не жидкость. Ячейка Лекланше типична для цилиндрических батарей, используемых в фонариках, портативных радиоприемниках, калькуляторах, электрических игрушках и т.п. В последние годы щелочные батареи, такие как элементы из диоксида цинка и марганца, стали более распространенными для такого типа использования. Миниатюрные или «кнопочные» батарейки нашли применение в слуховых аппаратах, компьютерах, часах, фотоаппаратах и другом электронном оборудовании. Ячейка из оксида серебра и цинка, ртутная ячейка, ячейка из цинка и воздуха и ячейка из литий-диоксида марганца являются некоторыми примерами. На рисунке 1 показан вид в разрезе типичной миниатюрной щелочной батареи.
Рисунок 1. Вид миниатюрной щелочной батареи в разрезе
Классическая вторичная или аккумуляторная батарея — это свинцово-кислотная батарея, широко используемая в транспортной отрасли. Вторичные батареи также используются на электростанциях и в промышленности. Перезаряжаемые инструменты, работающие от батареек, зубные щетки, фонарики и тому подобное — это новый рынок вторичных элементов. Никель-кадмиевые вторичные элементы становятся все более популярными, особенно в карманных элементах для аварийного освещения, запуска дизельных двигателей, а также в стационарных и тяговых устройствах, где надежность, длительный срок службы, частая перезарядка и низкотемпературные характеристики перевешивают их дополнительную стоимость.
Аккумуляторы, разрабатываемые для использования в электромобилях, используют сульфид лития-железа, цинк-хлор и натрий-серу.
В таблице 1 приведен состав некоторых распространенных батарей.
Таблица 1. Состав обычных батарей
Тип батареи |
Отрицательный электрод |
Положительный электрод |
электролит |
Первичные клетки |
|||
Сухая камера Лекланше |
Цинк |
Диоксид марганца |
Вода, хлорид цинка, хлорид аммония |
Щелочной |
Цинк |
Диоксид марганца |
Гидроксид калия |
Меркурий (ячейка Рубена) |
Цинк |
Оксид ртути |
Гидроксид калия, оксид цинка, вода |
Серебро |
Цинк |
Оксид серебра |
Гидроксид калия, оксид цинка, вода |
Литий |
Литий |
Диоксид марганца |
Хлорат лития, LiCF3SO3 |
Литий |
Литий |
Сернистый газ |
Диоксид серы, ацетонитрил, бромид лития |
Тионилхлорид |
Литий-хлорид алюминия |
||
Цинк в воздухе |
Цинк |
Oxygen |
Оксид цинка, гидроксид калия |
Вторичные клетки |
|||
Свинцово-кислотный |
Вести |
Диоксид свинца |
Разбавленная серная кислота |
Никель-железо (батарея Эдисона) |
Утюг |
Оксид никеля |
Гидроксид калия |
Никель-кадмий |
Гидроксид кадмия |
гидроксид никеля |
Гидроксид калия, возможно, гидроксид лития |
Серебро-цинк |
Цинковый порошок |
Оксид серебра |
Гидроксид калия |
Производственные процессы
Хотя существуют явные различия в производстве различных типов батарей, есть несколько общих процессов: взвешивание, измельчение, смешивание, прессование и сушка составляющих ингредиентов. На современных заводах по производству аккумуляторов многие из этих процессов закрыты и в высокой степени автоматизированы с использованием герметичного оборудования. Таким образом, воздействие различных ингредиентов может происходить во время взвешивания и загрузки, а также во время очистки оборудования.
На старых заводах по производству аккумуляторов многие операции по измельчению, смешиванию и другим операциям выполняются вручную, либо вручную осуществляется перенос ингредиентов с одного этапа процесса на другой. В этих случаях высок риск вдыхания пыли или контакта кожи с коррозионными веществами. Меры предосторожности в отношении пылеобразующих операций включают полное ограждение и механизированное обращение с порошками и их взвешивание, местную вытяжную вентиляцию, ежедневную влажную уборку и/или уборку пылесосом, а также ношение респираторов и других средств индивидуальной защиты во время проведения работ по техническому обслуживанию.
Шум также представляет опасность, так как прессовальные и упаковочные машины издают шум. Необходимы методы борьбы с шумом и программы сохранения слуха.
Электролиты во многих аккумуляторах содержат едкий гидроксид калия. Ограждение и защита кожи и глаз являются указанными мерами предосторожности. Воздействие может также происходить от частиц токсичных металлов, таких как оксид кадмия, ртуть, оксид ртути, никель и соединения никеля, а также литий и соединения лития, которые используются в качестве анодов или катодов в определенных типах батарей. Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея, иногда называемая аккумулятором, может быть сопряжена со значительной опасностью воздействия свинца и обсуждается отдельно в статье «Производство свинцово-кислотных аккумуляторов».
Металлический литий обладает высокой реакционной способностью, поэтому литиевые батареи необходимо собирать в сухой атмосфере, чтобы избежать реакции лития с водяным паром. Диоксид серы и тионилхлорид, используемые в некоторых литиевых батареях, опасны для органов дыхания. Газообразный водород, используемый в никель-водородных батареях, пожаровзрывоопасен. Они, а также материалы в недавно разработанных батареях потребуют особых мер предосторожности.
Клетки Лекланше
Сухие батареи Leclanché изготавливаются, как показано на рисунке 2. Положительный электрод или катодная смесь содержит от 60 до 70% диоксида марганца, а остальное состоит из графита, ацетиленовой сажи, солей аммония, хлорида цинка и воды. Сухой мелкоизмельченный диоксид марганца, графит и ацетиленовую сажу взвешивают и подают в измельчитель-смеситель; добавляют электролит, содержащий воду, хлорид цинка и хлорид аммония, и приготовленную смесь прессуют на таблетировочном или агломерирующем прессе с ручной подачей. В некоторых случаях смесь сушат в печи, просеивают и повторно увлажняют перед таблетированием. Таблетки проверяют и упаковывают на машинах с ручной подачей после того, как им дают затвердеть в течение нескольких дней. Затем агломераты помещают в лотки и пропитывают электролитом, после чего они готовы к сборке.
Рисунок 2. Производство аккумуляторных батарей Лекланше
Анод представляет собой цинковый корпус, который изготавливается из цинковых заготовок на горячем прессе (или цинковые листы сгибаются и привариваются к корпусу). Органическую желеобразную пасту, состоящую из крахмала кукурузы и муки, пропитанного электролитом, смешивают в больших чанах. Ингредиенты обычно засыпают из мешков без взвешивания. Затем смесь очищают цинковой стружкой и диоксидом марганца. В электролит добавляется хлорид ртути, образующий амальгаму с внутренней частью цинкового контейнера. Эта паста образует проводящую среду или электролит.
Ячейки собираются путем автоматической заливки необходимого количества желатиновой пасты в цинковые корпуса для формирования внутреннего покрытия рукава на цинковом контейнере. В некоторых случаях гильзы хромируют путем заливки и опорожнения смеси хромовой и соляной кислоты перед добавлением студенистой пасты. Затем катодный агломерат помещают в центр корпуса. Углеродный стержень помещается в центр катода и действует как токосъемник.
Затем цинковую ячейку герметизируют расплавленным воском или парафином и нагревают пламенем для лучшего уплотнения. Ячейки затем свариваются вместе, чтобы сформировать батарею. Реакция батареи:
2MnO2 + 2 НХ4Cl + Zn → ZnCl2 + H2O2 + Мн2O3
Рабочие могут подвергаться воздействию диоксида марганца при взвешивании, загрузке смесителя, измельчении, очистке печи, просеивании, ручном прессовании и упаковке в зависимости от степени автоматизации, герметичности корпуса и местной вытяжной вентиляции. При ручном прессовании и влажном обертывании возможно воздействие влажной смеси, которая при высыхании образует вдыхаемую пыль; дерматит может возникнуть из-за воздействия слегка агрессивного электролита. Меры личной гигиены, перчатки и средства защиты органов дыхания для уборки и технического обслуживания, душевые и отдельные шкафчики для рабочей и уличной одежды могут снизить эти риски. Как упоминалось выше, упаковочный и таблетировочный пресс может создавать опасность шума.
Смешивание происходит автоматически во время изготовления желатиновой пасты, и воздействие происходит только во время добавления материалов. При добавлении хлорида ртути в студенистую пасту существует риск вдыхания и всасывания через кожу, а также возможное отравление ртутью. LEV или средства индивидуальной защиты необходимы.
Возможно также воздействие разливов хромовой и соляной кислот при хромировании и воздействие сварочного дыма и дыма от нагревания герметика. Подходящими мерами предосторожности являются механизация процесса хромирования, использование перчаток и LEV для термосварки и сварки.
Никель-кадмиевые батареи
В настоящее время наиболее распространенным методом изготовления никель-кадмиевых электродов является осаждение материала активного электрода непосредственно на пористую спеченную никелевую подложку или пластину. (См. рис. 3.) Пластина изготавливается путем вдавливания пасты из спеченного никелевого порошка (часто получаемого путем разложения карбонила никеля) в открытую сетку из никелированной перфорированной листовой стали (или никелированной сетки или никелированной стальной сетки). а затем спекание или сушка в печи. Затем эти пластины можно разрезать, взвесить и отчеканить (сжать) для определенных целей или свернуть в спираль для ячеек бытового типа.
Рисунок 3. Производство никель-кадмиевых аккумуляторов
Затем спеченную пластину пропитывают раствором нитрата никеля для положительного электрода или нитратом кадмия для отрицательного электрода. Эти пластины промывают и сушат, погружают в гидроксид натрия с образованием гидроксида никеля или гидроксида кадмия, снова промывают и высушивают. Обычно следующим шагом является погружение положительного и отрицательного электродов в большую временную ячейку, содержащую от 20 до 30% гидроксида натрия. Для удаления примесей выполняются циклы зарядки-разрядки, электроды удаляются, промываются и высушиваются.
Альтернативным способом изготовления кадмиевых электродов является приготовление пасты из оксида кадмия, смешанного с графитом, оксидом железа и парафином, которую измельчают и окончательно уплотняют между валками для образования активного материала. Затем его прессуют в движущуюся перфорированную стальную полосу, которую сушат, иногда сжимают и разрезают на пластины. На этом этапе можно прикрепить ушки.
Следующие шаги включают сборку элемента и батареи. Для больших батарей отдельные электроды затем собираются в группы электродов с пластинами противоположной полярности, чередующимися с пластиковыми разделителями. Эти группы электродов могут быть скреплены болтами или сварены вместе и помещены в корпус из никелированной стали. Совсем недавно были представлены пластиковые корпуса аккумуляторов. Ячейки заполнены раствором электролита гидроксида калия, который также может содержать гидроксид лития. Затем элементы собираются в батареи и скрепляются болтами. Пластиковые ячейки могут быть склеены или склеены вместе. Каждая ячейка соединена свинцовым соединителем с соседней ячейкой, оставляя положительный и отрицательный полюса на концах батареи.
Для цилиндрических батарей пропитанные пластины собираются в группы электродов путем намотки положительных и отрицательных электродов, разделенных инертным материалом, в герметичный цилиндр. Затем электродный цилиндр помещают в никелированный металлический корпус, добавляют электролит гидроксида калия и ячейку герметизируют сваркой.
Химическая реакция, происходящая при зарядке и разрядке никель-кадмиевых аккумуляторов, выглядит следующим образом:
Основное потенциальное воздействие кадмия происходит при работе с нитратом кадмия и его раствором при изготовлении пасты из порошка оксида кадмия и при работе с высушенными активными порошками. Воздействие также может происходить при регенерации кадмия из металлолома. Ограждение и автоматизированное взвешивание и смешивание могут уменьшить эти опасности на ранних этапах.
Аналогичные меры могут контролировать воздействие соединений никеля. Производство спеченного никеля из карбонила никеля, хотя и осуществляется в герметичном оборудовании, связано с потенциальным воздействием чрезвычайно токсичного карбонила никеля и монооксида углерода. Процесс требует постоянного наблюдения за утечками газа.
Работа с едким калием или гидроксидом лития требует соответствующей вентиляции и средств индивидуальной защиты. Сварка производит дым и требует LEV.
Воздействие на здоровье и модели заболеваний
Наиболее серьезную опасность для здоровья при традиционном производстве батарей представляет воздействие свинца, кадмия, ртути и диоксида марганца. Опасности, связанные со свинцом, обсуждаются в других разделах этой главы. Энциклопедия. Кадмий может вызывать заболевания почек и является канцерогеном. Было обнаружено, что воздействие кадмия широко распространено на заводах по производству никель-кадмиевых аккумуляторов в США, и многие рабочие были вынуждены быть удалены по медицинским показаниям в соответствии с положениями Стандарта кадмия Управления по охране труда и здоровья из-за высокого уровня кадмия в крови и моче (McDiarmid et al. 1996) . Ртуть влияет на почки и нервную систему. Чрезмерное воздействие паров ртути было показано в ходе исследований на нескольких заводах по производству ртутных аккумуляторов (Telesca 1983). Было показано, что воздействие диоксида марганца является высоким при смешивании порошков и обращении с ними при производстве щелочных сухих элементов (Wallis, Menke and Chelton 1993). Это может привести к нейрофункциональному дефициту у работающих на батареях (Roels et al., 1992). Марганцевая пыль может при поглощении в чрезмерных количествах привести к расстройствам центральной нервной системы, подобным синдрому Паркинсона. Другие металлы, вызывающие озабоченность, включают никель, литий, серебро и кобальт.
Ожоги кожи могут возникнуть в результате воздействия растворов хлорида цинка, гидроксида калия, гидроксида натрия и гидроксида лития, используемых в электролитах батарей.
Обзор процесса
Бокситы добываются открытым способом. Более богатые руды используются по мере добычи. Руды более низкого качества могут быть обогащены путем дробления и промывки для удаления отходов глины и кремнезема. Производство металла состоит из двух основных этапов:
Экспериментальные разработки предполагают, что в будущем алюминий может быть восстановлен до металла путем прямого восстановления из руды.
В настоящее время используются два основных типа электролитических ячеек Холла-Эру. В так называемом процессе «предварительного обжига» используются электроды, изготовленные, как указано ниже. В таких плавильных цехах воздействие полициклических углеводородов обычно происходит на предприятиях по производству электродов, особенно в смесительных мельницах и формовочных прессах. Плавильные заводы, использующие электролизеры Содерберга, не нуждаются в оборудовании для производства обожженных углеродных анодов. Вместо этого смесь кокса и пекового связующего помещают в бункеры, нижние концы которых погружены в ванну с расплавленной криолит-глиноземной смесью. Когда смесь пека и кокса нагревается в ванне с расплавленным металлом и криолитом внутри камеры, эта смесь спекается в твердую графитовую массу. на месте. Металлические стержни вставлены в анодную массу в качестве проводников для электрического потока постоянного тока. Эти стержни необходимо периодически заменять; при их извлечении значительное количество летучих веществ каменноугольного пека выделяется в окружающую среду камеры камеры. К этому воздействию добавляют те летучие пековые вещества, которые образуются в процессе обжига пекококсовой массы.
В течение последнего десятилетия промышленность стремилась либо не заменять, либо модифицировать существующие установки для восстановления типа Содерберга вследствие доказанной канцерогенной опасности, которую они представляют. Кроме того, с ростом автоматизации операций восстановительной электростанции, особенно замены анодов, задачи все чаще выполняются с помощью закрытых механических кранов. Следовательно, облучение рабочих и риск развития заболеваний, связанных с выплавкой алюминия, на современных предприятиях постепенно снижаются. Напротив, в тех странах, где адекватные капитальные вложения недоступны, сохранение старых процессов восстановления с ручным управлением будет по-прежнему представлять риск тех профессиональных нарушений (см. ниже), которые ранее были связаны с заводами по восстановлению алюминия. Действительно, эта тенденция будет усиливаться в таких старых, неулучшенных операциях, особенно с возрастом.
Производство угольных электродов
Электроды, необходимые для электролитического восстановления с предварительным обжигом до чистого металла, обычно изготавливаются на предприятии, связанном с этим типом алюминиевых заводов. Аноды и катоды чаще всего изготавливаются из смеси измельченного нефтяного кокса и пека. Кокс сначала измельчают в шаровых мельницах, затем транспортируют и механически смешивают с пеком и, наконец, отливают в блоки на формовочных прессах. Затем эти анодные или катодные блоки нагревают в газовой печи в течение нескольких дней до тех пор, пока они не образуют твердые графитовые массы, из которых будут удалены практически все летучие вещества. Наконец, они прикрепляются к анодным стержням или имеют прорези для катодных стержней.
Следует отметить, что пек, используемый для изготовления таких электродов, представляет собой дистиллят, полученный из каменноугольной или нефтяной смолы. При превращении этой смолы в пек при нагревании конечный пековый продукт выпаривает практически все низкокипящие неорганические вещества, например SO.2, а также алифатические соединения и ароматические соединения с одним и двумя кольцами. Таким образом, такой пек не должен представлять такой же опасности при его использовании, как каменноугольная или нефтяная смола, поскольку эти классы соединений не должны присутствовать. Есть некоторые признаки того, что канцерогенный потенциал таких продуктов смолы может быть не таким большим, как у более сложной смеси смол и других летучих веществ, связанных с неполным сгоранием угля.
Опасности и их предотвращение
Опасности и меры предосторожности при плавке и рафинировании алюминия в основном такие же, как и при плавке и рафинировании в целом; однако отдельные процессы представляют определенную опасность.
Горнодобывающая промышленность
Хотя в литературе встречаются спорадические упоминания о «бокситовом легком», убедительных доказательств того, что такое образование существует, мало. Однако следует учитывать возможность присутствия кристаллического кремнезема в бокситовых рудах.
процесс Байера
Широкое использование каустической соды в процессе Байера сопряжено с частым риском химических ожогов кожи и глаз. Удаление накипи из резервуаров с помощью пневматических молотков приводит к сильному шумовому воздействию. Потенциальные опасности, связанные с вдыханием чрезмерных доз оксида алюминия, образующегося в этом процессе, обсуждаются ниже.
Все рабочие, участвующие в процессе Байера, должны быть хорошо информированы об опасностях, связанных с обращением с едким натром. На всех объектах, подверженных риску, должны быть предусмотрены фонтанчики для промывания глаз и бассейны с проточной водой и водоотводные души с пояснительным пояснением их использования. СИЗ (например, защитные очки, перчатки, фартуки и сапоги) должны быть обеспечены. Должны быть обеспечены душевые и двойные раздевалки (один шкафчик для рабочей одежды, другой для личной одежды), а всем работникам рекомендуется тщательно мыться в конце смены. Все рабочие, работающие с расплавленным металлом, должны быть снабжены щитками, респираторами, рукавицами, фартуками, нарукавниками и гетрами для защиты от ожогов, пыли и паров. Рабочие, занятые на низкотемпературном процессе Гадо, должны быть обеспечены специальными перчатками и костюмами для защиты от паров соляной кислоты, выделяющихся при пуске электролизеров; шерсть показала хорошую устойчивость к этим испарениям. Респираторы с угольными картриджами или маски, пропитанные оксидом алюминия, обеспечивают достаточную защиту от паров смолы и фтора; для защиты от угольной пыли необходимы эффективные пылезащитные маски. Рабочие с более тяжелым воздействием пыли и дыма, особенно на предприятиях Содерберга, должны быть обеспечены средствами защиты органов дыхания с подачей воздуха. Поскольку механизированные работы в цехах выполняются удаленно из закрытых кабин, необходимость в этих мерах защиты отпадает.
электролитическое восстановление
Электролитическое восстановление подвергает рабочих риску получения ожогов кожи и несчастных случаев из-за брызг расплавленного металла, теплового стресса, шума, опасностей поражения электрическим током, паров криолита и плавиковой кислоты. Электролизеры могут выделять большое количество пыли фторида и оксида алюминия.
В цехах изготовления угольных электродов должно быть установлено вытяжное вентиляционное оборудование с рукавными фильтрами; ограждение оборудования для измельчения пека и угля эффективно сводит к минимуму воздействие нагретого пека и угольной пыли. Следует проводить регулярные проверки концентрации пыли в атмосфере с помощью подходящего устройства для отбора проб. Рабочие, подвергающиеся воздействию пыли, должны периодически проходить рентгенологическое обследование, после которого, при необходимости, должны проводиться клинические осмотры.
