Гуннар Нордберг
Возникновение и использование
Железо занимает второе место среди металлов и четвертое среди элементов, уступая только кислороду, кремнию и алюминию. Наиболее распространенными железными рудами являются: гематит или красная железная руда (Fe2O3), который на 70% состоит из железа; лимонит или бурая железная руда (FeO(OH)·nH2О), содержащий 42% железа; магнетит, или магнитная железная руда (Fe3O4), который имеет высокое содержание железа; сидерит или шпатовая железная руда ( FeCO3); пирит (FeS2), наиболее распространенный сульфидный минерал; и пирротин, или магнитный пирит (FeS). Железо используется в производстве чугунных и стальных отливок, а также в сплавах с другими металлами для получения сталей. Железо также используется для увеличения плотности растворов для бурения нефтяных скважин.
Сплавы и соединения
Железо само по себе не очень прочное, но его прочность значительно увеличивается, когда его сплавляют с углеродом и быстро охлаждают для получения стали. Его присутствие в стали объясняет ее важность как промышленного металла. Определенные характеристики стали, то есть, является ли она мягкой, мягкой, средней или твердой, в значительной степени определяются содержанием углерода, которое может варьироваться от 0.10 до 1.15%. Около 20 других элементов используются в различных сочетаниях и пропорциях при производстве стальных сплавов с самыми разными качествами — твердостью, пластичностью, коррозионной стойкостью и т. д. Наиболее важными из них являются марганец (ферромарганец и шпигелейзен), кремний (ферросилиций) и хром, о котором речь пойдет ниже.
Наиболее важными промышленными соединениями железа являются оксиды и карбонаты, которые составляют основные руды, из которых получают металл. Меньшее промышленное значение имеют цианиды, нитриды, нитраты, фосфиды, фосфаты и карбонил железа.
опасности
Промышленные опасности возникают при добыче, транспортировке и обогащении руд, при производстве и использовании металлов и сплавов на металлургических и литейных заводах, при производстве и использовании некоторых соединений. Вдыхание железной пыли или паров происходит при добыче железной руды; дуговая сварка; шлифовка, полировка и обработка металлов; и в масштабировании котла. При вдыхании железо вызывает местное раздражение легких и желудочно-кишечного тракта. В сообщениях указывается, что длительное воздействие смеси железа и другой металлической пыли может ухудшить функцию легких.
Несчастные случаи могут произойти во время добычи, транспортировки и подготовки руд из-за тяжелого оборудования для резки, транспортировки, дробления и просеивания, которое используется для этой цели. Травмы также могут возникнуть в результате обращения со взрывчатыми веществами, используемыми при добыче полезных ископаемых.
Вдыхание пыли, содержащей кремнезем или оксид железа, может привести к пневмокониозу, однако однозначных выводов о роли частиц оксида железа в развитии рака легких у человека нет. На основании экспериментов на животных предполагается, что пыль оксида железа может служить «коканцерогенным» веществом, тем самым усиливая развитие рака при одновременном воздействии канцерогенных веществ.
Исследования смертности добытчиков гематита показали повышенный риск рака легких, как правило, среди курильщиков в нескольких горнодобывающих районах, таких как Камберленд, Лотарингия, Кируна и Кривой Рог. Эпидемиологические исследования рабочих чугунолитейных и сталелитейных заводов обычно отмечают повышение риска рака легких в 1.5–2.5 раза. Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицирует литье чугуна и стали как канцерогенный процесс для человека. Конкретные химические агенты (например, многоядерные ароматические углеводороды, диоксид кремния, пары металлов) не были идентифицированы. Сообщалось также о росте заболеваемости раком легких, но менее значительно, среди шлифовщиков металлов. Выводы о раке легких у сварщиков противоречивы.
В экспериментальных исследованиях не было обнаружено, что оксид железа является канцерогенным; однако опыты с гематитом не проводились. Предполагается, что наличие радона в атмосфере гематитовых рудников является важным канцерогенным фактором.
Серьезные аварии могут произойти при обработке железа. При работе с расплавленным металлом возможны ожоги, как описано в других разделах настоящего руководства. Энциклопедия. Мелкоизмельченный свежевосстановленный порошок железа пирофорен и воспламеняется на воздухе при нормальной температуре. Возникли пожары и взрывы пыли в воздуховодах и сепараторах пылеулавливающих установок, связанных со шлифовальными и полировальными кругами и отделочными лентами, когда искры от процесса шлифования воспламенили мелкую стальную пыль в пылеулавливающей установке.
Опасные свойства остальных соединений железа обычно обусловлены радикалом, с которым связано железо. Таким образом арсенат железа (FeAsO4) и расширение железистый арсенит (FeAsO3· Fe2O3) обладают ядовитыми свойствами соединений мышьяка. Железо карбонил (FeCO5) является одним из наиболее опасных карбонилов металлов, обладающих как токсичными, так и огнеопасными свойствами. Карбонилы обсуждаются более подробно в других разделах этой главы.
Сульфид железа (FeS), помимо того, что он встречается в природе в виде пирита, иногда непреднамеренно образуется при обработке материалов, содержащих серу, в чугунных и стальных емкостях, например, на нефтеперерабатывающих заводах. Если завод открыт и месторождение сульфида железа находится на воздухе, его экзотермическое окисление может привести к повышению температуры месторождения до температуры воспламенения газов и паров в непосредственной близости. На такие отложения следует направлять тонкую струю воды до тех пор, пока горючие пары не будут удалены путем продувки. Аналогичные проблемы могут возникнуть в пиритных рудниках, где температура воздуха повышается из-за непрерывного медленного окисления руды.
Меры безопасности и охраны здоровья
Меры предосторожности для предотвращения механических аварий включают ограждение и дистанционное управление машинами, проектирование завода (которое в современном сталеплавильном производстве включает компьютеризированное управление) и обучение рабочих технике безопасности.