Чтобы снизить риск обращения с пеком, транспортировка этого материала должна быть максимально механизирована (например, можно использовать автоцистерны с подогревом для перевозки жидкого пека на завод, где он автоматически перекачивается в резервуары с подогретым пеком). Регулярные осмотры кожи для выявления эритемы, эпителиомы или дерматита также целесообразны, а дополнительную защиту могут обеспечить барьерные кремы на альгинатной основе.
Рабочие, выполняющие огневые работы, должны быть проинструктированы до наступления жаркой погоды о необходимости увеличить потребление жидкости и обильно солить пищу. Они и их руководители также должны быть обучены распознавать зарождающиеся расстройства, вызванные жарой, у себя и своих коллег. Все работающие здесь должны быть обучены принимать надлежащие меры, необходимые для предотвращения возникновения или прогрессирования тепловых расстройств.
Рабочие, подвергающиеся воздействию высоких уровней шума, должны быть обеспечены средствами защиты слуха, такими как беруши, которые пропускают низкочастотный шум (чтобы обеспечить восприятие приказов), но уменьшают передачу интенсивного высокочастотного шума. Кроме того, рабочие должны регулярно проходить аудиометрическое обследование для выявления потери слуха. Наконец, персонал также должен быть обучен проведению сердечно-легочной реанимации пострадавшим от поражения электрическим током.
Возможность разбрызгивания расплавленного металла и сильных ожогов широко распространена на многих площадках восстановительных заводов и связанных с ними операций. В дополнение к защитной одежде (например, рукавицам, фартукам, гетрам и щиткам для лица) следует запретить ношение синтетической одежды, поскольку тепло расплавленного металла заставляет такие нагретые волокна плавиться и прилипать к коже, что еще больше усиливает ожоги кожи.
Лица, использующие кардиостимуляторы, должны быть исключены из редукционных операций из-за риска аритмии, вызванной магнитным полем.
Другие последствия для здоровья
Широко сообщалось об опасности для рабочих, населения в целом и окружающей среды в результате выброса фторсодержащих газов, дыма и пыли при использовании криолитового флюса (см. таблицу 1). У детей, проживающих поблизости от плохо контролируемых алюминиевых заводов, сообщалось о разной степени крапчатости постоянных зубов, если воздействие происходило на этапе развития постоянных зубов. Среди рабочих металлургических заводов до 1950 г. или там, где сохранялся недостаточный контроль за выбросами фтора, наблюдались различные степени флюороза костей. Первая стадия этого состояния состоит из простого увеличения плотности костей, особенно выраженного в телах позвонков и тазу. По мере дальнейшего всасывания фтора в кости в дальнейшем наблюдается кальцификация связок таза. Наконец, в случае экстремального и длительного воздействия фтора отмечается кальцификация околопозвоночных и других связочных структур, а также суставов. В то время как эта последняя стадия наблюдалась в ее тяжелой форме на заводах по переработке криолита, такие продвинутые стадии редко, если вообще когда-либо, наблюдались у рабочих алюминиевых заводов. По-видимому, менее выраженные рентгенологические изменения костных и связочных структур не связаны с изменениями архитектурной или метаболической функции кости. С помощью надлежащих методов работы и адекватного контроля вентиляции можно легко предотвратить развитие каких-либо из вышеперечисленных рентгенологических изменений у рабочих, работающих на таких операциях, несмотря на 25-40 лет такой работы. Наконец, механизация цехов электролиза должна свести к минимуму, если не полностью устранить любые опасности, связанные с фторидами.
Таблица 1. Входы технологических материалов и выбросы загрязняющих веществ при выплавке и рафинировании алюминия
Процесс |
Вклад материала |
Выбросы в атмосферу |
Технологические отходы |
Прочие отходы |
Переработка бокситов |
Бокситы, гидроксид натрия |
Твердые частицы, щелочь/вода |
Остаток, содержащий кремний, железо, титан, оксиды кальция и щелочь |
|
Осветление и осаждение глинозема |
Глиноземная суспензия, крахмал, вода |
Сточные воды, содержащие крахмал, песок и щелочь |
||
Прокаливание глинозема |
гидрат алюминия |
Твердые частицы и водяной пар |
||
Первичный электролит |
Глинозем, угольные аноды, электролизеры, криолит |
Фторид - как газообразный, так и в виде частиц, двуокись углерода, двуокись серы, окись углерода, C2F6 , CF4 и перфторуглероды (PFC) |
Отработанные кастрюли |
С начала 1980-х годов у рабочих в цехах по восстановлению алюминия были четко продемонстрированы состояния, похожие на астму. Эта аберрация, называемая профессиональной астмой, связанной с плавкой алюминия (OAAAS), характеризуется переменным сопротивлением воздушному потоку, гиперреактивностью бронхов или тем и другим и не провоцируется раздражителями вне рабочего места. Его клинические симптомы включают свистящее дыхание, чувство стеснения в груди, одышку и непродуктивный кашель, которые обычно проходят через несколько часов после производственных воздействий. Латентный период между началом воздействия на рабочем месте и началом ОААС сильно варьирует от 1 недели до 10 лет, в зависимости от интенсивности и характера воздействия. Состояние обычно улучшается при удалении с рабочего места после отпуска и т. д., но становится более частым и тяжелым при продолжительном воздействии на работу.
Хотя возникновение этого состояния коррелирует с концентрацией фтора в помещении, неясно, связана ли этиология расстройства именно с воздействием этого химического агента. Учитывая сложную смесь пыли и дыма (например, твердые и газообразные фториды, диоксид серы, а также низкие концентрации оксидов ванадия, никеля и хрома), более вероятно, что такие измерения фторидов представляют собой заменитель этой сложной смеси дымов. газы и твердые частицы, обнаруженные в помещениях электролиза.
В настоящее время представляется, что это состояние является одной из все более важной группы профессиональных заболеваний: профессиональной астмы. Причинный процесс, приводящий к этому расстройству, в отдельном случае определяется с трудом. Признаки и симптомы ОААС могут быть следствием: ранее существовавшей аллергической астмы, неспецифической гиперреактивности бронхов, синдрома реактивной дисфункции дыхательных путей (RADS) или истинной профессиональной астмы. Диагностика этого состояния в настоящее время проблематична, требуя соответствующего анамнеза, наличия переменного ограничения воздушного потока или, при его отсутствии, развития фармакологически индуцированной гиперреактивности бронхов. Но если последнее недоказуемо, этот диагноз маловероятен. (Однако это явление может в конечном итоге исчезнуть после того, как расстройство исчезнет с устранением вредных воздействий на работе.)
Поскольку это расстройство, как правило, становится все более тяжелым при продолжительном воздействии, пострадавших людей чаще всего необходимо отстранить от продолжительного воздействия на работе. В то время как лица с ранее существовавшей атопической астмой должны быть изначально ограничены в доступе в камеры для снижения содержания алюминия, отсутствие атопии не может предсказать, возникнет ли это состояние после производственных воздействий.
В настоящее время имеются сообщения о том, что алюминий может быть связан с нейротоксичностью у рабочих, занятых плавкой и сваркой этого металла. Было ясно показано, что алюминий всасывается через легкие и выделяется с мочой в количествах, превышающих норму, особенно у работников реанимационных камер. Однако большая часть литературы, посвященной неврологическим эффектам у таких работников, основана на предположении, что поглощение алюминия приводит к нейротоксичности человека. Соответственно, до тех пор, пока такие ассоциации не станут более воспроизводимыми, связь между алюминием и профессиональной нейротоксичностью в настоящее время следует считать спекулятивной.
Из-за необходимости иногда расходовать свыше 300 ккал/ч при замене анодов или выполнении других напряженных работ в присутствии расплавленного криолита и алюминия в периоды жаркой погоды могут наблюдаться тепловые нарушения. Такие эпизоды наиболее вероятны, когда погода вначале меняется с умеренной на жаркую и влажную. Кроме того, методы работы, которые приводят к ускоренной замене анода или работе в течение двух последовательных рабочих смен в жаркую погоду, также предрасполагают рабочих к таким тепловым расстройствам. Рабочие, недостаточно акклиматизированные к жаре или физически кондиционированные, потребляющие недостаточно соли или перенесшие интеркуррентные или недавние заболевания, особенно склонны к развитию теплового истощения и/или тепловых судорог при выполнении таких тяжелых работ. Тепловой удар случался, но редко среди рабочих алюминиевых заводов, за исключением тех, у кого были известные предрасполагающие изменения здоровья (например, алкоголизм, старение).
Было продемонстрировано, что воздействие полициклических ароматических соединений, связанное с вдыханием паров смолы и твердых частиц, подвергает персонал восстановительных клеток типа Содерберга, в частности, чрезмерному риску развития рака мочевого пузыря; избыточный риск рака менее известен. Предполагается, что работники заводов по производству угольных электродов, где нагревают смеси нагретого кокса и гудрона, также подвергаются такому риску. Однако после прокаливания электродов в течение нескольких дней при температуре около 1,200 °С полициклические ароматические соединения практически полностью сгорают или улетучиваются и больше не связаны с такими анодами или катодами. Следовательно, редукционные клетки, в которых используются предварительно обожженные электроды, не представляют столь четкого представления о чрезмерном риске развития этих злокачественных заболеваний. Другие неоплазии (например, негранулоцитарный лейкоз и рак головного мозга) могут возникать при операциях по уменьшению содержания алюминия; в настоящее время такие свидетельства фрагментарны и непоследовательны.
Вблизи электролизеров использование пневматических пробойников в цехах электролиза создает уровень шума порядка 100 дБА. Ячейки электролитического восстановления включаются последовательно от источника питания низкого напряжения с большой силой тока, и, следовательно, случаи поражения электрическим током обычно не бывают тяжелыми. Однако в машинном отделении в точке, где источник высокого напряжения соединяется с сетью последовательного соединения цеха электролиза, могут произойти серьезные несчастные случаи с поражением электрическим током, особенно потому, что источником питания является переменный ток высокого напряжения.
Поскольку были высказаны опасения по поводу воздействия на здоровье, связанного с электромагнитными полями, воздействие на рабочих в этой отрасли было поставлено под сомнение. Следует признать, что электроэнергия, подаваемая на электролизеры, представляет собой постоянный ток; соответственно, электромагнитные поля, генерируемые в электролизных цехах, в основном относятся к типу статического поля или стоячего поля. Такие поля, в отличие от низкочастотных электромагнитных полей, еще труднее показать, что они оказывают последовательное или воспроизводимое биологическое действие как экспериментально, так и клинически. Кроме того, обычно обнаруживается, что уровни потока магнитных полей, измеренные в современных камерах, находятся в пределах предлагаемых в настоящее время предварительных пороговых предельных значений для статических магнитных полей, субрадиочастотных и статических электрических полей. Воздействие электромагнитных полей сверхнизкой частоты также происходит на восстановительных установках, особенно в дальних концах этих помещений, примыкающих к помещениям с выпрямителями. Однако уровни потока, обнаруженные в близлежащих корпусах электролиза, минимальны и намного ниже существующих стандартов. Наконец, последовательные или воспроизводимые эпидемиологические данные о неблагоприятном воздействии на здоровье электромагнитных полей на предприятиях по восстановлению алюминия не были убедительно продемонстрированы.
Производство электродов
У рабочих, контактирующих с парами смолы, может развиться эритема; Воздействие солнечного света вызывает фотосенсибилизацию с усилением раздражения. Случаи локализованных опухолей кожи имели место среди работников, работающих с угольными электродами, при несоблюдении правил личной гигиены; после иссечения и смены работы дальнейшего распространения или рецидива обычно не отмечается. При изготовлении электродов может образовываться значительное количество угольной и пековой пыли. Там, где такое воздействие пыли было серьезным и неадекватно контролируемым, время от времени поступали сообщения о том, что у производителей угольных электродов может развиться простой пневмокониоз с очаговой эмфиземой, осложненный развитием массивных фиброзных поражений. Как простые, так и осложненные пневмокониозы неотличимы от соответствующего состояния пневмокониозов угольщиков. При измельчении кокса в шаровых мельницах уровень шума достигает 100 дБА.
Примечание редактора: Международное агентство по изучению рака (IARC) отнесло алюминиевую промышленность к группе 1 известных причин возникновения рака у человека. Различные воздействия были связаны с другими заболеваниями (например, «туалетной астмой»), которые описаны в других разделах этого руководства. Энциклопедия.
Кабели бывают разных размеров для различных целей, от силовых кабелей сверхвысокого напряжения, по которым передается электрическая мощность более 100 киловольт, до телекоммуникационных кабелей. В последних в прошлом использовались медные проводники, но они были заменены оптоволоконными кабелями, которые передают больше информации по кабелю гораздо меньшего размера. Между ними находятся обычные кабели, используемые для домашней электропроводки, другие гибкие кабели и силовые кабели с напряжением ниже напряжения кабелей сверхнапряжения. Кроме того, существуют более специализированные кабели, такие как кабели с минеральной изоляцией (используемые там, где важна присущая им защита от возгорания при пожаре, например, на заводе, в гостинице или на борту корабля), эмалированные провода (используемые в качестве электрических кабелей). обмотки для двигателей), мишурная проволока (используется в фигурном соединении телефонной трубки), кабели для кухонных плит (в которых исторически использовалась асбестовая изоляция, но теперь используются другие материалы) и так далее.
Материалы и процессы
Проводники
Наиболее распространенным материалом, используемым в качестве проводника в кабелях, всегда была медь из-за ее электропроводности. Медь должна быть очищена до высокой чистоты, прежде чем из нее можно будет сделать проводник. Аффинаж меди из руды или лома представляет собой двухстадийный процесс:
На современных заводах медные катоды плавятся в шахтной печи и непрерывно отливаются и прокатываются в медную катанку. Этот стержень вытягивается до необходимого размера на проволочно-волочильном станке, протягивая медь через ряд точных штампов. Исторически сложилось так, что операция по волочению проволоки выполнялась в одном центральном месте, и множество машин производило проволоку разных размеров. В последнее время небольшие автономные фабрики имеют свои собственные, меньшие по размеру цеха по волочению проволоки. Для некоторых специальных применений медный проводник покрыт металлическим покрытием, таким как олово, серебро или цинк.
Алюминиевые проводники используются в воздушных силовых кабелях, где меньший вес более чем компенсирует меньшую проводимость по сравнению с медью. Алюминиевые проводники изготавливаются путем выдавливания нагретой алюминиевой заготовки через матрицу с помощью экструзионного пресса.
В более специализированных металлических проводниках используются специальные сплавы для конкретного применения. Сплав кадмия и меди использовался для воздушных контактных сетей (воздушный провод, используемый на железной дороге) и для мишуры, используемой в телефонной трубке. Кадмий увеличивает прочность на растяжение по сравнению с чистой медью и используется для того, чтобы контактная сеть не провисала между опорами. Бериллиево-медный сплав также используется в некоторых приложениях.
Оптические волокна, состоящие из непрерывной нити из высококачественного оптического стекла для передачи телекоммуникационных сигналов, были разработаны в начале 1980-х годов. Это потребовало совершенно новой технологии производства. Тетрахлорид кремния обжигают внутри токарного станка для нанесения диоксида кремния на заготовку. Диоксид кремния превращается в стекло при нагревании в атмосфере хлора; затем его вытягивают в размер, и наносят защитное покрытие.
Изоляция
Многие изоляционные материалы используются для различных типов кабелей. Наиболее распространенными типами являются пластиковые материалы, такие как ПВХ, полиэтилен, политетрафторэтилен (ПТФЭ) и полиамиды. В каждом случае состав пластика составляется в соответствии с технической спецификацией и наносится на внешнюю сторону проводника с помощью экструзионной машины. В некоторых случаях в пластиковую смесь могут быть добавлены материалы для конкретного применения. Некоторые силовые кабели, например, содержат силановое соединение для сшивания пластика. В тех случаях, когда кабель собирается закапывать в землю, добавляют пестицид, чтобы термиты не поедали изоляцию.
В некоторых гибких кабелях, особенно в подземных шахтах, используется резиновая изоляция. Для удовлетворения различных спецификаций необходимы сотни различных резиновых смесей, и требуется специализированное предприятие по производству резиновых смесей. Резина напрессована на проводник. Его также необходимо вулканизировать, пропуская либо через ванну с горячей нитритной солью, либо через жидкость под давлением. Чтобы соседние жилы с резиновой изоляцией не слипались, их протягивают через тальк.
Проводник внутри кабеля может быть обернут изолятором, например бумагой (которая может быть пропитана минеральным или синтетическим маслом) или слюдой. Затем наносится внешняя оболочка, как правило, путем экструзии пластика.
Были разработаны два метода изготовления кабелей с минеральной изоляцией (MI). В первом случае в медную трубку вставлено несколько сплошных медных проводников, а пространство между ними заполнено порошком оксида магния. Затем вся сборка проходит через серию штампов до требуемого размера. Другой метод заключается в непрерывной сварке медной спирали вокруг проводников, разделенных порошком. При использовании внешняя медная оболочка кабеля с минеральной изоляцией является заземлением, а внутренние проводники пропускают ток. Хотя внешний слой не требуется, некоторые клиенты выбирают оболочку из ПВХ по эстетическим соображениям. Это контрпродуктивно, так как основное преимущество МИ кабеля в том, что он не горит, а оболочка из ПВХ несколько нивелирует это преимущество.
В последние годы поведению кабелей при пожаре уделяется все больше внимания по двум причинам:
Для некоторых кабелей используется ряд специализированных материалов. Кабели Supertension заполнены маслом как для изоляции, так и для охлаждения. В других кабелях используется углеводородная смазка, известная как MIND, вазелин или свинцовая оболочка. Эмалированные провода обычно изготавливают путем покрытия их полиуретановой эмалью, растворенной в крезоле.
Кабельное производство
Во многих кабелях отдельные изолированные жилы скручены вместе, образуя определенную конфигурацию. Ряд катушек, содержащих отдельные проводники, вращаются вокруг центральной оси по мере того, как кабель протягивается через машину, в операциях, известных как Скручивание и простоя.
Некоторые кабели нуждаются в защите от механических повреждений. Это часто делают плетение, где материал вплетен вокруг внешней изоляции гибкого кабеля так, что каждая жила пересекает друг друга снова и снова по спирали. Примером такого плетеного кабеля (по крайней мере, в Великобритании) является кабель, используемый в электрических утюгах, где в качестве материала оплетки используется текстильная нить. В других случаях для плетения используется стальная проволока, где операция называется бронирование.
Вспомогательные операции
Кабели большего диаметра поставляются на барабанах диаметром до нескольких метров. Традиционно барабаны деревянные, но использовались и стальные. Деревянный барабан изготавливается путем сбивания пиломатериалов гвоздями с помощью станка или пневматического гвоздезабивного пистолета. Медно-хромово-мышьяковый консервант используется для предотвращения гниения древесины. Кабели меньшего размера обычно поставляются на картонной катушке.
Операция соединения двух концов кабелей вместе, известная как соединение, возможно, придется проводить в удаленном месте. Соединение должно иметь не только хорошее электрическое соединение, но и быть способным выдерживать будущие условия окружающей среды. Используемые герметики обычно представляют собой акриловые смолы и включают как изоцианатные соединения, так и порошок кремнезема.
Кабельные соединители обычно изготавливаются из латуни на автоматических токарных станках, которые изготавливают их из пруткового проката. Машины охлаждаются и смазываются водомасляной эмульсией. Кабельные зажимы изготавливаются на машинах для литья пластмасс под давлением.
Опасности и их предотвращение
Наиболее распространенной опасностью для здоровья в кабельной промышленности является шум. Самые шумные операции:
Уровень шума в этих районах обычно превышает 90 дБА. При волочении проволоки и плетении общий уровень шума зависит от количества и расположения машин и акустической среды. Расположение машины должно быть спланировано таким образом, чтобы свести к минимуму воздействие шума. Тщательно спроектированные акустические кожухи являются наиболее эффективным средством контроля шума, но они дороги. Для установок огневого рафинирования меди и непрерывной разливки медной катанки основными источниками шума являются горелки, которые должны быть рассчитаны на низкий уровень шума. В случае производства кабельных барабанов пневматические гвоздезабивные пистолеты являются основным источником шума, который можно уменьшить, снизив давление в воздушной линии и установив глушители выхлопа. Однако в большинстве вышеперечисленных случаев отраслевой нормой является обеспечение защиты органов слуха для рабочих в пострадавших районах, но такая защита будет более неудобной, чем обычно, из-за жаркой среды на медеплавильном заводе и непрерывного литья медных стержней. Также следует проводить регулярную аудиометрию для контроля слуха каждого человека.
Многие из угроз безопасности и их предотвращение такие же, как и во многих других производственных отраслях. Однако некоторые машины для изготовления кабелей представляют особую опасность, поскольку они имеют многочисленные катушки с проводниками, вращающимися вокруг двух осей одновременно. Важно убедиться, что ограждения машины заблокированы, чтобы предотвратить работу машины, если ограждения не находятся в положении, препятствующем доступу к рабочим зажимам и другим вращающимся частям, таким как большие кабельные барабаны. Во время первоначальной заправки машины, когда может возникнуть необходимость разрешить оператору доступ внутрь ограждения машины, машина должна двигаться только на несколько сантиметров за раз. Механизмы блокировки могут быть достигнуты за счет наличия уникального ключа, который либо открывает ограждение, либо его необходимо вставить в консоль управления, чтобы она могла работать.
Должна быть проведена оценка риска от разлетающихся частиц, например, если обрывается и вылетает провод.
Ограждения предпочтительно должны быть спроектированы таким образом, чтобы физически предотвращать попадание таких частиц на оператора. Если это невозможно, необходимо выдать и носить подходящую защиту для глаз. Операции волочения проволоки часто обозначаются как области, где необходимо использовать средства защиты глаз.
Проводники
В любом процессе обработки чугуна, таком как огневое рафинирование меди или литье медных стержней, необходимо предотвратить контакт воды с расплавленным металлом, чтобы предотвратить взрыв. Загрузка печи может привести к попаданию паров оксидов металлов на рабочее место. Это следует контролировать, используя эффективную местную вытяжную вентиляцию над загрузочным люком. Точно так же должны надлежащим образом контролироваться желоба, по которым расплавленный металл проходит из печи в разливочную машину, и сама разливочная машина.
Основной опасностью на электролизном заводе является туман серной кислоты, выделяющийся из каждой ячейки. Концентрации в воздухе должны поддерживаться ниже 1 мг/м3 соответствующей вентиляцией для предотвращения раздражения.
При литье медных стержней дополнительную опасность может представлять использование изоляционных плит или одеял для сохранения тепла вокруг литейного круга. Керамические материалы, возможно, заменили асбест в таких приложениях, но с самими керамическими волокнами необходимо обращаться с большой осторожностью, чтобы предотвратить их воздействие. Такие материалы становятся более рыхлыми (т. е. легко разрушаются) после использования, когда на них воздействует тепло, и в результате манипуляций с ними происходит воздействие переносимых по воздуху респирабельных волокон.
Необычная опасность возникает при производстве алюминиевых силовых кабелей. Суспензию графита в тяжелом масле наносят на поршень экструзионного пресса, чтобы предотвратить прилипание алюминиевой заготовки к поршню. Поскольку плашка горячая, часть этого материала сгорает и поднимается в подкровельное пространство. При условии, что поблизости нет оператора мостового крана, а крышные вентиляторы установлены и работают, не должно быть риска для здоровья рабочих.
Изготовление кадмий-медного сплава или бериллиево-медного сплава может представлять высокий риск для вовлеченных сотрудников. Поскольку кадмий кипит намного ниже температуры плавления меди, свежеобразованные пары оксида кадмия будут образовываться в больших количествах всякий раз, когда кадмий добавляется к расплавленной меди (что должно быть для получения сплава). Процесс можно безопасно осуществить только при очень тщательном проектировании местной вытяжной вентиляции. Точно так же производство сплава бериллий-медь требует большого внимания к деталям, поскольку бериллий является наиболее токсичным из всех токсичных металлов и имеет самые строгие пределы воздействия.
Производство оптических волокон является узкоспециализированной, высокотехнологичной операцией. Используемые химические вещества имеют свою особую опасность, а контроль рабочей среды требует проектирования, установки и обслуживания сложных систем LEV и технологической вентиляции. Эти системы должны управляться регулируемыми заслонками с компьютерным управлением. Основные химические опасности связаны с хлором, хлористым водородом и озоном. Кроме того, растворители, используемые для очистки штампов, должны обрабатываться в вытяжных шкафах, и следует избегать контакта кожи со смолами на основе акрилата, используемыми для покрытия волокон.
Изоляция
Как пластмассовые, так и резиновые операции представляют особую опасность, которую необходимо надлежащим образом контролировать (см. главу Резиновая промышленность). Хотя в кабельной промышленности могут использоваться другие соединения, чем в других отраслях, методы контроля одинаковы.
При нагревании пластмассы выделяют сложную смесь продуктов термического разложения, состав которых зависит от исходной пластмассы и температуры, которой она подвергается. При нормальной температуре обработки пластиковых экструдеров переносимые по воздуху загрязняющие вещества обычно представляют собой относительно небольшую проблему, но целесообразно установить вентиляцию над зазором между головкой экструдера и лотком для воды, используемым для охлаждения продукта, в основном для контроля воздействия фталата. пластификаторы, обычно используемые в ПВХ. Фаза операции, которая вполне может потребовать дальнейшего изучения, — это переналадка. Оператор должен стоять над головкой экструдера, чтобы удалить все еще горячую пластиковую смесь, а затем пропускать новую смесь (и на пол) до тех пор, пока через нее не пойдет только новый цвет, а кабель не будет центрирован в головке экструдера. На этом этапе может быть сложно спроектировать эффективный LEV, когда оператор находится так близко к головке экструдера.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) представляет особую опасность. Он может вызвать лихорадку полимерного дыма, симптомы которой напоминают грипп. Это временное состояние, но его следует предотвращать путем адекватного контроля воздействия нагретого соединения.
Использование каучука для изготовления кабелей представляет меньший уровень риска, чем другие виды использования каучука, например, в шинной промышленности. В обеих отраслях использование антиоксиданта (Nonox S), содержащего β-нафтиламин, до его изъятия в 1949 г. приводило к случаям рака мочевого пузыря спустя 30 лет у тех, кто подвергался воздействию до даты изъятия, но ни в только те, кто работал после 1949 г. В кабельной промышленности, однако, не наблюдается роста заболеваемости другими видами рака, особенно рака легких и желудка, как в шинной промышленности. Причина почти наверняка кроется в том, что при производстве кабелей экструзионные и вулканизационные машины закрыты, а воздействие на рабочих паров резины и резиновой пыли, как правило, намного ниже, чем в шинной промышленности. Одним из факторов, вызывающих потенциальную озабоченность на заводах по производству резиновых кабелей, является использование талька. Важно убедиться, что используется только неволокнистая форма талька (то есть та, которая не содержит волокнистого тремолита) и что тальк наносится в закрытом боксе с местной вытяжной вентиляцией.
Многие кабели имеют идентификационную маркировку. Там, где используются современные струйные видеопринтеры, риск для здоровья почти наверняка незначителен из-за очень малого количества используемого растворителя. Однако другие методы печати могут привести к значительному воздействию растворителей либо во время обычного производства, либо, что чаще всего, во время операций очистки. Поэтому для контроля такого воздействия следует использовать подходящие выхлопные системы.
Основными опасностями при изготовлении кабелей с минеральной изоляцией являются воздействие пыли, шума и вибрации. Первые два из них контролируются стандартными методами, описанными в другом месте. Воздействие вибрации имело место в прошлом во время обжим, когда на конце собранной трубы формировалось острие путем ручной вставки в машину с вращающимися молотками, чтобы острие можно было вставить в волочильную машину. Совсем недавно этот тип обжимного станка был заменен пневматическим, что устранило как вибрацию, так и шум, создаваемые старым методом.
Воздействие свинца во время покрытия свинцовой оболочкой следует контролировать с помощью адекватного LEV и запрета на прием пищи, питье и курение сигарет в местах, которые могут быть загрязнены свинцом. Следует проводить регулярный биологический мониторинг путем анализа образцов крови на содержание свинца в квалифицированной лаборатории.
Крезол, используемый в производстве эмалированных проводов, вызывает коррозию и имеет характерный запах при очень низких концентрациях. Часть полиуретана подвергается термическому разложению в печах для эмалирования с выделением толуолдиизоцианата (ТДИ), сильнодействующего респираторного сенсибилизатора. Вокруг печей с каталитическими камерами дожигания необходим хороший LEV, чтобы гарантировать, что TDI не загрязняет окружающую среду.
Вспомогательные операции
Стыковка операции представляют опасность для двух различных групп рабочих — тех, кто их производит, и тех, кто их использует. Производство включает в себя работу с фиброгенной пылью (диоксид кремния), респираторным сенсибилизатором (изоцианат) и кожным сенсибилизатором (акриловая смола). Эффективный LEV должен использоваться для надлежащего контроля воздействия на сотрудников, и необходимо носить подходящие перчатки, чтобы предотвратить контакт кожи со смолой. Основная опасность для пользователей соединений связана с сенсибилизацией кожи к смоле. Это может быть трудно контролировать, поскольку фуганок может быть не в состоянии полностью избежать контакта с кожей и часто будет находиться в удаленном месте от источника воды для очистки. Поэтому необходимо безводное моющее средство для рук.
Экологические опасности и их предотвращение
В основном производство кабеля не приводит к значительным выбросам за пределы завода. Из этого правила есть три исключения. Во-первых, воздействие паров растворителей, используемых для печати и других целей, контролируется с помощью систем LEV, которые выбрасывают пары в атмосферу. Такие выбросы летучих органических соединений (ЛОС) являются одним из компонентов, необходимых для образования фотохимического смога, и поэтому в ряде стран они подвергаются все большему давлению со стороны регулирующих органов. Вторым исключением является потенциальный выброс ТДИ при производстве эмалированной проволоки. Третье исключение состоит в том, что в ряде случаев производство сырья, используемого в кабелях, может привести к выбросам в окружающую среду, если не будут приняты меры контроля. Выбросы твердых частиц металлов от завода по очистке меди огнем и от производства сплавов кадмий-медь или бериллий-медь должны направляться в подходящие системы рукавных фильтров. Точно так же любые выбросы твердых частиц из смеси резины должны направляться в рукавный фильтр. Выбросы твердых частиц, хлористого водорода и хлора при производстве оптических волокон должны направляться в систему рукавных фильтров, за которой следует скруббер с едким натром.
Адаптировано из 3-го издания Энциклопедии по охране труда и технике безопасности.
Добыча золота ведется в небольших масштабах отдельными старателями (например, в Китае и Бразилии) и в крупных масштабах в подземных рудниках (например, в Южной Африке) и открытым способом (например, в США).
Простейшим методом добычи золота является промывание, при котором круглую емкость заполняют золотосодержащим песком или гравием, держат ее под струей воды и вращают. Более легкий песок и гравий постепенно смываются, оставляя частицы золота ближе к центру лотка. Более совершенная гидравлическая добыча золота заключается в направлении мощного потока воды на золотосодержащий гравий или песок. Это дробит материал и вымывает его через специальные шлюзы, в которых золото оседает, а более легкий гравий всплывает. Для разработки рек используются элеваторные земснаряды, состоящие из плоскодонных лодок, которые с помощью цепочки небольших ковшей зачерпывают материал со дна реки и выгружают его в просеивающий контейнер (грохот). Материал вращается в барабане по мере того, как на него направляется вода. Золотосодержащий песок просачивается через отверстия в барабане и падает на встряхивающие столы для дальнейшего концентрирования.
Существует два основных метода извлечения золота из руды. Это процессы, укрупнение и цианирование. Процесс амальгамирования основан на способности золота сплавляться с металлической ртутью, образуя амальгамы различной консистенции, от твердых до жидких. Золото можно довольно легко удалить из амальгамы, отогнав ртуть. При внутреннем амальгамировании золото отделяется внутри дробильного аппарата одновременно с дроблением руды. Снятая с аппарата амальгама промывается водой от примесей в специальных мисках. Затем оставшуюся ртуть выдавливают из амальгамы. При внешнем амальгамировании золото отделяют вне дробильных аппаратов, в смесителях или шлюзах (наклонный стол, покрытый медными листами). Перед удалением амальгамы добавляют свежую ртуть. Затем очищенную и промытую амальгаму прессуют. В обоих процессах ртуть удаляют из амальгамы перегонкой. Процесс объединения сегодня встречается редко, за исключением мелкомасштабной добычи, из-за экологических соображений.
Извлечение золота цианированием основано на способности золота образовывать устойчивую водорастворимую двойную соль KAu(CN)2 при сочетании с цианистым калием в ассоциации с кислородом. Пульпа, образующаяся при дроблении золотой руды, состоит из более крупных кристаллических частиц, известных как пески, и более мелких аморфных частиц, известных как ил. Песок, будучи более тяжелым, оседает на дне аппарата и пропускает растворы (включая ил). Процесс извлечения золота состоит из подачи тонкоизмельченной руды в ванну для выщелачивания и фильтрации через нее раствора цианида калия или натрия. Ил отделяют от растворов цианида золота добавлением загустителей и вакуумной фильтрацией. Кучное выщелачивание, при котором раствор цианида заливают на выровненную кучу крупноизмельченной руды, становится все более популярным, особенно при работе с бедными рудами и хвостами горных работ. В обоих случаях золото извлекают из раствора цианида золота путем добавления алюминиевой или цинковой пыли. В ходе отдельной операции в реактор для выщелачивания добавляют концентрированную кислоту для растворения цинка или алюминия, оставляя после себя твердое золото.
Под действием углекислоты, воды и воздуха, а также кислот, находящихся в руде, цианистые растворы разлагаются с выделением циановодородного газа. Для того чтобы этого не допустить, добавляют щелочь (известь или едкий натр). Цианистый водород также образуется при добавлении кислоты для растворения алюминия или цинка.
Другой метод цианирования включает использование активированного угля для удаления золота. Загустители добавляют в раствор цианида золота перед суспендированием активированным углем, чтобы уголь оставался во взвешенном состоянии. Золотосодержащий уголь удаляют просеиванием, а золото извлекают концентрированным щелочным цианидом в спиртовом растворе. Затем золото извлекают электролизом. Древесный уголь можно реактивировать путем обжига, а цианид можно восстановить и использовать повторно.
И амальгамирование, и цианирование производят металл, который содержит значительное количество примесей, содержание чистого золота редко превышает пробу 900 промилле, если только его не подвергают дальнейшей электролитической очистке для получения степени пробы до 999.8 промилле и выше.
Золото также извлекается как побочный продукт при плавке меди, свинца и других металлов (см. статью «Плавка и рафинирование меди, свинца и цинка» в этой главе).
Опасности и их предотвращение
Золотая руда, залегающая на больших глубинах, добывается подземным способом. Это требует принятия мер по предотвращению образования и распространения пыли в горных выработках. Выделение золота из мышьяковых руд вызывает отравление мышьяком горняков, загрязнение воздуха и почвы мышьякосодержащей пылью.
При добыче золота ртутью рабочие могут подвергаться воздействию высоких концентраций ртути в воздухе, когда ртуть помещается в шлюзы или удаляется из них, когда амальгама очищается или прессуется и когда ртуть отгоняется; Сообщалось об отравлении ртутью среди рабочих амальгамации и дистилляции. Риск воздействия ртути при амальгамировании стал серьезной проблемой в ряде стран Дальнего Востока и Южной Америки.
В процессах амальгамирования ртуть должна помещаться на шлюзы, а амальгама должна удаляться таким образом, чтобы гарантировать, что ртуть не попадет на кожу рук (используя лопаты с длинными ручками, защитную одежду, непроницаемую для ртути, и скоро). Обработка амальгамы и удаление или прессование ртути также должны быть максимально механизированы, исключая возможность прикосновения ртути к рукам; обработка амальгамы и отгонка ртути должны производиться в отдельных изолированных помещениях, в которых стены, потолки, полы, аппараты и рабочие поверхности покрыты материалом, не впитывающим ртуть и ее пары; все поверхности необходимо регулярно очищать, чтобы удалить все ртутные отложения. Все помещения, предназначенные для проведения работ с использованием ртути, должны быть оборудованы общеобменной и местной вытяжной вентиляцией. Эти вентиляционные системы должны быть особенно эффективными в помещениях, где ртуть отгоняется. Запасы ртути должны храниться в герметичных металлических контейнерах под специальным вытяжным шкафом; рабочие должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты, необходимыми для работы с ртутью; необходимо систематически контролировать воздух в помещениях, используемых для амальгамирования и дистилляции. Также должен быть медицинский контроль.
Загрязнение воздуха цианистым водородом на цианидных установках зависит от температуры воздуха, вентиляции, объема обрабатываемого материала, концентрации используемых растворов цианида, качества реагентов и количества открытых установок. Медицинское обследование рабочих золотоизвлекательных фабрик выявило признаки хронического отравления цианистым водородом, высокую частоту аллергических дерматитов, экземы и пиодермии (острое воспалительное заболевание кожи с гноетечением).
Особое значение имеет правильная организация приготовления растворов цианидов. Если не механизировать вскрытие бочек с цианистыми солями и подачу этих солей в ванны для растворения, может произойти значительное загрязнение цианидной пылью и цианистым газом. Растворы цианидов следует подавать через закрытые системы с помощью автоматических насосов-дозаторов. В установках для цианирования золота во всех аппаратах для цианирования должна поддерживаться правильная степень щелочности; кроме того, аппараты для цианирования должны быть герметичны и оборудованы системой LEV, обеспечивающей адекватную общую вентиляцию и мониторинг утечек. Все цианирующие аппараты, а также стены, полы, открытые площадки и лестницы помещений должны быть покрыты непористыми материалами и регулярно очищаться слабыми щелочными растворами.
Использование кислот для разрушения цинка при переработке золотого шлама может выделять цианистый водород и арсин. Поэтому эти операции должны производиться в специально оборудованных и обособленных помещениях с использованием местных вытяжек.
Курение должно быть запрещено, а рабочие должны быть обеспечены отдельными помещениями для еды и питья. Необходимо иметь в наличии оборудование для оказания первой помощи и содержать средства для немедленного удаления любого раствора цианида, попавшего на тело рабочих, и антидоты при отравлении цианидом. Рабочие должны быть обеспечены индивидуальной защитной одеждой, непроницаемой для цианистых соединений.
Экологические последствия
Имеются данные о воздействии паров металлической ртути и метилировании ртути в природе, особенно при обработке золота. В одном исследовании воды, поселений и рыбы в золотодобывающих районах Бразилии концентрация ртути в съедобных частях рыбы, употребляемой в пищу местным населением, почти в 6 раз превышала рекомендованный бразильским уровнем для потребления человеком (Palheta and Taylor 1995). В загрязненном районе Венесуэлы золотоискатели уже много лет используют ртуть для выделения золота из золотосодержащего песка и каменной крошки. Высокий уровень содержания ртути в поверхностных слоях почвы и каучуковых отложениях загрязненной территории представляет серьезную опасность для работников и здоровья населения.
Загрязнение сточных вод цианидами также вызывает серьезную озабоченность. Растворы цианидов должны быть обработаны перед выпуском или должны быть восстановлены и использованы повторно. Выбросы газообразного цианистого водорода, например, в реакторе сбраживания, обрабатываются скруббером перед выпуском из дымовой трубы.
Лампы состоят из двух основных типов: лампы накаливания (или накаливания) и газоразрядные лампы. Основные компоненты обоих типов ламп включают стекло, различные куски металлической проволоки, заполняющий газ и, как правило, цоколь. В зависимости от производителя лампы эти материалы либо изготавливаются внутри компании, либо могут быть получены от стороннего поставщика. Типичный производитель ламп изготавливает свои собственные стеклянные колбы, но может приобретать другие детали и стекла у специализированных производителей или других компаний, производящих лампы.
В зависимости от типа лампы могут использоваться различные стекла. В лампах накаливания и люминесцентных лампах обычно используется известково-натриевое стекло. В высокотемпературных лампах будет использоваться боросиликатное стекло, в то время как в газоразрядных лампах высокого давления будет использоваться либо кварц, либо керамика для дуговой трубки и боросиликатное стекло для внешней оболочки. Свинцовое стекло (содержащее примерно от 20 до 30% свинца) обычно используется для герметизации концов колб ламп.
Провода, используемые в качестве опор или соединителей в конструкции лампы, могут быть изготовлены из различных материалов, включая сталь, никель, медь, магний и железо, а нити накала - из вольфрама или вольфрам-ториевого сплава. Одним из важнейших требований к опорному проводу является то, что он должен соответствовать характеристикам расширения стекла в том месте, где провод проходит через стекло, чтобы проводить электрический ток для лампы. Часто в этом приложении используются многокомпонентные отводящие провода.
Основания (или колпачки) обычно изготавливаются из латуни или алюминия, причем латунь является предпочтительным материалом, когда требуется использование на открытом воздухе.
Лампы накаливания или лампы накаливания
Лампы накаливания или лампы накаливания являются старейшим типом ламп, которые все еще производятся. Они получили свое название от того, как эти лампы излучают свет: путем нагрева проволочной нити до температуры, достаточно высокой, чтобы заставить ее светиться. Хотя можно изготовить лампу накаливания практически с любым типом нити накала (ранние лампы использовали углерод), сегодня в большинстве таких ламп используется нить накала из вольфрама.
Вольфрамовые лампы. Обычный бытовой вариант этих ламп состоит из стеклянной колбы с вольфрамовой нитью накаливания. Электричество подается к нити накала по проводам, поддерживающим нить накала и проходящим через крепление стекла, припаянное к колбе. Затем провода подсоединяются к металлическому основанию, при этом один провод припаивается к центральному отверстию основания, а другой подключается к резьбовой оболочке. Несущие провода имеют специальный состав, поэтому они имеют те же характеристики расширения, что и стекло, предотвращая протечки, когда лампы нагреваются во время использования. Стеклянная колба обычно изготавливается из известкового стекла, а оправа из свинцового стекла. Двуокись серы часто используется при подготовке оправы. Диоксид серы действует как смазка при сборке высокоскоростной лампы. В зависимости от конструкции лампы колба может содержать вакуум или может использовать заполняющий газ аргон или какой-либо другой нереакционноспособный газ.
Лампы этой конструкции продаются с колбами из прозрачного стекла, матовыми колбами и колбами с покрытием из различных материалов. Матовые лампы и лампы, покрытые белым материалом (часто глиной или аморфным кремнеземом), используются для уменьшения бликов от нити накала, характерной для прозрачных ламп. Лампы также покрыты различными другими декоративными покрытиями, в том числе цветной керамикой и лаком снаружи колбы и другими цветами, такими как желтый или розовый, внутри колбы.
В то время как типичная бытовая форма является наиболее распространенной, лампы накаливания могут быть изготовлены во многих формах колб, включая трубчатые, шаровые и рефлекторные, а также во многих размерах и мощности, от сверхминиатюрных до больших сценических/студийных ламп.
Вольфрамово-галогенные лампы. Одной из проблем конструкции стандартной лампы накаливания с вольфрамовой нитью является то, что вольфрам испаряется во время использования и конденсируется на более холодной стеклянной стенке, затемняя ее и уменьшая светопропускание. Добавление галогена, такого как бромистый водород или бромистый метил, в наполняющий газ устраняет эту проблему. Галоген вступает в реакцию с вольфрамом, предотвращая его конденсацию на стеклянной стенке. Когда лампа остынет, вольфрам снова осядет на нить накала. Поскольку эта реакция лучше всего протекает при более высоком давлении лампы, вольфрамово-галогенные лампы обычно содержат газ при давлении в несколько атмосфер. Обычно галоген добавляют как часть заполняющего газа лампы, обычно в концентрации 2% или меньше.
В вольфрамово-галогенных лампах также могут использоваться колбы из кварца вместо стекла. Кварцевые лампы могут выдерживать более высокое давление, чем стеклянные. Однако кварцевые лампы представляют потенциальную опасность, поскольку кварц прозрачен для ультрафиолетового излучения. Хотя вольфрамовая нить излучает относительно мало ультрафиолета, длительное воздействие на близком расстоянии может вызвать покраснение кожи и раздражение глаз. Фильтрация света через защитное стекло значительно уменьшит количество ультрафиолета, а также обеспечит защиту от горячего кварца на случай, если лампа разорвется во время использования.
Опасности и меры предосторожности
В целом, самые большие опасности при производстве ламп, независимо от типа продукции, связаны с опасностями автоматизированного оборудования и обращения со стеклянными колбами, лампами и другими материалами. Порезы от стекла и проникновение в работающее оборудование являются наиболее распространенными причинами несчастных случаев; проблемы обращения с материалами, такие как повторяющиеся движения или травмы спины, вызывают особую озабоченность.
В лампах часто используется свинцовый припой. Для ламп, используемых при более высоких температурах, можно использовать припои, содержащие кадмий. При автоматизированной сборке ламп воздействие обоих этих припоев минимально. Там, где выполняется ручная пайка, например, при ремонте или полуавтоматических операциях, следует контролировать воздействие свинца или кадмия.
Потенциальное воздействие опасных материалов при производстве ламп неуклонно снижалось с середины 20-го века. Раньше при производстве ламп накаливания большое количество ламп травили плавиковой кислотой или растворами бифторидных солей для получения матовой лампы. Это в значительной степени было заменено использованием малотоксичного глиняного покрытия. Хотя фтористоводородная кислота не была полностью заменена, использование плавиковой кислоты было значительно сокращено. Это изменение снизило риск ожогов кожи и раздражения легких из-за кислоты. Керамические цветные покрытия, используемые снаружи некоторых ламповых изделий, ранее содержали пигменты тяжелых металлов, таких как свинец, кадмий, кобальт и другие, а также использовали фритту из свинцово-силикатного стекла как часть композиции. В последние годы многие пигменты, содержащие тяжелые металлы, были заменены менее токсичными красителями. В тех случаях, когда тяжелые металлы все еще используются, можно использовать менее токсичную форму (например, хром III вместо хрома VI).
Спиральные вольфрамовые нити по-прежнему изготавливаются путем намотки вольфрама на молибденовую или стальную проволоку оправки. После формирования и спекания катушки оправки растворяются либо соляной кислотой (для стали), либо смесью азотной и серной кислот для молибдена. Из-за потенциального воздействия кислоты эта работа обычно выполняется в вытяжных системах или, в последнее время, в полностью закрытых диссольверах (особенно там, где задействована азотно-серная смесь).
Наполняющие газы, используемые в вольфрамово-галогенных лампах, добавляются в лампы в полностью закрытых системах с небольшими потерями или воздействием. Использование бромистого водорода создает свои проблемы из-за его коррозионной природы. Должен быть предусмотрен LEV, а для систем подачи газа должны использоваться устойчивые к коррозии трубопроводы. Торированная вольфрамовая проволока (обычно с содержанием тория от 1 до 2%) до сих пор используется в некоторых типах ламп. Тем не менее, торий в проволочной форме представляет небольшой риск.
Диоксид серы необходимо тщательно контролировать. LEV следует использовать везде, где материал добавляется в процесс. Детекторы утечек также могут быть полезны в складских помещениях. Использование меньших 75-килограммовых газовых баллонов предпочтительнее больших 1,000-килограммовых контейнеров из-за потенциальных последствий катастрофического выброса.
Раздражение кожи может быть потенциально опасным из-за паяльных флюсов или смол, используемых в базовом цементе. В некоторых цементных базах вместо натуральных смол используется параформальдегид, что приводит к потенциальному воздействию формальдегида во время отверждения базового цемента.
Во всех лампах используется химическая «геттерная» система, в которой материал наносится на нить накала перед сборкой. Назначение газопоглотителя состоит в том, чтобы вступать в реакцию с любой остаточной влагой или кислородом в лампе после ее герметизации и удалять их. Типичные геттеры включают нитрид фосфора и смеси металлических порошков алюминия и циркония. В то время как геттер из нитрида фосфора довольно безвреден в использовании, обращение с металлическими порошками алюминия и циркония может быть опасным с точки зрения воспламенения. Геттеры наносятся влажными в органическом растворителе, но если материал просыпается, сухие металлические порошки могут воспламениться от трения. Пожары металлов следует тушить специальными огнетушителями класса D, их нельзя тушить водой, пеной или другими обычными материалами. Третий тип геттера включает использование фосфина или силана. Эти материалы могут быть включены в газовое наполнение лампы в низкой концентрации или могут быть добавлены в высокой концентрации и «вспыхнуты» в лампе перед окончательным заполнением газом. Оба эти материала очень токсичны; при использовании в высоких концентрациях на площадке следует использовать полностью закрытые системы с детекторами утечек и сигнализацией.
Газоразрядные лампы и трубки
Газоразрядные лампы, как модели низкого, так и высокого давления, более эффективны в соотношении свет на ватт, чем лампы накаливания. Люминесцентные лампы уже много лет используются в коммерческих зданиях и находят все более широкое применение в домашних условиях. Недавно были разработаны компактные версии люминесцентных ламп специально для замены ламп накаливания.
Газоразрядные лампы высокого давления уже давно используются для освещения больших территорий и улиц. Также разрабатываются версии этих продуктов с меньшей мощностью.
Флюоресцентные лампы
Люминесцентные лампы названы в честь люминесцентного порошка, используемого для покрытия внутренней части стеклянной трубки. Этот порошок поглощает ультрафиолетовый свет, создаваемый парами ртути, используемыми в лампе, и преобразует и повторно излучает его в виде видимого света.
Стекло, используемое в этой лампе, аналогично тому, которое используется в лампах накаливания, с использованием известкового стекла для трубки и свинцового стекла для креплений на каждом конце. В настоящее время используются два разных семейства люминофоров. Галофосфаты на основе хлорфторфосфата кальция или стронция являются более старыми люминофорами, получившими широкое распространение в начале 1950-х годов, когда они заменили люминофоры на основе силиката бериллия. Второе семейство люминофоров включает люминофоры, изготовленные из редкоземельных элементов, обычно включая иттрий, лантан и другие. Эти редкоземельные люминофоры обычно имеют узкий спектр излучения, и используется их смесь — обычно красный, синий и зеленый люминофор.
Люминофоры смешивают со связующей системой, суспендируют либо в органической смеси, либо в смеси вода/аммиак и наносят на внутреннюю часть стеклянной трубки. В органической суспензии используется бутилацетат, бутилацетат/нафта или ксилол. Из-за экологических норм суспензии на водной основе заменяют суспензии на органической основе. После нанесения покрытия его высушивают на трубке, а трубку нагревают до высокой температуры для удаления связующего.
К каждому концу лампы прикреплено по одному креплению. Теперь в лампу вводят ртуть. Это можно сделать разными способами. Хотя в некоторых районах ртуть добавляется вручную, преобладает автоматический способ, когда лампа устанавливается либо вертикально, либо горизонтально. У вертикальных машин стержень крепления на одном конце лампы закрыт. Затем сверху в лампу закапывают ртуть, лампу наполняют аргоном под низким давлением и герметизируют верхнее крепление, полностью герметизируя лампу. В горизонтальных машинах ртуть вводится с одной стороны, а выпуск лампы — с другой. Снова добавляется аргон до надлежащего давления, и оба конца лампы запаиваются. После герметизации к концам добавляются колпачки или основания, а затем провода либо припаиваются, либо привариваются к электрическим контактам.
Можно использовать два других возможных способа введения паров ртути. В одной системе ртуть содержится на полоске, пропитанной ртутью, которая высвобождает ртуть при первом включении лампы. В другой системе используется жидкая ртуть, но она содержится в стеклянной капсуле, прикрепленной к оправе. Капсула разрывается после того, как лампа была запечатана и исчерпана, что приводит к высвобождению ртути.
Компактные люминесцентные лампы представляют собой уменьшенные версии стандартных люминесцентных ламп, иногда включающие электронный балласт как неотъемлемый компонент лампы. В компактных флуоресцентных лампах обычно используется смесь редкоземельных люминофоров. Некоторые компактные лампы включают стартер накаливания, содержащий небольшое количество радиоактивных материалов, чтобы облегчить запуск лампы. Эти стартеры накаливания обычно используют криптон-85, водород-3, прометий-147 или природный торий, чтобы обеспечить так называемый темновой ток, который помогает лампе загореться быстрее. Это желательно с точки зрения потребителя, когда потребитель хочет, чтобы лампа включалась немедленно, без мерцания.
Опасности и меры предосторожности
Производство люминесцентных ламп претерпело значительные изменения. Раннее использование бериллийсодержащего люминофора было прекращено в 1949 году, что устранило значительную опасность для органов дыхания при производстве и использовании люминофора. На многих предприятиях суспензии люминофоров на водной основе заменили органические суспензии в покрытии люминесцентных ламп, снизив воздействие на рабочих, а также уменьшив выброс ЛОС в окружающую среду. Суспензии на водной основе предполагают некоторое минимальное воздействие аммиака, особенно во время смешивания суспензий.
Ртуть остается материалом, вызывающим наибольшую озабоченность при изготовлении люминесцентных ламп. Несмотря на то, что воздействие относительно низкое, за исключением зоны вокруг вытяжных машин, существует возможность значительного воздействия на рабочих, находящихся вокруг вытяжной машины, на механиков, работающих на этих машинах, и во время операций по очистке. Следует использовать средства индивидуальной защиты, такие как комбинезоны и перчатки, чтобы избежать или ограничить воздействие, и, при необходимости, средства защиты органов дыхания, особенно во время работ по техническому обслуживанию и очистке. На предприятиях по производству люминесцентных ламп должна быть разработана программа биологического мониторинга, включая анализ мочи на содержание ртути.
В двух производимых в настоящее время люминофорных системах используются материалы, которые считаются относительно малотоксичными. В то время как некоторые добавки к исходным люминофорам (такие как барий, свинец и марганец) имеют пределы воздействия, установленные различными правительственными учреждениями, эти компоненты обычно присутствуют в композициях в относительно низких процентах.
Фенолформальдегидные смолы используются в качестве электрических изоляторов в торцевых цоколях ламп. Цемент обычно включает натуральные и синтетические смолы, которые могут включать раздражители кожи, такие как гексаметилентетрамин. Автоматизированное оборудование для смешивания и обработки ограничивает возможность контакта этих материалов с кожей, тем самым ограничивая вероятность раздражения кожи.
Ртутные лампы высокого давления
Ртутные лампы высокого давления включают два похожих типа: те, в которых используется только ртуть, и те, в которых используется смесь ртути и различных галогенидов металлов. Принципиальная схема светильников аналогична. В обоих типах используется кварцевая дуговая трубка, содержащая ртуть или смесь ртути и галогенидов. Затем эту дуговую трубку заключают во внешнюю оболочку из твердого боросиликатного стекла, а для обеспечения электрических контактов добавляется металлическое основание. Внешняя оболочка может быть прозрачной или покрыта рассеивающим материалом или люминофором для изменения цвета света.
Ртутные лампы содержат только ртуть и аргон в кварцевой дуговой трубке лампы. Ртуть под высоким давлением генерирует свет с высоким содержанием синего и ультрафиолетового излучения. Кварцевая дуговая трубка полностью прозрачна для УФ-излучения, и в случае, если внешняя оболочка сломана или удалена, она представляет собой мощный источник УФ-излучения, который может вызвать ожоги кожи и глаз у тех, кто подвергается воздействию. Хотя типичная конструкция ртутной лампы будет продолжать работать, если снять внешнюю оболочку, производители также предлагают некоторые модели с плавким предохранителем, которые перестанут работать, если оболочка сломается. При обычном использовании боросиликатное стекло внешней оболочки поглощает высокий процент УФ-излучения, поэтому неповрежденная лампа не представляет опасности.
Из-за высокого содержания синего в спектре ртутной лампы внутренняя часть внешней оболочки часто покрывается люминофором, таким как фосфат ванадата иттрия или аналогичный люминофор, усиливающий красный цвет.
Металлогалогенные лампы также содержат ртуть и аргон в дуговой трубке, но добавляют галогениды металлов (обычно смесь натрия и скандия, возможно, с другими). Добавление галогенидов металлов увеличивает выход красного света лампы, создавая лампу с более сбалансированным световым спектром.
Опасности и меры предосторожности
Помимо ртути, к потенциально опасным материалам, используемым в производстве ртутных ламп высокого давления, относятся материалы покрытия, используемые на внешних оболочках, и галогенидные добавки, используемые в металлогалогенных лампах. Один из материалов покрытия представляет собой простой рассеиватель, такой же, как в лампах накаливания. Другой - цветокорректирующий люминофор, ванадат иттрия или фосфат ванадата иттрия. Хотя ванадат похож на пятиокись ванадия, он считается менее токсичным. Воздействие галогенидных материалов обычно незначительно, поскольку галогениды реагируют во влажном воздухе и должны храниться сухими и в инертной атмосфере во время обращения и использования. Точно так же, хотя натрий является высокореактивным металлом, с ним также необходимо обращаться в инертной атмосфере, чтобы избежать окисления металла.
Натриевые лампы
В настоящее время выпускаются два типа натриевых ламп. Лампы низкого давления содержат только металлический натрий в качестве источника света и излучают очень желтый свет. Натриевые лампы высокого давления используют ртуть и натрий для получения более белого света.
Натриевые лампы низкого давления имеют одну стеклянную трубку, содержащую металлический натрий, заключенную во вторую стеклянную трубку.
Натриевые лампы высокого давления содержат смесь ртути и натрия в дуговой трубке из высокочистого керамического оксида алюминия. За исключением состава дуговой трубки, конструкция натриевой лампы высокого давления практически такая же, как у ртутных и металлогалогенных ламп.
Опасности и меры предосторожности
Существует несколько уникальных опасностей при производстве натриевых ламп высокого или низкого давления. В обоих типах ламп натрий должен быть сухим. Чистый металлический натрий будет бурно реагировать с водой, выделяя газообразный водород и выделяя достаточно тепла, чтобы вызвать воспламенение. Металлический натрий, оставленный в воздухе, будет реагировать с влагой воздуха, образуя оксидное покрытие на металле. Чтобы избежать этого, с натрием обычно работают в перчаточном боксе в атмосфере сухого азота или аргона. На предприятиях, производящих натриевые лампы высокого давления, необходимы дополнительные меры предосторожности при обращении с ртутью, аналогичные тем, которые применяются на предприятиях, производящих ртутные лампы высокого давления.
Вопросы окружающей среды и общественного здравоохранения
Утилизация отходов и/или переработка ртутьсодержащих ламп — это вопрос, которому в течение последних нескольких лет уделяется большое внимание во многих регионах мира. Хотя с точки зрения затрат это в лучшем случае «безубыточная» операция, в настоящее время существует технология регенерации ртути из люминесцентных ламп и газоразрядных ламп высокого давления. Переработка материалов для ламп в настоящее время более точно описывается как рекультивация, поскольку материалы для ламп редко перерабатываются и используются для изготовления новых ламп. Как правило, металлические детали отправляются в металлолом. Восстановленное стекло можно использовать для изготовления стекловолокна или стеклянных блоков или использовать в качестве заполнителя в цементном или асфальтовом дорожном покрытии. Переработка может быть более дешевой альтернативой, в зависимости от местоположения и наличия вариантов переработки и утилизации опасных или специальных отходов.
Балласты, используемые в установках люминесцентных ламп, ранее содержали конденсаторы, в которых в качестве диэлектрика использовались ПХД. Хотя производство балластов, содержащих ПХБ, было прекращено, многие из старых балластов все еще могут использоваться из-за их длительного ожидаемого срока службы. Утилизация балластов, содержащих ПХД, может регулироваться и может требовать утилизации как особых или опасных отходов.
Производство стекла, особенно боросиликатного стекла, может быть значительным источником NO.x выброс в атмосферу. В последнее время в газовых горелках вместо воздуха используется чистый кислород в качестве средства снижения выбросов NO.x выбросы.
Адаптировано из 3-го издания Энциклопедии по охране труда и технике безопасности.
Промышленность по производству бытовых электроприборов отвечает за производство широкого спектра оборудования, включая приборы, предназначенные для использования в аудиовизуальных целях, для приготовления пищи, обогрева, приготовления пищи и хранения (охлаждения). Производство и производство таких приборов включает в себя множество высокоавтоматизированных процессов, которые могут быть сопряжены с опасностями для здоровья и характером заболеваний.
Производственные процессы
Материалы, используемые в производстве бытовых электроприборов, можно разделить на:
Примеры материалов, включенных в указанные четыре категории, показаны в таблице 1.
Таблица 1. Примеры материалов, используемых при изготовлении бытовых электроприборов
Драгоценные металлы |
Диэлектрики |
Краски/отделки |
Химия |
Нержавеющая сталь |
Неорганические материалы (например, слюда) |
Краски |
Кислоты |
алюминий |
Пластмассы (например, ПВХ) |
Лаки |
Щелочи |
Вести |
Резина |
Лакокрасочные |
Растворители |
Кадмий |
Кремнеорганические материалы |
Антикоррозионная обработка |
|
ртутный |
Другие полимеры (например, нейлон) |
Примечание. Свинец и ртуть все реже используются в производстве бытовых электроприборов.
Материалы, используемые в производстве бытовых электроприборов, должны удовлетворять строгим требованиям, включая способность выдерживать манипуляции, которые могут возникнуть при нормальной эксплуатации, способность выдерживать усталость металла и способность не подвергаться воздействию любых других процессов или обработки, которые могут привести к прибором опасно пользоваться как сразу, так и по прошествии длительного времени.
Материалы, используемые в промышленности, часто поступают на этапе сборки устройства, уже прошедшего несколько производственных процессов, каждый из которых может иметь свои собственные опасности и проблемы со здоровьем. Подробная информация об этих опасностях и проблемах рассматривается в соответствующих главах в других разделах настоящего документа. Энциклопедия.
Производственные процессы будут варьироваться от продукта к продукту, но в целом они будут следовать производственному потоку, показанному на рисунке 1. На этой диаграмме также показаны опасности, связанные с различными процессами.
Рисунок 1. Последовательность производственного процесса и опасности
Вопросы здоровья и безопасности
Огонь и взрыв
Многие из растворителей, красок и изоляционных масел, используемых в промышленности, являются горючими веществами. Эти материалы должны храниться в подходящих прохладных, сухих помещениях, предпочтительно в пожаробезопасном здании отдельно от производственного помещения. Контейнеры должны иметь четкую маркировку, а различные вещества должны быть хорошо разделены или храниться отдельно в соответствии с их температурой воспламенения и классом риска. В случае изоляционных материалов и пластиков важно получать информацию о горючести или огнестойкости каждого нового используемого вещества. Порошкообразный цирконий, который в настоящее время в значительных количествах используется в промышленности, также является пожароопасным.
Количество легковоспламеняющихся веществ, выдаваемых из складских помещений, должно быть сведено к минимуму, необходимому для производства. При сливе легковоспламеняющихся жидкостей могут образовываться заряды статического электричества, поэтому все емкости должны быть заземлены. Должны быть предусмотрены средства пожаротушения, и персонал склада должен быть проинструктирован по их использованию.
Покраску компонентов обычно проводят в специально построенных покрасочных камерах, которые должны иметь соответствующее вытяжное и вентиляционное оборудование, которое при использовании со средствами индивидуальной защиты (СИЗ) создаст безопасную рабочую среду.
При сварке следует соблюдать особые противопожарные меры.
Аварии
Прием, хранение и отгрузка сырья, комплектующих и готовой продукции могут привести к несчастным случаям, связанным с спотыканием и падением, падением предметов, вилочных погрузчиков и т.п. Ручная обработка материалов также может создавать эргономические проблемы, которые можно решить с помощью автоматизации, когда это возможно.
Поскольку в промышленности используется множество различных процессов, опасность несчастных случаев будет варьироваться от цеха к цеху на заводе. Во время производства компонентов будут возникать опасные факторы при использовании станков, механических прессов, машин для литья пластмасс под давлением и т. д., поэтому важно обеспечить эффективную защиту оборудования. Во время гальванопокрытий необходимо соблюдать меры предосторожности против брызг агрессивных химикатов. Во время сборки компонентов постоянное перемещение компонентов от одного процесса к другому означает, что опасность несчастных случаев из-за внутризаводского транспорта и механического погрузочно-разгрузочного оборудования высока.
Проверка качества не вызывает особых проблем с безопасностью. Однако проверка работоспособности требует особых мер предосторожности, поскольку испытания часто проводятся на полуфабрикатах или неизолированных приборах. Во время электрических испытаний все токоведущие компоненты, проводники, клеммы и измерительные приборы должны быть защищены от случайного прикосновения. Рабочее место должно быть ограждено, вход посторонних лиц запрещен, вывешены предупредительные таблички. На участках электрических испытаний особенно целесообразно предусмотреть аварийные выключатели, причем выключатели должны находиться на видном месте, чтобы в аварийной ситуации все оборудование могло быть немедленно обесточено.
Для испытательных приборов, испускающих рентгеновское излучение или содержащих радиоактивные вещества, существуют правила радиационной защиты. Компетентный надзиратель должен нести ответственность за соблюдение правил.
Особые риски возникают при использовании сжатых газов, сварочного оборудования, лазеров, пропиточных установок, оборудования для окраски распылением, печей отжига и отпуска и высоковольтных электроустановок.
Во время всех работ по ремонту и техническому обслуживанию необходимы адекватные программы блокировки/маркировки.
Опасность для здоровья
Профессиональные заболевания, связанные с производством бытового электрооборудования, относительно невелики и обычно не считаются тяжелыми. Такие проблемы, которые действительно существуют, характеризуются:
По возможности следует заменить высокотоксичные растворители и хлорсодержащие соединения менее опасными веществами; ни при каких обстоятельствах нельзя использовать бензол или четыреххлористый углерод в качестве растворителей. Отравление свинцом можно преодолеть заменой более безопасных материалов или методов и строгим соблюдением безопасных рабочих процедур, личной гигиены и медицинского наблюдения. Там, где существует опасность воздействия опасных концентраций атмосферных загрязнителей, следует регулярно контролировать воздух на рабочем месте и при необходимости принимать соответствующие меры, такие как установка вытяжной системы. Опасность шума может быть уменьшена за счет ограждения источников шума, использования звукопоглощающих материалов в рабочих помещениях или использования средств индивидуальной защиты органов слуха.
Инженеры по технике безопасности и промышленные врачи должны быть привлечены на этапе проектирования и планирования новых установок или операций, а опасности процессов или машин должны быть устранены до того, как процессы будут запущены. Это должно сопровождаться регулярным осмотром машин, инструментов, установок, транспортного оборудования, средств пожаротушения, мастерских и испытательных площадок и так далее.
Участие рабочих в усилиях по обеспечению безопасности имеет важное значение, и руководители должны обеспечить наличие и ношение средств индивидуальной защиты, где это необходимо. Особое внимание следует уделять обучению безопасности новых рабочих, поскольку на их долю приходится относительно высокая доля несчастных случаев.
Рабочие должны проходить медицинский осмотр перед приемом на работу и, если существует возможность воздействия опасных факторов, периодические осмотры по мере необходимости.
Многие процессы при производстве отдельных компонентов предполагают отбраковку отходов (например, «стружки» из листового или пруткового металла), и утилизация таких материалов должна осуществляться в соответствии с требованиями безопасности. Кроме того, если такие технологические отходы не могут быть возвращены производителю или изготовителю для переработки, то их последующая утилизация должна осуществляться с помощью утвержденных процессов во избежание загрязнения окружающей среды.
Основные экологические проблемы, связанные с производством электроприборов и оборудования, связаны с загрязнением и обработкой материалов, выбрасываемых в ходе производственных процессов, а также с рециклингом, где это возможно, всего продукта, когда срок его службы подходит к концу.
батареи
Выброс в атмосферу воздуха, загрязненного кислотой, щелочью, свинцом, кадмием и другими потенциально вредными веществами, а также загрязнение воды при производстве аккумуляторов следует по возможности предотвращать, а там, где это невозможно, следует контролировать обеспечить соблюдение соответствующего законодательства.
Использование батарей может вызвать проблемы со здоровьем населения. Утечка свинцово-кислотных или щелочных аккумуляторов может привести к ожогам из-за электролита. При перезарядке больших свинцово-кислотных аккумуляторов может выделяться газообразный водород, что может привести к пожару и взрыву в закрытых помещениях. Высвобождение тионилхлорида или двуокиси серы из больших литиевых батарей может быть связано с воздействием двуокиси серы, тумана соляной кислоты, сжиганием лития и т. д. и привело как минимум к одному летальному исходу (Ducatman, Ducatman and Barnes 1988). Это также может представлять опасность при производстве этих батарей.
Производители аккумуляторов осознали растущую озабоченность окружающей среды в связи с утилизацией аккумуляторов, содержащих токсичные тяжелые металлы, путем размещения их на свалках или сжигания вместе с другим мусором. Утечка токсичных металлов из свалок или, в качестве альтернативы, из дымоходов мусоросжигательных заводов может привести к загрязнению воды и воздуха. Поэтому производители признали необходимость снижения содержания ртути в батареях, в частности, в пределах, допускаемых современными технологиями. Кампания по устранению ртути началась до введения в действие в Европейском Союзе законодательства – Директивы ЕС о батареях.
Переработка – еще один способ борьбы с загрязнением окружающей среды. Никель-кадмиевые батареи относительно легко утилизируются. Восстановление кадмия очень эффективно, и он повторно используется в конструкции никель-кадмиевых аккумуляторов. Впоследствии никель будет использоваться в сталелитейной промышленности. Первоначальная экономическая оценка предполагала, что переработка никель-кадмиевых батарей нерентабельна, но ожидается, что технологические достижения улучшат ситуацию. Элементы из оксида ртути, на которые распространяется Директива ЕС по батареям, использовались в основном в слуховых аппаратах и обычно заменяются литиевыми или воздушно-цинковыми батареями. Элементы из оксида серебра перерабатываются, особенно в ювелирной промышленности, из-за ценности содержания серебра.
При переработке вредных материалов необходимо соблюдать осторожность, аналогичную той, которая применяется во время производственных процессов. Например, при переработке серебряных батарей рабочие могут подвергаться воздействию паров ртути и оксида серебра.
Ремонт и переработка свинцово-кислотных аккумуляторов может привести не только к отравлению свинцом среди рабочих, а иногда и их семей, но и к обширному загрязнению свинцом окружающей среды (Matte et al. 1989). Во многих странах, особенно в странах Карибского бассейна и Латинской Америки, свинцовые пластины автомобильных аккумуляторов сжигают для получения оксида свинца для глазури для гончарных изделий.
Производство электрических кабелей
Производство электрических кабелей имеет три основных источника загрязнения: пары растворителей, потенциальное выделение толуолдиизоцианата при производстве эмалированной проволоки и выбросы в окружающую среду при производстве материалов, используемых в кабелях. Все это требует соответствующего экологического контроля.
Производство электрических ламп и трубок
Основные экологические проблемы здесь связаны с удалением отходов и/или переработкой ртутьсодержащих ламп и удалением ПХД из балластов люминесцентных ламп. Производство стекла также может быть значительным источником выбросов оксидов азота в атмосферу.
Бытовые электроприборы
Поскольку производство электроприборов в значительной степени является сборочным производством, экологические проблемы минимальны, за исключением красок и растворителей, используемых в качестве поверхностных покрытий. Стандартные меры по борьбе с загрязнением должны быть приняты в соответствии с природоохранными нормами.
Утилизация электроприборов включает в себя разделение восстановленного оборудования на различные материалы, такие как медь и мягкая сталь, которые можно использовать повторно, что обсуждается в другом месте в этом документе. Энциклопедия.
Металлоплавильная и аффинажная промышленность перерабатывает металлические руды и металлолом для получения чистых металлов. Металлообрабатывающие производства перерабатывают металлы для производства деталей машин, машин, инструментов и инструментов, которые необходимы другим отраслям, а также другим различным отраслям экономики. В качестве исходных материалов используются различные виды металлов и сплавов, в том числе прокат (прутки, полосы, тонкий профиль, лист или трубы) и тянутый прокат (прутки, тонкий профиль, трубы или проволока). К основным приемам обработки металла относятся:
Для отделки металлов используется широкий спектр методов, включая шлифовку и полировку, абразивоструйную очистку и многие методы обработки поверхности и нанесения покрытий (гальванопокрытие, цинкование, термообработка, анодирование, порошковое покрытие и т. д.).
Литье или литье металла включает заливку расплавленного металла в полость внутри жаропрочной формы, которая является внешней или отрицательной формой рисунка желаемого металлического объекта. Форма может содержать стержень для определения размеров любой внутренней полости в окончательной отливке. Литейные работы включают в себя:
Основные принципы литейной технологии мало изменились за тысячи лет. Однако процессы стали более механизированными и автоматизированными. Деревянные модели заменены металлом и пластиком, разработаны новые материалы для изготовления стержней и форм, используется широкий спектр сплавов. Наиболее известным литейным процессом является литье чугуна в песчаные формы.
Железо, сталь, латунь и бронза являются традиционными литыми металлами. Крупнейший сектор литейной промышленности производит отливки из серого и высокопрочного чугуна. Литейные заводы по производству серого чугуна используют железо или чугун (новые слитки) для изготовления стандартных чугунных отливок. В литейных цехах по производству ковкого чугуна добавляют магний, церий или другие добавки (часто называемые ковшовые добавки) в ковши жидкого металла перед заливкой для изготовления отливок из шаровидного или ковкого чугуна. Различные добавки мало влияют на воздействие на рабочем месте. Сталь и ковкий чугун составляют баланс отрасли черной металлургии. Основными заказчиками крупнейших предприятий черной металлургии являются автомобильная, строительная и сельскохозяйственная отрасли. Занятость литейным производством чугуна снизилась, поскольку блоки двигателей стали меньше и их можно отливать в одну форму, а также по мере замены чугуна алюминием. На предприятиях цветного литья, особенно в алюминиевом и литье под давлением, большая занятость. Латунно-литейные заводы, как самостоятельные, так и производящие сантехнику, представляют собой сокращающийся сектор, который, тем не менее, остается важным с точки зрения гигиены труда. В последние годы в литейных изделиях используются титан, хром, никель и магний, а еще более токсичные металлы, такие как бериллий, кадмий и торий.
Хотя можно предположить, что литейная промышленность начинается с переплавки твердого материала в виде металлических слитков или чушек, черная и сталелитейная промышленность в крупных подразделениях может быть настолько интегрирована, что разделение становится менее очевидным. Например, коммерческая доменная печь может превращать всю свою продукцию в чугун, а на комбинате некоторое количество железа может использоваться для производства отливок, таким образом участвуя в литейном процессе, а доменный чугун может приниматься расплавленным для превращения в чугун. в сталь, где может произойти то же самое. На самом деле существует отдельный сектор торговли сталью, известный по этой причине как литье в слитках. В обычном чугунолитейном производстве переплавка чугуна также является процессом рафинирования. В литейных цехах цветных металлов процесс плавки может потребовать добавления металлов и других веществ и, таким образом, представляет собой процесс легирования.
В чугунолитейном секторе преобладают формы из кварцевого песка, скрепленного глиной. Сердечники, которые традиционно производились путем обжига кварцевого песка, связанного растительными маслами или натуральными сахарами, были существенно заменены. Современная технология литья разработала новые методы изготовления форм и стержней.
В целом опасности для здоровья и безопасности литейных производств можно классифицировать по типу отливки металла, процессу формования, размеру отливки и степени механизации.
Обзор процесса
На основе чертежей конструктора строится выкройка, соответствующая внешней форме готовой металлической отливки. Таким же образом изготавливается стержневой ящик, из которого будут производиться подходящие стержни, определяющие внутреннюю конфигурацию конечного изделия. Литье в песчаные формы является наиболее широко используемым методом, но доступны и другие методы. К ним относятся: литье в постоянные формы с использованием литейных форм из железа или стали; литье под давлением, при котором расплавленный металл, часто легкий сплав, заливается в металлическую форму под давлением от 70 до 7,000 кгс/см.2; и литье по выплавляемым моделям, при котором каждая отливка, которую предстоит произвести, изготавливается из воска и покрывается огнеупором, который образует форму, в которую заливается металл. В процессе «потерянной пены» используются узоры пенополистирола в песке для изготовления алюминиевых отливок.
Металлы или сплавы плавят и готовят в печах, которые могут быть ваграночными, вращающимися, отражательными, тигельными, электродуговыми, канальными или безтигельными индукционными (см. табл. 1). Выполняются соответствующие металлургические или химические анализы. Заливка расплавленного металла в собранную форму осуществляется либо через ковш, либо непосредственно из печи. После остывания металла форму и стержневой материал удаляют (выбивка, зачистка или выбивка), а отливку очищают и правят (удаление литника, дробеструйная или гидроструйная очистка и другие абразивные методы). Для некоторых отливок может потребоваться сварка, термообработка или покраска, прежде чем готовое изделие будет соответствовать спецификациям покупателя.
Таблица 1. Типы литейных печей
Печь |
Описание |
Вагранка |
Вагранка представляет собой высокую вертикальную печь, открытую вверху с откидными дверцами внизу. Он загружается сверху чередующимися слоями кокса, известняка и металла; расплавленный металл удаляется снизу. Особые опасности включают угарный газ и тепло. |
Электродуговая печь |
В печь загружают слитки, лом, легированные металлы и флюсы. Между тремя электродами и металлической шихтой возникает дуга, расплавляющая металл. Шлак с флюсами покрывает поверхность расплавленного металла для предотвращения окисления, рафинирования металла и защиты свода печи от перегрева. Когда все готово, электроды поднимают, а печь наклоняют, чтобы вылить расплавленный металл в приемный ковш. К особым опасностям относятся металлические пары и шум. |
Индукционная печь |
Индукционная печь плавит металл, пропуская сильный электрический ток через медные катушки снаружи печи, индуцируя электрический ток на внешнем краю металлической шихты, который нагревает металл из-за высокого электрического сопротивления металлической шихты. Плавление идет снаружи шихты внутрь. К особой опасности относятся пары металлов. |
Тигельная печь |
Тигель или емкость с металлической шихтой нагревают газовой или масляной горелкой. По готовности тигель вынимают из печи и наклоняют для заливки в формы. К особым опасностям относятся угарный газ, пары металлов, шум и высокая температура. |
Вращающаяся печь |
Длинная наклонно вращающаяся цилиндрическая печь, которая загружается сверху и топится снизу. |
Канальная печь |
Тип индукционной печи. |
Отражательная печь |
Эта горизонтальная печь состоит из камина на одном конце, отделенного от металлической шихты низкой перегородкой, называемой пожарным мостом, и дымовой трубы на другом конце. Металл защищен от контакта с твердым топливом. И камин, и металлическая засыпка накрыты арочной крышей. Пламя на своем пути от камина к штабелю отражается вниз или отражается от металла под ним, расплавляя его. |
Опасности, такие как опасность, возникающая из-за присутствия горячего металла, являются общими для большинства литейных производств, независимо от используемого конкретного процесса литья. Опасности также могут быть связаны с конкретным литейным процессом. Например, использование магния сопряжено с риском возгорания, которого нет в других отраслях металлургического литья. В этой статье особое внимание уделяется чугунолитейным производствам, которые содержат большинство типичных литейных опасностей.
В механизированном или производственном литейном производстве используются те же основные методы, что и в обычном чугунолитейном. Когда формование производится, например, машинным способом, а отливки очищаются дробеструйной или гидроструйной очисткой, машина обычно имеет встроенные пылеулавливающие устройства, и опасность пыли снижается. Однако песок часто перемещается с места на место на открытом ленточном конвейере, а точки перегрузки и разливы песка могут быть источниками значительного количества переносимой по воздуху пыли; ввиду высокой производительности количество переносимой по воздуху пыли может быть даже выше, чем в обычном литейном производстве. Обзор данных по отбору проб воздуха в середине 1970-х годов показал более высокие уровни запыленности на крупных американских производственных литейных предприятиях, чем на небольших литейных предприятиях, отобранных в тот же период. Установка вытяжных колпаков над точками перегрузки на ленточных конвейерах в сочетании с тщательным ведением хозяйства должна стать обычной практикой. Транспортировка с помощью пневматических систем иногда экономически возможна и приводит к практически беспыльной транспортной системе.
Чугунолитейные заводы
Для простоты можно предположить, что литейный цех состоит из следующих шести секций:
Во многих литейных цехах почти любой из этих процессов может выполняться одновременно или последовательно в одном и том же цехе.
В типичном производственном литейном цехе чугун переходит от плавки к разливке, охлаждению, выбивке, очистке и отгрузке в виде готовой отливки. Песок проходит цикл от песчаной смеси, формования, встряхивания и обратно до смешивания песка. Песок добавляется в систему при изготовлении керна, которое начинается с нового песка.
Плавление и заливка
Чугунолитейная промышленность в значительной степени зависит от вагранки для плавки и рафинирования металла. Вагранка представляет собой высокую вертикальную печь, открытую вверху с дверцами на петлях внизу, облицованную огнеупором и загружаемую коксом, железным ломом и известняком. Воздух продувается через шихту через отверстия (фурмы) в днище; сжигание кокса нагревает, плавит и очищает железо. Шихтовые материалы подаются в верхнюю часть вагранки с помощью крана во время работы и должны храниться под рукой, обычно на складах или в бункерах во дворе, прилегающем к загрузочному оборудованию. Аккуратность и эффективный надзор за штабелями сырья необходимы для сведения к минимуму риска получения травм из-за соскальзывания тяжелых предметов. Краны с большими электромагнитами или тяжелыми грузами часто используются для уменьшения металлолома до приемлемых размеров для загрузки в вагранку и для заполнения самих загрузочных бункеров. Кабина крана должна быть хорошо защищена, а операторы должны быть обучены.
Работники, работающие с сырьем, должны носить кожаную одежду и защитную обувь. Неосторожная загрузка может привести к переполнению бункера и опасной утечке. Если процесс загрузки оказывается слишком шумным, шум от ударов металла о металл можно уменьшить, установив резиновые шумопоглощающие вкладыши на скипы и бункеры для хранения. Платформа для зарядки обязательно находится выше уровня земли и может представлять опасность, если она не ровная и не имеет нескользкой поверхности и прочных поручней вокруг нее и любых отверстий в полу.
Вагранки выделяют большое количество угарного газа, который может просачиваться через загрузочные дверцы и уноситься обратно локальными вихревыми токами. Угарный газ невидим, не имеет запаха и может быстро привести к токсичным уровням окружающей среды. Сотрудники, работающие на зарядной платформе или окружающих мостках, должны быть хорошо обучены распознавать симптомы отравления угарным газом. Необходим как непрерывный, так и точечный мониторинг уровней воздействия. Автономные дыхательные аппараты и реанимационное оборудование должны находиться в готовности, а операторы должны быть проинструктированы по их использованию. При проведении аварийных работ должна быть разработана и внедрена система мониторинга загрязняющих веществ на входе в замкнутое пространство. Все работы должны контролироваться.
Купола обычно располагают парами или группами, так что пока один ремонтируется, другие работают. Срок использования должен основываться на опыте долговечности огнеупоров и инженерных рекомендациях. Должны быть заранее разработаны процедуры по выемке железа и отключению при появлении очагов перегрева или при выходе из строя системы водяного охлаждения. Ремонт вагранки обязательно предполагает присутствие работников внутри самой оболочки вагранки для ремонта или замены огнеупорной футеровки. Эти назначения следует рассматривать как вход в замкнутое пространство и принимать соответствующие меры предосторожности. Следует также принять меры предосторожности для предотвращения выброса материала через загрузочные дверцы в такое время. Для защиты рабочих от падающих предметов они должны носить защитные каски, а при работе на высоте – страховочные пояса.
Рабочие, осуществляющие выпуск вагранки (перелив расплавленного металла из ваграночного колодца в раздаточный котел или ковш), должны соблюдать строгие меры индивидуальной защиты. Необходимы очки и защитная одежда. Защитные очки должны выдерживать как высокоскоростные удары, так и расплавленный металл. Необходимо соблюдать крайнюю осторожность, чтобы остатки расплавленного шлака (ненужные обломки, удаляемые из расплава с помощью добавок известняка) и металла не попали в контакт с водой, что может вызвать паровой взрыв. Сборщики и контролеры должны следить за тем, чтобы любой человек, не участвующий в работе вагранки, оставался за пределами опасной зоны, которая ограничивается радиусом около 4 м от горловины вагранки. Разграничение несанкционированной запретной зоны является обязательным требованием в соответствии с Правилами британских чугунолитейных заводов 1953 года.
Когда работа вагранки подходит к концу, дно вагранки опускается для удаления нежелательного шлака и другого материала, оставшегося внутри корпуса, прежде чем сотрудники смогут выполнить плановое техническое обслуживание огнеупора. Сбрасывание днища вагранки является квалифицированной и опасной операцией, требующей квалифицированного надзора. Необходим огнеупорный пол или слой сухого песка, на который можно сбрасывать мусор. В случае возникновения проблемы, такой как заклинивание нижней дверцы вагранки, необходимо проявлять большую осторожность, чтобы избежать риска ожогов рабочих горячим металлом и шлаком.
Видимый добела раскаленный металл представляет опасность для глаз рабочих из-за излучения инфракрасного и ультрафиолетового излучения, длительное воздействие которых может вызвать катаракту.
Ковш должен быть высушен перед заливкой расплавленным металлом, чтобы не допустить паровых взрывов; должен быть установлен удовлетворительный период нагрева пламени.
Работники металлургических и литейных участков литейного производства должны быть обеспечены касками, тонированными средствами защиты глаз и лица, алюминированной одеждой, такой как фартуки, гетры или гетры (голени и голени) и обувью. Использование защитного снаряжения должно быть обязательным, и должны быть проведены соответствующие инструкции по его использованию и обслуживанию. Высокие стандарты ведения хозяйства и исключение воды в максимально возможной степени необходимы во всех областях, где манипулируют расплавленным металлом.
Там, где большие ковши сбрасываются с кранов или подвесных конвейеров, следует использовать устройства надежного управления ковшом, чтобы предотвратить рассыпание металла, если оператор отпускает его или ее захват. Крюки, удерживающие ковши с расплавленным металлом, должны периодически проверяться на усталость металла, чтобы предотвратить поломку.
В производственных литейных цехах собранная форма перемещается по механическому конвейеру на вентилируемую разливочную станцию. Разливка может осуществляться из ковша с ручным управлением с механическим приводом, делительного ковша, управляемого из кабины, или может быть автоматической. Обычно разливочная станция снабжена компенсационным колпаком с прямой подачей воздуха. Залитая форма движется по конвейеру через вытяжной охлаждающий туннель до выбивки. В небольших литейных цехах формы могут быть отлиты на полу литейного цеха и сожжены там. В этой ситуации ковш должен быть оборудован передвижным вытяжным колпаком.
Выпуск и транспортировка расплавленного железа, а также загрузка электропечей создают воздействие паров оксида железа и других оксидов металлов. Заливка в форму приводит к воспламенению и пиролизу органических материалов с образованием большого количества окиси углерода, дыма, канцерогенных полиядерных ароматических углеводородов (ПАУ) и продуктов пиролиза из материалов сердцевины, которые могут быть канцерогенными, а также респираторными сенсибилизаторами. Формы, содержащие большие сердцевины холодильных боксов с полиуретановым покрытием, выделяют густой раздражающий дым, содержащий изоцианаты и амины. Основным средством контроля опасности выгорания формы является локальная вытяжная станция разливки и охлаждающий туннель.
В литейных цехах с крышными вентиляторами для вытяжных операций разливки высокие концентрации металлических паров могут быть обнаружены в верхних областях, где расположены кабины кранов. Если в кабинах есть оператор, они должны быть закрытыми и снабжаться отфильтрованным кондиционированным воздухом.
Создание шаблона
Изготовление моделей — это высококвалифицированная работа по переводу двухмерных планов дизайна в трехмерный объект. Традиционные деревянные узоры изготавливаются в стандартных мастерских, в которых есть ручные инструменты и электрическое режущее и строгальное оборудование. В этом случае должны быть приняты все практически возможные меры для максимально возможного снижения шума, а также должны быть предусмотрены подходящие средства защиты органов слуха. Важно, чтобы сотрудники знали о преимуществах использования такой защиты.
Станки для резки и отделки древесины с механическим приводом являются очевидными источниками опасности, и часто невозможно установить подходящие защитные приспособления, не препятствуя работе станка. Работники должны хорошо разбираться в нормальных рабочих процедурах, а также должны быть проинструктированы об опасностях, связанных с работой.
Распиловка древесины может привести к воздействию пыли. Должны быть установлены эффективные системы вентиляции для удаления древесной пыли из атмосферы модельного цеха. В некоторых отраслях, использующих твердую древесину, наблюдался рак носа. Это не было изучено в учредительной промышленности.
Литье в постоянные металлические формы, как и литье под давлением, стало важным достижением в литейной промышленности. В этом случае изготовление моделей в значительной степени заменяется инженерными методами и фактически представляет собой операцию по изготовлению штампов. Большинство опасностей при изготовлении моделей и риски, связанные с песком, устранены, но заменены риском, связанным с использованием какого-либо огнеупорного материала для покрытия штампа или формы. В современных литейных работах все чаще используются песчаные стержни, и в этом случае опасность пыли, связанная с литейным производством, все еще присутствует.
Формовочные
В наиболее распространенном процессе формования в чугунолитейной промышленности используется традиционная форма «зеленый песок», изготовленная из кварцевого песка, угольной пыли, глины и органических связующих. Другие методы изготовления форм заимствованы из стержневого производства: термореактивные, холодные самотвердеющие и газовые. Эти методы и связанные с ними опасности будут обсуждаться в разделе изготовления стержней. Также могут использоваться постоянные формы или процесс литья по выплавляемым моделям, особенно в алюминиевой литейной промышленности.
В производственных литейных цехах смешивание песка, формование, сборка форм, заливка и выбивка интегрированы и механизированы. Песок из вытряхивания возвращается обратно в операцию смешивания песка, где добавляются вода и другие добавки, а песок смешивается в мельницах для поддержания желаемых физических свойств.
Для удобства сборки выкройки (и их формы) состоят из двух частей. При ручном изготовлении формы заключают в металлические или деревянные рамы, называемые колбы. Нижняя половина выкройки помещается в нижнюю колбу (т. дорогой), а вокруг узора насыпается сначала мелкий, а затем тяжелый песок. Песок уплотняется в пресс-форме с помощью толчкового сжатия, пескоразбрасывателя или прессования. Верхняя колба (т. справляться) готовится аналогично. Деревянные распорки помещаются в выступ, чтобы сформировать литниковые и стоячие каналы, по которым расплавленный металл стекает в полость формы. Шаблоны удаляются, вставляется сердцевина, а затем две половины формы собираются и скрепляются вместе, готовые к заливке. В производственных литейных цехах опоки и опоки изготавливают на механическом конвейере, стержни помещают в опоки опоки, а форму собирают механическим способом.
Кремнеземная пыль представляет собой потенциальную проблему при работе с песком. Формовочный песок обычно либо влажный, либо смешанный с жидкой смолой, и поэтому он с меньшей вероятностью будет значительным источником вдыхаемой пыли. Иногда добавляют разделительный агент, такой как тальк, чтобы облегчить удаление модели из формы. Вдыхаемый тальк вызывает талькоз, разновидность пневмокониоза. Разделительные агенты более распространены там, где используется ручное формование; в более крупных, более автоматических процессах их редко можно увидеть. Химические вещества иногда распыляют на поверхность формы, суспендируют или растворяют в изопропиловом спирте, который затем выжигают, оставляя соединение, обычно типа графита, покрывающее форму, чтобы получить отливку с более тонкой обработкой поверхности. Это влечет за собой непосредственную пожароопасность, и все сотрудники, участвующие в нанесении этих покрытий, должны быть обеспечены огнезащитной защитной одеждой и средствами защиты рук, так как органические растворители также могут вызывать дерматиты. Покрытия следует наносить в проветриваемой камере, чтобы исключить попадание органических паров на рабочее место. Также следует соблюдать строгие меры предосторожности, чтобы обеспечить безопасное хранение и использование изопропилового спирта. Его следует переместить в небольшой сосуд для немедленного использования, а большие сосуды для хранения следует держать подальше от процесса сжигания.
Изготовление пресс-форм вручную может включать в себя манипулирование большими и громоздкими объектами. Сами формы тяжелые, как и опоки или опоки. Их часто поднимают, перемещают и укладывают вручную. Травмы спины распространены, и необходимы силовые вспомогательные средства, чтобы сотрудникам не приходилось поднимать слишком тяжелые предметы, чтобы их можно было безопасно переносить.
Доступны стандартизированные конструкции корпусов смесителей, конвейеров, станций розлива и встряхивания с соответствующими объемами выхлопа и скоростями захвата и транспортировки. Соблюдение таких конструкций и строгое профилактическое техническое обслуживание систем управления позволит достичь соответствия международно признанным ограничениям воздействия пыли.
Изготовление стержней
Стержни, вставленные в форму, определяют внутреннюю конфигурацию полой отливки, такой как водяная рубашка блока цилиндров. Сердечник должен выдерживать процесс литья, но в то же время не должен быть настолько прочным, чтобы сопротивляться извлечению из отливки на стадии выбивки.
До 1960-х годов стержневые смеси включали песок и вяжущие вещества, такие как льняное масло, патока или декстрин (нефтеносный песок). Песок укладывался в стержневой ящик с полостью в форме керна, а затем сушился в печи. В стержневых печах выделяются вредные продукты пиролиза, и для них требуется подходящая, хорошо обслуживаемая система дымохода. Обычно конвекционных потоков внутри печи достаточно для обеспечения удовлетворительного удаления паров с рабочего места, хотя они вносят огромный вклад в загрязнение воздуха. опасность незначительна; в некоторых случаях, однако, небольшие количества акролеина в дымах могут быть значительными неприятностями. Стержни могут быть обработаны «факельным покрытием» для улучшения качества поверхности отливки, что требует тех же мер предосторожности, что и в случае литейных форм.
Горячее формование или формование оболочков и изготовление стержней - это процессы термоусадки, используемые в чугунолитейных производствах. Новый песок можно смешивать со смолой в литейном цехе, или песок, покрытый смолой, можно отправлять в мешках для добавления в стержневую машину. Смола-песок впрыскивается в металлическую модель (стержневой ящик). Затем выкройка нагревается прямым пламенем природного газа в горячем ящике или другими способами для стержней оболочки и формовки. В горячих ящиках обычно используется фурфуриловый спирт (фуран), мочевино- или фенолформальдегидная термореактивная смола. При формовании оболочек используется мочевино- или фенолформальдегидная смола. После короткого времени отверждения сердцевина значительно затвердевает, и ее можно вытолкнуть из шаблонной пластины с помощью выталкивающих штифтов. Изготовление горячих камер и корпусных стержней приводит к значительному воздействию формальдегида, который, вероятно, является канцерогеном, и других загрязняющих веществ, в зависимости от системы. Меры контроля формальдегида включают прямую подачу воздуха на рабочее место оператора, локальную вытяжку в стержневом ящике, ограждение и локальную вытяжку на станции хранения стержней, а также смолы с низким уровнем выбросов формальдегида. Удовлетворительного контроля добиться трудно. За стержневыми рабочими должно быть обеспечено медицинское наблюдение за респираторными заболеваниями. Следует избегать контакта феноло- или мочевиноформальдегидной смолы с кожей или глазами, поскольку эти смолы являются раздражителями или сенсибилизаторами и могут вызывать дерматит. Избежать проблемы поможет обильное промывание водой.
Используемые в настоящее время системы холодного отверждения (без обжига) включают: катализируемые кислотой мочевино- и фенолформальдегидные смолы с фурфуриловым спиртом и без него; алкидные и фенольные изоцианаты; Фаскольд; самозатвердевающие силикаты; Иносет; цементный песок и жидкий или литейный песок. Отвердители холодного отверждения не требуют внешнего нагрева для затвердевания. Изоцианаты, используемые в связующих, обычно основаны на метилендифенилизоцианате (МДИ), который при вдыхании может действовать как респираторный раздражитель или сенсибилизатор, вызывая астму. Рекомендуется использовать перчатки и защитные очки при обращении или использовании этих соединений. Сами изоцианаты следует тщательно хранить в герметичных контейнерах в сухих условиях при температуре от 10 до 30°С. Пустые емкости для хранения должны быть заполнены и выдержаны в течение 24 часов 5%-ным раствором карбоната натрия, чтобы нейтрализовать любые остаточные химические вещества, оставшиеся в бочке. К процессам формования смолы следует строго применять самые общие принципы ведения хозяйства, но при обращении с катализаторами, используемыми в качестве отвердителей, следует проявлять наибольшую осторожность. Катализаторами фенольных и масляных изоцианатных смол обычно служат ароматические амины на основе пиридиновых соединений, представляющие собой жидкости с резким запахом. Они могут вызывать сильное раздражение кожи и поражение почек и печени, а также влиять на центральную нервную систему. Эти компаунды поставляются либо в виде отдельных добавок (трехкомпонентное связующее), либо в готовом виде смешаны с масляными материалами, а LEV должен быть обеспечен на стадиях смешивания, формования, отливки и выбивки. Для некоторых других процессов без обжига в качестве катализаторов используются фосфорные или различные сульфокислоты, которые также токсичны; должны быть надлежащим образом защищены от несчастных случаев во время транспортировки или использования.
Изготовление стержней с газовой закалкой включает двуокись углерода ( CO2)-силикатный и изокурный (или «ашлендский») процессы. Множество вариаций СО2-силикатный процесс разрабатывался с 1950-х годов. Этот процесс обычно используется для производства средних и больших форм и стержней. Основной песок представляет собой смесь силиката натрия и кварцевого песка, обычно модифицированную путем добавления таких веществ, как патока, в качестве агентов разложения. После заполнения стержневого ящика стержень отверждается путем пропускания углекислого газа через стержневую смесь. Это образует карбонат натрия и силикагель, который действует как связующее.
Силикат натрия является щелочным веществом и может нанести вред при попадании на кожу или в глаза или при попадании внутрь. Рекомендуется предусмотреть аварийный душ рядом с местами, где обрабатываются большие количества силиката натрия, и всегда следует носить перчатки. Легкодоступный фонтанчик для промывания глаз должен быть расположен в любом литейном цехе, где используется силикат натрия. Сотрудничество2 может поставляться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Там, где он поставляется в баллонах или резервуарах под давлением, следует принимать множество мер предосторожности, таких как хранение баллонов, техническое обслуживание клапанов, обращение и так далее. Существует также риск от самого газа, поскольку он может снизить концентрацию кислорода в воздухе в закрытых помещениях.
Процесс Isocure используется для стержней и форм. Это газоотверждаемая система, в которой смола, часто фенолформальдегидная, смешивается с диизоцианатом (например, MDI) и песком. Его вводят в стержневой ящик, а затем газируют амином, обычно триэтиламином или диметилэтиламином, чтобы вызвать реакцию сшивания и затвердевания. Амины, часто продаваемые в бочках, представляют собой легколетучие жидкости с сильным запахом аммиака. Существует вполне реальный риск возгорания или взрыва, и следует соблюдать крайнюю осторожность, особенно при хранении материала навалом. Характерным эффектом этих аминов является появление гало в глазах и отек роговицы, хотя они также влияют на центральную нервную систему, где они могут вызывать судороги, паралич и, иногда, смерть. При попадании некоторого количества амина в глаза или на кожу меры первой помощи должны включать промывание большим количеством воды в течение не менее 15 минут и немедленную медицинскую помощь. В процессе Isocure амин подается в виде пара в азотном носителе, при этом избыток амина продувается через кислотную колонну. Утечка из стержневого ящика является основной причиной сильного воздействия, хотя выделение амина из изготовленных сердечников также является значительным. При обращении с этим материалом всегда следует проявлять большую осторожность, и следует установить подходящее вытяжное вентиляционное оборудование для удаления паров из рабочих зон.
Встряска, извлечение отливки и выбивание керна
После того, как расплавленный металл остынет, черновую отливку необходимо извлечь из формы. Это шумный процесс, обычно подвергающий операторов воздействию значительно выше 90 дБА в течение 8-часового рабочего дня. Если практически невозможно снизить выходной шум, следует предусмотреть средства защиты органов слуха. Основная масса формы отделяется от отливки обычно при сотрясении. Часто формовочная коробка, форма и отливка сбрасываются на вибрирующую решетку для удаления песка (вытряхивание). Затем песок падает через решетку в бункер или на конвейер, где он может подвергаться магнитным сепараторам и перерабатываться для измельчения, обработки и повторного использования или просто сбрасываться. Иногда вместо сетки можно использовать гидроструйную обработку, создавая меньше пыли. Здесь извлекается керн, также иногда с использованием струй воды под высоким давлением.
Затем отливку удаляют и переносят на следующий этап операции выбивания. Часто небольшие отливки можно удалить из опоки с помощью процесса «пробивания» перед вытряхиванием, при котором образуется меньше пыли. Песок создает опасные уровни кварцевой пыли, потому что он контактировал с расплавленным металлом и поэтому очень сухой. Металл и песок остаются очень горячими. Нужна защита глаз. Поверхности для ходьбы и рабочие поверхности должны быть очищены от мусора, о который можно споткнуться, и от пыли, которая может повторно взвеситься и создать опасность при вдыхании.
Относительно мало исследований было проведено, чтобы определить, какое влияние новые связующие для сердечника оказывают на здоровье, в частности, оператора, выполняющего декорирование сердечника. Фураны, фурфуриловый спирт и фосфорная кислота, мочевино- и фенолформальдегидные смолы, силикат натрия и двуокись углерода, антиокислители, модифицированное льняное масло и МДИ подвергаются термическому разложению в той или иной степени при воздействии температур расплавленных металлов.
Исследований влияния частиц кремнезема, покрытых смолой, на развитие пневмокониозов еще не проводилось. Неизвестно, будут ли эти покрытия оказывать ингибирующее или ускоряющее действие на поражения легочной ткани. Есть опасения, что продукты реакции фосфорной кислоты могут высвободить фосфин. Эксперименты на животных и некоторые избранные исследования показали, что воздействие кремнеземной пыли на легочную ткань значительно усиливается при обработке кремнезема минеральной кислотой. Мочевино- и фенолформальдегидные смолы могут выделять свободные фенолы, альдегиды и монооксид углерода. Сахара, добавленные для повышения разрушаемости, производят значительное количество монооксида углерода. Без выпечки выделяются изоцианаты (например, MDI) и окись углерода.
Зачистка (очистка)
Очистка отливки, или футеровка, выполняется после выбивки и выбивки стержня. Различные задействованные процессы обозначаются по-разному в разных местах, но в целом их можно классифицировать следующим образом:
Удаление литника является первой операцией по правке. Целая половина металла, отлитого в форму, не является частью конечной отливки. Форма должна включать резервуары, полости, питатели и литник, чтобы ее можно было заполнить металлом для завершения отливки. Литник обычно можно удалить на этапе выбивки, но иногда это необходимо проводить как отдельный этап операции футеровки или правки. Удаление литника производится вручную, обычно путем постукивания по отливке молотком. Для снижения шума металлические молоты можно заменить на обрезиненные, а конвейеры футеровать той же шумопоглощающей резиной. Осколки горячего металла отбрасываются и представляют опасность для глаз. Необходимо использовать защиту для глаз. Отсоединенные литники, как правило, следует возвращать в зону загрузки плавильного цеха, и нельзя допускать их скопления в литейной секции литейного цеха. После удаления литников (но иногда и раньше) большинство отливок подвергают дробеструйной очистке или барабанной обработке для удаления материалов формы и, возможно, для улучшения качества поверхности. Кувыркающиеся бочки создают высокий уровень шума. Могут потребоваться корпуса, для которых также может потребоваться LEV.
Способы правки в сталеплавильном, чугунном и цветном литье очень схожи, но существуют особые трудности при правке и футеровке стальных отливок из-за большего количества пригоревшего наплавленного песка по сравнению с отливками из чугуна и цветных металлов. Плавленый песок на крупных стальных отливках может содержать кристобалит, который более токсичен, чем кварц, содержащийся в первичном песке.
Безвоздушная дробеструйная очистка или галтовка отливок перед дроблением и шлифовкой необходимы для предотвращения чрезмерного воздействия кремнеземной пыли. Отливка должна быть очищена от видимой пыли, хотя при шлифовке все же может возникнуть опасность кремнезема, если кремнезем пригорает к внешне чистой металлической поверхности отливки. Дробь приводится в движение центробежным способом при разливке, и оператор внутри установки не требуется. Дробеструйная камера должна быть высушена, чтобы не было видимых выбросов пыли. Проблема пыли возникает только в случае поломки или износа камеры дробеструйной очистки и/или вентилятора и коллектора.
Для удаления налипшего песка можно использовать воду или воду с песком или дробеструйную очистку под давлением, подвергая отливку потоку воды, железной или стальной дроби под высоким давлением. Пескоструйная обработка запрещена в некоторых странах (например, в Соединенном Королевстве) из-за риска развития силикоза, поскольку частицы песка становятся все мельче и мельче, и, таким образом, вдыхаемая фракция постоянно увеличивается. Вода или дробь выбрасываются через ружье и могут представлять опасность для персонала при неправильном обращении. Взрывные работы всегда следует проводить в изолированном закрытом помещении. Все пескоструйные ограждения следует регулярно осматривать, чтобы убедиться в том, что система пылеудаления работает и что нет утечек, через которые дробь или вода могут попасть в литейный цех. Шлемы бластеров должны быть одобрены и тщательно поддерживаться. На двери стенда желательно вывесить табличку, предупреждающую сотрудников о том, что ведутся взрывные работы и вход посторонним запрещен. При определенных обстоятельствах к дверям могут быть прикреплены засовы задержки, связанные с двигателем взрывного привода, что делает невозможным открытие дверей, пока взрывные работы не прекратятся.
Для сглаживания грубой отливки используются различные шлифовальные инструменты. Абразивные круги могут устанавливаться на напольные или стационарные станки, а также на переносные или поворотные шлифовальные станки. Измельчители на пьедестале используются для небольших отливок, с которыми легко обращаться; передвижные шлифовальные машины, круги поверхностные дисковые, чашечные и конические круги используются для ряда целей, в том числе для выравнивания внутренних поверхностей отливок; шлифовальные станки с поворотной рамой используются в основном для больших отливок, которые требуют большого съема металла.
Другие литейные заводы
Стальное литье
Производство в сталелитейном цехе (в отличие от основного сталелитейного завода) аналогично производству в чугунолитейном; однако температура металла намного выше. Это означает, что необходима защита глаз с помощью цветных линз и что кремнезем в форме превращается при нагревании в тридимит или кристобалит, две формы кристаллического кремнезема, которые особенно опасны для легких. Песок часто пригорает к отливке, и его приходится удалять механическими средствами, которые вызывают образование опасной пыли; следовательно, необходимы эффективные системы удаления пыли и средства защиты органов дыхания.
Легкосплавное литье
В легкосплавном литье используются в основном алюминиевые и магниевые сплавы. Они часто содержат небольшое количество металлов, которые при определенных обстоятельствах могут выделять токсичные пары. Пары должны быть проанализированы для определения их компонентов, если сплав может содержать такие компоненты.
В алюминиевых и магниевых литейных цехах плавка обычно производится в тигельных печах. Для отвода дыма желательно иметь вытяжные отверстия в верхней части горшка. В мазутных печах неполное сгорание из-за неисправных горелок может привести к выбросу в воздух таких продуктов, как угарный газ. Дымы печи могут содержать сложные углеводороды, некоторые из которых могут быть канцерогенными. При очистке печей и дымоходов существует опасность попадания пятиокиси ванадия, сконцентрированной в печной саже от нефтяных отложений.
Плавиковый шпат обычно используется в качестве флюса при плавке алюминия, и значительное количество фторидной пыли может выбрасываться в окружающую среду. В некоторых случаях хлорид бария использовался в качестве флюса для магниевых сплавов; это очень токсичное вещество, и поэтому при его использовании требуется значительная осторожность. Легкие сплавы иногда можно дегазировать, пропуская диоксид серы или хлор (или патентованные соединения, которые разлагаются с образованием хлора) через расплавленный металл; Для этой операции требуется вытяжная вентиляция и средства защиты органов дыхания. Чтобы уменьшить скорость охлаждения горячего металла в кристаллизаторе, на стояк кристаллизатора помещают смесь веществ (обычно алюминия и оксида железа), которые реагируют сильно экзотермически. Эта «термитная» смесь выделяет густой дым, который на практике оказался безвредным. Когда пары коричневого цвета, можно вызвать тревогу из-за подозрения на наличие оксидов азота; однако это подозрение необоснованно. Мелкодисперсный алюминий, образующийся при обогащении алюминиевых и магниевых отливок, представляет большую пожароопасность, и для пылеулавливания следует применять мокрые методы.
Литье магния сопряжено со значительной потенциальной пожаро- и взрывоопасностью. Расплавленный магний загорится, если между ним и атмосферой не будет поддерживаться защитный барьер; для этой цели широко используется расплавленная сера. У литейщиков, наносящих порошок серы в плавильный котел вручную, может развиться дерматит, и они должны быть обеспечены перчатками из огнеупорной ткани. Сера при контакте с металлом постоянно горит, поэтому выделяется значительное количество диоксида серы. Должна быть установлена вытяжная вентиляция. Рабочие должны быть проинформированы об опасности возгорания котелка или ковша с расплавленным магнием, что может привести к образованию густого облака мелкодисперсного оксида магния. Все рабочие магниевого литейного производства должны носить защитную одежду из огнеупорных материалов. Одежду, покрытую магниевой пылью, нельзя хранить в шкафчиках без контроля влажности, так как может произойти самовозгорание. Магниевая пыль должна быть удалена с одежды. Французский мел широко используется для обработки форм на магниевых литейных заводах; пыль следует контролировать, чтобы предотвратить талькоз. При контроле легкосплавных отливок на наличие трещин применяют проникающие масла и присыпки.
Красители были введены для повышения эффективности этих методов. Было обнаружено, что некоторые красные красители впитываются и выделяются с потом, что приводит к загрязнению личной одежды; хотя это состояние является неприятным, никакого воздействия на здоровье не наблюдалось.
Латунные и бронзовые литейные заводы
Токсичные пары металлов и пыль от типичных сплавов представляют особую опасность в литейных цехах по производству латуни и бронзы. Воздействие свинца выше безопасных пределов как при плавке, разливке, так и при чистовой обработке является обычным явлением, особенно в сплавах с высоким содержанием свинца. Опасность свинца при очистке печей и удалении шлака особенно велика. Чрезмерное воздействие свинца часто происходит при плавке и разливке, а также может происходить при измельчении. Пары цинка и меди (составляющие бронзы) являются наиболее распространенными причинами лихорадки металлического дыма, хотя это состояние также наблюдалось у литейщиков, использующих магний, алюминий, сурьму и т. д. Некоторые высокопрочные сплавы содержат кадмий, который может вызвать химическую пневмонию при остром воздействии, повреждение почек и рак легких при хроническом воздействии.
Процесс постоянной пресс-формы
Литье в постоянные металлические формы, как и литье под давлением, стало важным развитием литейного производства. В этом случае изготовление шаблонов в значительной степени заменяется инженерными методами и фактически представляет собой операцию штамповки. Таким образом устраняется большая часть опасностей, связанных с созданием модели, и риски, связанные с песком, также устраняются, но заменяются степенью риска, связанной с использованием какого-либо огнеупорного материала для покрытия штампа или формы. В современных литейных работах все чаще используются песчаные стержни, и в этом случае опасность пыли, связанная с литейным производством, все еще присутствует.
Умрите литье
Алюминий является распространенным металлом в литье под давлением. Автомобильная фурнитура, такая как хромированная отделка, обычно отливается из цинка под давлением с последующим покрытием медью, никелем и хромированием. Следует постоянно контролировать опасность лихорадки металлического дыма от паров цинка, равно как и туман хромовой кислоты.
Машины для литья под давлением представляют все опасности, характерные для гидравлических прессов. Кроме того, рабочий может подвергаться воздействию паров масел, используемых в качестве смазочных материалов, и должен быть защищен от вдыхания этих паров и опасности пропитанной маслом одежды. Огнестойкие гидравлические жидкости, используемые в прессах, могут содержать токсичные фосфорорганические соединения, поэтому при проведении работ по техническому обслуживанию гидравлических систем следует соблюдать особую осторожность.
Точное литье
Прецизионные литейные заводы полагаются на процесс литья по выплавляемым моделям или по выплавляемым моделям, при котором модели изготавливаются путем литья воска под давлением в форму; эти модели покрывают мелкодисперсным огнеупорным порошком, который служит облицовочным материалом для формы, а затем воск выплавляют перед литьем или путем введения самого литейного металла.
Удаление парафина представляет определенную опасность возгорания, а при разложении парафина образуется акролеин и другие опасные продукты разложения. Печи для обжига воска должны иметь достаточную вентиляцию. Трихлорэтилен использовался для удаления последних следов воска; этот растворитель может скапливаться в карманах формы или поглощаться огнеупорным материалом и испаряться или разлагаться во время заливки. Включение асбестовых огнеупорных материалов для литья по выплавляемым моделям должно быть исключено из-за опасности асбеста.
Проблемы со здоровьем и модели заболеваний
Литейные производства выделяются среди промышленных процессов из-за более высокого уровня смертности в результате разливов и взрывов расплавленного металла, обслуживания вагранки, включая опасность падения дна и опасности угарного газа во время замены футеровки. Литейные заводы сообщают о более высокой частоте инородных тел, ушибов и ожогов, а также о более низкой доле скелетно-мышечных травм по сравнению с другими предприятиями. Они также имеют самые высокие уровни шумового воздействия.
Изучение нескольких десятков смертельных травм в литейных цехах выявило следующие причины: защемление между вагонетками формовочных конвейеров и строительными конструкциями при техническом обслуживании и устранении неисправностей, защемление при очистке мульчеров, которые приводились в действие дистанционно, ожоги расплавленным металлом после отказа крана, растрескивание литейной формы, перелив перелива. ковша, выброс пара в неосушенном ковше, падения с кранов и рабочих площадок, поражение электрическим током от сварочного оборудования, раздавливание от погрузочно-разгрузочных машин, ожоги от падения дна вагранки, высококислородная атмосфера при ремонте вагранки и переоблучение угарным газом при ремонте вагранки.
Абразивные круги
Разрыв или поломка абразивных кругов может привести к летальному исходу или очень серьезным травмам: зазоры между кругом и опорой на шлифовальном станке могут защемить и раздавить руку или предплечье. Незащищенные глаза подвержены риску на всех этапах. Поскальзывания и падения, особенно при переноске тяжелых грузов, могут быть вызваны плохим уходом или загроможденным полом. Травмы ног могут быть вызваны падением предметов или груза. Перенапряжение при подъеме и переноске может привести к растяжениям и деформациям. Плохо обслуживаемые подъемные устройства могут выйти из строя и привести к падению материалов на рабочих. Поражение электрическим током может произойти из-за плохо обслуживаемого или незаземленного электрооборудования, особенно переносных инструментов.
Все опасные части машин, особенно абразивные круги, должны иметь соответствующие ограждения с автоматической блокировкой, если ограждение снимается во время обработки. Опасные зазоры между кругом и остовом у стационарных шлифовальных станков должны быть устранены, а самое пристальное внимание должно быть уделено всем мерам предосторожности при уходе и обслуживании абразивных кругов и регулировании их скорости (особая осторожность требуется при переносных кругах). Должны быть обеспечены строгое техническое обслуживание всего электрооборудования и надлежащие меры заземления. Рабочие должны быть проинструктированы о правильной технике подъема и переноски и должны знать, как крепить грузы к крюкам крана и другим грузоподъемным устройствам. Также должны быть обеспечены подходящие средства индивидуальной защиты, такие как щитки для глаз и лица, а также защита для ног и ног. Должна быть обеспечена немедленная первая помощь даже при незначительных травмах и квалифицированная медицинская помощь в случае необходимости.
Пыли
Среди литейщиков широко распространены пылевые болезни. Воздействие диоксида кремния часто близко или превышает предписанные пределы воздействия, даже при хорошо контролируемых операциях очистки в современных производственных литейных цехах и в тех случаях, когда отливки не содержат видимой пыли. Воздействие, многократно превышающее предел, происходит там, где отливки запылены или шкафы протекают. Переоблучение вероятно там, где видимая пыль выходит наружу при выбивке, подготовке песка или ремонте огнеупоров.
Силикоз является преобладающей опасностью для здоровья в цехе по зачистке стали; смешанный пневмокониоз чаще встречается при железной футеровке (Landrigan et al., 1986). В литейном производстве распространенность увеличивается с продолжительностью воздействия и более высоким уровнем запыленности. Есть некоторые свидетельства того, что условия на сталелитейных заводах с большей вероятностью вызывают силикоз, чем на чугунолитейных, из-за более высоких уровней содержания свободного кремнезема. Попытки установить уровень воздействия, при котором силикоз не возникает, оказались безрезультатными; порог, вероятно, составляет менее 100 мкг/м3 и, возможно, всего лишь половину этой суммы.
В большинстве стран частота новых случаев силикоза снижается, отчасти из-за изменений в технологии, отказа от кварцевого песка в литейном производстве и перехода от силикатного кирпича к основной футеровке печей при выплавке стали. Основная причина заключается в том, что автоматизация привела к сокращению числа рабочих на сталелитейном и литейном производствах. Однако воздействие респирабельной пыли кремнезема остается неизменно высоким на многих литейных предприятиях, а в странах, где процессы являются трудоемкими, силикоз остается серьезной проблемой.
Силикотуберкулез уже давно наблюдается у литейщиков. В тех случаях, когда распространенность силикоза снизилась, параллельно сократилось число зарегистрированных случаев туберкулеза, хотя это заболевание не было полностью искоренено. В странах, где уровни запыленности остаются высокими, пыльные процессы трудоемки, а распространенность туберкулеза среди населения повышена, туберкулез остается важной причиной смерти среди литейщиков.
Многие рабочие, страдающие пневмокониозом, страдают также хроническим бронхитом, часто связанным с эмфиземой; многие исследователи уже давно считали, что, по крайней мере, в некоторых случаях, профессиональные воздействия могли играть определенную роль. Рак легких, крупозная пневмония, бронхопневмония и тромбоз коронарных артерий также связаны с пневмокониозом у литейщиков.
Недавний обзор исследований смертности литейщиков, в том числе американской автомобильной промышленности, показал увеличение смертности от рака легких в 14 из 15 исследований. Поскольку высокие показатели заболеваемости раком легких обнаруживаются среди работников уборных, где основной опасностью является кремнезем, вполне вероятно, что также обнаруживаются смешанные воздействия.
Исследования канцерогенов в литейной среде были сосредоточены на полициклических ароматических углеводородах, образующихся при термическом разложении песчаных добавок и связующих. Было высказано предположение, что металлы, такие как хром и никель, и пыль, такая как кремнезем и асбест, также могут быть причиной некоторой избыточной смертности. Различия в химическом составе литья и изготовления стержней, типе песка и составе сплавов железа и стали могут быть причиной различных уровней риска на разных литейных производствах (IARC 1984).
Повышенная смертность от незлокачественных респираторных заболеваний была обнаружена в 8 из 11 исследований. Также были зарегистрированы случаи смерти от силикоза. Клинические исследования выявили рентгенологические изменения, характерные для пневмокониозов, нарушения функции легких, характерные для обструкции, усиление респираторной симптоматики у рабочих современных литейных цехов «чистого» производства. Они возникли в результате воздействия после 960-х годов и убедительно свидетельствуют о том, что риски для здоровья, распространенные на старых литейных заводах, еще не устранены.
Профилактика заболеваний легких в основном заключается в борьбе с пылью и дымом; общеприменимым решением является обеспечение хорошей общей вентиляции в сочетании с эффективным LEV. Для некоторых операций лучше всего подходят малообъемные высокоскоростные системы, особенно переносные шлифовальные круги и пневматические инструменты.
Ручные или пневматические долота, используемые для удаления пригоревшего песка, производят много мелкодисперсной пыли. Стряхивание излишков материала с помощью вращающихся проволочных щеток или ручных щеток также приводит к образованию большого количества пыли; ЛЕВ требуется.
Меры по борьбе с пылью легко адаптируются к напольным и поворотным шлифовальным машинам. Переносное шлифование мелких отливок может производиться на вытяжных вентилируемых столах, либо вентиляция может применяться к самим инструментам. Чистку также можно проводить на вентилируемом столе. Борьба с пылью на больших отливках представляет собой проблему, но значительный прогресс был достигнут в системах малообъемной и высокоскоростной вентиляции. Инструктаж и обучение их использованию необходимы для преодоления возражений рабочих, которые находят эти системы громоздкими и жалуются, что их обзор рабочей зоны ухудшается.
Обработку и зачистку очень больших отливок, где местная вентиляция практически невозможна, следует производить в отдельном, изолированном помещении и в то время, когда присутствует небольшое количество других рабочих. Подходящие средства индивидуальной защиты, которые регулярно чистятся и ремонтируются, должны быть предоставлены каждому работнику вместе с инструкциями по их надлежащему использованию.
С 1950-х годов в литейные цеха внедряются различные системы синтетических смол для связывания песка в стержнях и формах. Они обычно включают основной материал и катализатор или отвердитель, который запускает полимеризацию. Многие из этих реактивных химических веществ являются сенсибилизаторами (например, изоцианаты, фурфуриловый спирт, амины и формальдегид) и в настоящее время вызывают случаи профессиональной астмы у литейщиков. В одном исследовании у 12 из 78 литейщиков, подвергшихся воздействию смол Pepset (холодные ящики), были симптомы астмы, и у шести из них наблюдалось заметное снижение скорости воздушного потока в пробном тесте с использованием метилдиизоцианата (Johnson et al., 1985). ).
сварка
Сварка в зачистных цехах подвергает рабочих воздействию паров металлов с последующей опасностью токсичности и металлической лихорадки, в зависимости от состава используемых металлов. Сварка чугуна требует использования никелевого стержня и создает воздействие паров никеля. Плазменная горелка производит значительное количество паров металлов, озона, оксида азота и ультрафиолетового излучения, а также создает высокий уровень шума.
Для сварки небольших отливок может быть предусмотрен вытяжной вентилируемый стол. Трудно контролировать воздействие во время сварки или обжига крупных отливок. Успешный подход включает создание центральной станции для этих операций и обеспечение LEV через гибкий воздуховод, расположенный в точке сварки. Это требует обучения рабочего перемещению воздуховода из одного места в другое. Хорошая общая вентиляция и, при необходимости, использование СИЗ помогут снизить общее воздействие пыли и дыма.
Шум и вибрация
Самый высокий уровень шума в литейном цехе обычно приходится на операции выбивки и очистки; в механизированных литейных цехах они выше, чем в ручных. Сама система вентиляции может генерировать воздействие, близкое к 90 дБА.
Уровни шума при футеровке стальных отливок могут находиться в диапазоне от 115 до 120 дБА, в то время как фактически возникающие при футеровке чугуна уровни шума находятся в диапазоне от 105 до 115 дБА. Британская исследовательская ассоциация стального литья установила, что источниками шума во время зачистки являются:
Стратегии борьбы с шумом варьируются в зависимости от размера отливки, типа металла, доступной рабочей зоны, использования переносных инструментов и других сопутствующих факторов. Существуют некоторые основные меры по снижению воздействия шума на отдельных лиц и сотрудников, в том числе изоляция во времени и пространстве, полные ограждения, частичные звукопоглощающие перегородки, выполнение работ на звукопоглощающих поверхностях, дефлекторах, панелях и колпаках из звукопоглощающих материалов. поглощающие или другие акустические материалы. Следует соблюдать рекомендации по безопасным дневным пределам воздействия и, в крайнем случае, можно использовать средства индивидуальной защиты.
Очистной стол, разработанный Британской исследовательской ассоциацией стального литья, снижает шум при стружке примерно на 4–5 дБА. Эта скамья включает в себя вытяжную систему для удаления пыли. Это улучшение обнадеживает и дает надежду на то, что при дальнейшем развитии станет возможным еще большее снижение уровня шума.
Синдром вибрации кисти руки
Портативные вибрирующие инструменты могут вызывать феномен Рейно (синдром вибрации руки-руки — HAVS). Это более распространено у стальных футеровщиков, чем у железных футеровщиков, и чаще у тех, кто использует вращающиеся инструменты. Критическая частота вибрации для возникновения этого явления составляет от 2,000 до 3,000 оборотов в минуту и в диапазоне от 40 до 125 Гц.
В настоящее время считается, что HAVS влияет на ряд других тканей предплечья, помимо периферических нервов и кровеносных сосудов. Это связано с синдромом запястного канала и дегенеративными изменениями в суставах. Недавнее исследование рубильщиков и шлифовщиков сталелитейных заводов показало, что вероятность развития контрактуры Дюпюитрена у них в два раза выше, чем у контрольной группы (Thomas and Clarke 1992).
Вибрация, передающаяся на руки рабочего, может быть значительно снижена путем: подбора инструментов, предназначенных для уменьшения вредных диапазонов частоты и амплитуды; направление выпускного отверстия от руки; использование нескольких слоев перчаток или изолирующей перчатки; и сокращение времени воздействия за счет изменения рабочих операций, инструментов и периодов отдыха.
проблемы с глазами
Некоторые виды пыли и химикатов, встречающиеся в литейных цехах (например, изоцианаты, формальдегид и третичные амины, такие как диметилэтиламин, триэтиламин и т. д.), являются раздражителями и являются причиной зрительных симптомов у подвергшихся воздействию рабочих. К ним относятся зуд, слезотечение, затуманенное или нечеткое зрение или так называемое «серо-голубое зрение». На основании возникновения этих эффектов было рекомендовано снижение средневзвешенного по времени воздействия ниже 3 частей на миллион.
Другие проблемы
Воздействие формальдегида на уровне или выше допустимого предела воздействия в США наблюдается при хорошо контролируемых операциях по изготовлению стержней в горячих камерах. Воздействие, во много раз превышающее предел, может быть обнаружено при плохом контроле опасностей.
Асбест широко использовался в литейной промышленности, и до недавнего времени его часто использовали в защитной одежде для рабочих, подвергающихся воздействию высоких температур. Его эффекты были обнаружены при рентгенологическом обследовании литейщиков, как среди производственных рабочих, так и среди ремонтников, подвергавшихся воздействию асбеста; поперечное обследование выявило характерное поражение плевры у 20 из 900 сталелитейщиков (Kronenberg et al., 1991).
Периодические осмотры
Предварительные и периодические медицинские осмотры, включая исследование симптомов, рентгенографию грудной клетки, тесты функции легких и аудиограммы, должны быть обеспечены для всех литейщиков с соответствующим последующим наблюдением в случае обнаружения сомнительных или аномальных результатов. Совокупное воздействие табачного дыма на риск респираторных заболеваний у литейщиков требует включения рекомендаций по прекращению курения в программу санитарного просвещения и пропаганды.
Заключение
Литейные заводы были важным промышленным предприятием на протяжении веков. Несмотря на продолжающийся прогресс в области технологий, они представляют для рабочих множество опасностей для безопасности и здоровья. Поскольку опасности продолжают существовать даже на самых современных предприятиях с образцовыми программами профилактики и контроля, защита здоровья и благополучия рабочих остается постоянной задачей для руководства, рабочих и их представителей. Это остается трудным как во время спадов в отрасли (когда забота о здоровье и безопасности работников имеет тенденцию уступать место экономическим ограничениям), так и во времена бума (когда спрос на увеличение производства может привести к потенциально опасным сокращениям производственных процессов). Таким образом, образование и обучение управлению опасностями остаются постоянной необходимостью.
Обзор процесса
Формование металлических деталей с применением высоких сжимающих и растягивающих усилий широко распространено в промышленном производстве. При штамповке металлу, чаще всего в виде листов, полос или рулонов, придают определенную форму при температуре окружающей среды путем резки, прессования и растяжения между штампами, обычно в виде серии из одного или нескольких дискретных ударных этапов. Холоднокатаная сталь является исходным материалом для многих операций штамповки при создании деталей из листового металла в автомобильной, бытовой и других отраслях промышленности. Примерно 15% рабочих автомобильной промышленности работают на штамповочных предприятиях или заводах.
При ковке усилие сжатия прикладывается к предварительно сформированным блокам (заготовкам) металла, обычно нагретым до высоких температур, также в один или несколько дискретных этапов прессования. Форма конечной детали определяется формой полостей в металлическом штампе или используемых штампах. При открытых штампах, как при ковке с помощью молота, заготовка сжимается между одним штампом, прикрепленным к нижней наковальне, и вертикальным ползунком. В закрытых штампах, как при ковке на прессах, заготовка сжимается между нижним штампом и верхним штампом, прикрепленным к ползунку.
Кузницы с падающим молотом используют паровой или воздушный цилиндр для подъема молота, который затем падает под действием силы тяжести или приводится в движение паром или воздухом. Количество и сила ударов молота регулируются оператором вручную. Оператор часто держит холодный конец ложи при работе с отбойным молотком. Ковка с помощью молота когда-то составляла около двух третей всей ковки, производимой в Соединенных Штатах, но сегодня она менее распространена.
В кузнечных прессах используется механический или гидравлический поршень для придания формы заготовке одним медленным контролируемым ходом (см. рис. 1). Ковка на прессе обычно управляется автоматически. Это может быть сделано горячим или при нормальной температуре (холодная ковка, прессование). Разновидностью обычной ковки является прокатка, при которой используется непрерывное приложение силы, и оператор поворачивает деталь.
Рисунок 1. Ковка на прессе
Смазочные материалы для штампов распыляются или иным образом наносятся на поверхности штампов и заготовок до и между ударами молота или пресса.
Высокопрочные детали машин, такие как валы, зубчатые венцы, болты и компоненты подвески транспортных средств, являются обычными изделиями из стали. Высокопрочные компоненты самолетов, такие как лонжероны крыла, диски турбин и шасси, выкованы из алюминиевых, титановых или никелевых и стальных сплавов. Примерно 3% рабочих автомобильной промышленности работают на кузнечных предприятиях или заводах.
Рабочие условия
Многие опасности, характерные для тяжелой промышленности, присутствуют при штамповке и ковке. К ним относятся повторяющиеся растяжения (RSI) в результате многократного обращения с деталями и их обработки, а также работы органов управления машиной, таких как кнопки на ладони. Тяжелые детали подвергают рабочих риску возникновения проблем со спиной и плечами, а также нарушений опорно-двигательного аппарата верхних конечностей. Операторы прессов на автомобильных штамповочных заводах имеют показатели RSI, которые сопоставимы с показателями рабочих сборочных заводов на работах с высоким уровнем риска. Высокоимпульсная вибрация и шум присутствуют в большинстве операций штамповки и некоторых операций ковки (например, паровым или пневматическим молотом), вызывая потерю слуха и возможное сердечно-сосудистое заболевание; это одна из самых шумных промышленных сред (более 100 дБА). Как и в других формах автоматизированных систем, энергетические нагрузки на рабочих могут быть высокими, в зависимости от обрабатываемых деталей и частоты циклов машин.
Катастрофические повреждения в результате непредвиденных движений машины распространены при штамповке и ковке. Это может произойти из-за: (1) механического отказа систем управления машиной, таких как механизмы сцепления, в ситуациях, когда рабочие обычно должны находиться в пределах рабочего диапазона машины (неприемлемая схема процесса); (2) недостатки конструкции или производительности машины, которые вызывают незапрограммированное вмешательство работников, например, перемещение застрявших или смещенных деталей; или (3) ненадлежащие, сопряженные с высоким риском процедуры технического обслуживания, выполняемые без надлежащей блокировки всей задействованной сети машин, включая автоматизацию перемещения деталей и функции других подключенных машин. Большинство сетей автоматизированных машин не настроены на быструю, эффективную и действенную блокировку или безопасное устранение неполадок.
Туманы от машинных смазочных масел, образующиеся во время нормальной работы, представляют собой еще одну общую опасность для здоровья при штамповочных и кузнечно-прессовых операциях, работающих на сжатом воздухе, и потенциально подвергают рабочих риску респираторных, дерматологических и пищеварительных заболеваний.
Проблемы со здоровьем и безопасностью
чеканка
Операции штамповки сопряжены с высоким риском серьезных порезов из-за необходимости обработки деталей с острыми кромками. Возможно, хуже обстоит дело с ломом, полученным в результате обрезания периметров и вырубки участков деталей. Лом, как правило, собирается с помощью самотечных желобов и конвейеров. Устранение случайных замятий — занятие с высоким риском.
Химические опасности, характерные для штамповки, обычно возникают из двух основных источников: составы для волочения (т. е. смазочные материалы для штампов) в реальных операциях прессования и сварочные выбросы при сборке штампованных деталей. Составы для волочения (DC) требуются для большинства штамповок. Материал распыляется или накатывается на листовой металл, а в процессе штамповки образуются дополнительные туманы. Как и другие жидкости для металлообработки, составы для волочения могут представлять собой чистые масла или масляные эмульсии (растворимые масла). Компоненты включают фракции нефтяного масла, специальные смазывающие вещества (например, производные животных и растительных жирных кислот, хлорированные масла и воски), алканоламины, нефтяные сульфонаты, бораты, загустители на основе целлюлозы, ингибиторы коррозии и биоциды. Концентрация тумана в воздухе при операциях штамповки может достигать концентрации при типичных операциях механической обработки, хотя в среднем эти уровни, как правило, ниже (0.05–2.0 мг/мXNUMX).3). Однако часто присутствует видимый туман и скопившаяся масляная пленка на поверхностях зданий, а контакт с кожей может быть выше из-за интенсивного обращения с деталями. Воздействия, наиболее вероятно представляющие опасность, - это хлорированные масла (возможный рак, заболевания печени, кожные заболевания), канифоль или производные жирных кислот таллового масла (сенсибилизаторы), нефтяные фракции (рак пищеварительного тракта) и, возможно, формальдегид (из биоцидов) и нитрозамины (из алканоламины и нитрит натрия либо в качестве ингредиентов DC, либо в поверхностных покрытиях поступающей стали). Повышенный уровень рака пищеварительного тракта наблюдался на двух автомобильных штамповочных заводах. Микробиологическое загрязнение в системах, в которых DC наносится путем накатывания его на листовой металл из открытого резервуара, может представлять для рабочих риск возникновения респираторных и дерматологических проблем, аналогичных тем, которые возникают при механической обработке.
Сварку штампованных деталей часто производят на штамповочных заводах, как правило, без промежуточной промывки. При этом образуются выбросы, включающие в себя пары металлов и продукты пиролиза и горения от волочильного компаунда и других остатков на поверхности. Типичные операции контактной сварки на штамповочных заводах генерируют общую концентрацию твердых частиц в воздухе в диапазоне от 0.05 до 4.0 мг/мXNUMX.3. Содержание металлов (в виде паров и оксидов) обычно составляет менее половины этих твердых частиц, что указывает на то, что до 2.0 мг/м3 представляет собой плохо охарактеризованный химический мусор. В результате на многих участках сварки штамповочных заводов появляется дымка. Присутствие производных хлора и других органических ингредиентов вызывает серьезную озабоченность по поводу состава сварочного дыма в этих условиях и является убедительным доводом в пользу необходимости контроля вентиляции. Нанесение других материалов перед сваркой (таких как грунтовка, краска и эпоксидные клеи), некоторые из которых затем навариваются, вызывает дополнительные опасения. Ремонтные работы сварочного производства, обычно выполняемые вручную, часто связаны с более высоким воздействием этих же загрязнителей воздуха. Повышенный уровень заболеваемости раком легких наблюдался среди сварщиков на автомобильном штамповочном заводе.
Ковка
Как и штамповка, операции ковки могут представлять высокий риск порезов, когда рабочие работают с коваными деталями или обрезают заусенцы или нежелательные края деталей. Ударопрочная ковка также может выбрасывать осколки, окалину или инструменты, вызывая травмы. В некоторых кузнечных операциях рабочий захватывает заготовку клещами во время операций прессования или удара, что увеличивает риск травм опорно-двигательного аппарата. При ковке, в отличие от штамповки, обычно рядом находятся печи для нагрева деталей (для ковки и отжига), а также бункеры горячих поковок. Это создает потенциал для условий высокого теплового стресса. Дополнительными факторами теплового стресса являются метаболическая нагрузка рабочего при ручном обращении с материалами и, в некоторых случаях, тепло от продуктов сгорания смазок для штампов на масляной основе.
Смазка штампа требуется в большинстве поковок и имеет дополнительную особенность, заключающуюся в том, что смазка контактирует с высокотемпературными деталями. Это вызывает немедленный пиролиз и аэрозолизацию не только в головках, но и впоследствии из коптильных деталей в охлаждающих бункерах. Ингредиенты смазки для кузнечных штампов могут включать графитовые суспензии, полимерные загустители, сульфонатные эмульгаторы, нефтяные фракции, нитрат натрия, нитрит натрия, карбонат натрия, силикат натрия, силиконовые масла и биоциды. Они применяются в виде спреев или, в некоторых случаях, тампоном. Печи, используемые для нагревания металла для ковки, обычно работают на жидком топливе или газе или являются индукционными печами. Выбросы могут происходить из печей, работающих на топливе, с недостаточной тягой, а также из невентилируемых индукционных печей, когда поступающая металлическая заготовка имеет поверхностные загрязнения, такие как масло или ингибиторы коррозии, или если перед ковкой она была смазана для резки или пиления (как в в случае с барной стойкой). В США общая концентрация твердых частиц в воздухе при кузнечных операциях обычно колеблется от 0.1 до 5.0 мг/мXNUMX.3 и сильно различаются в пределах операций ковки из-за тепловых конвекционных потоков. Повышенный уровень заболеваемости раком легких наблюдался среди рабочих, занимающихся ковкой и термообработкой на двух заводах по производству шарикоподшипников.
Практика охраны здоровья и безопасности
В нескольких исследованиях оценивались фактические последствия для здоровья рабочих, подвергшихся воздействию штамповки или ковки. Всесторонняя характеристика потенциальной токсичности большинства рутинных операций, включая идентификацию и измерение приоритетных токсических агентов, не проводилась. Оценка долгосрочного воздействия на здоровье технологии смазки штампов, разработанной в 1960-х и 1970-х годах, стала возможной только недавно. В результате регулирование этих воздействий по умолчанию соответствует общим стандартам пыли или общего содержания твердых частиц, таким как 5.0 мг / м .3 в США. Хотя этот стандарт, вероятно, подходит в некоторых обстоятельствах, он явно не подходит для многих применений штамповки и ковки.
Некоторое снижение концентрации тумана смазки штампа возможно при тщательном управлении процедурой нанесения как при штамповке, так и при ковке. Нанесение валиком при штамповке предпочтительнее, когда это возможно, и использование минимального давления воздуха в распылителях является выгодным. Необходимо изучить возможность устранения приоритетных опасных ингредиентов. Корпуса с отрицательным давлением и коллекторами тумана могут быть очень эффективными, но могут быть несовместимы с транспортировкой деталей. Фильтрация воздуха, выпускаемого из воздушных систем высокого давления в прессах, уменьшит масляный туман пресса (и шум). Контакт с кожей при штамповке может быть уменьшен с помощью автоматизации и средств индивидуальной защиты, обеспечивающих защиту как от порезов, так и от насыщения жидкостью. При сварке на штамповочном заводе промывка деталей перед сваркой очень желательна, а частичное ограждение с LEV значительно снизит уровень дыма.
Меры по снижению тепловой нагрузки при штамповке и горячей ковке включают в себя минимизацию количества ручных операций с материалами в зонах с высокой температурой, экранирование печей для уменьшения теплового излучения, минимизацию высоты дверей и щелей печей и использование охлаждающих вентиляторов. Расположение охлаждающих вентиляторов должно быть неотъемлемой частью конструкции движения воздуха для контроля воздействия тумана и теплового стресса; в противном случае охлаждение может быть получено только за счет более высоких выдержек.
Механизация погрузочно-разгрузочных работ, переход от ковки на кузнечном станке, когда это возможно, и корректировка скорости работы до эргономически практичного уровня могут снизить количество травм опорно-двигательного аппарата.
Уровни шума могут быть снижены за счет сочетания переключения с молота на кузнечные прессы, когда это возможно, хорошо спроектированных корпусов и снижения шума воздуходувок печи, пневматических муфт, воздуховодов и обработки деталей. Необходимо разработать программу сохранения слуха.
Необходимые средства индивидуальной защиты включают защиту головы, защиту ног, защитные очки, средства защиты органов слуха (вокруг, как при чрезмерном шуме), жаро- и маслонепроницаемые фартуки и леггинсы (при интенсивном использовании масляных смазок для пресс-форм) и инфракрасную защиту для глаз и лица (приблизительно печи).
Опасности для здоровья из окружающей среды
Опасности для окружающей среды, создаваемые штамповочными установками, относительно невелики по сравнению с опасностями некоторых других типов установок и включают удаление отходов волочильного состава и моющих растворов, а также выброс сварочного дыма без надлежащей очистки. Некоторые кузнечные заводы исторически вызывали резкое ухудшение качества местного воздуха из-за кузнечного дыма и пыли окалины. Однако при соответствующей мощности очистки воздуха этого не должно происходить. Еще одной потенциальной проблемой является утилизация штамповочного лома и ковочной окалины, содержащих смазочные материалы для штампов.
ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».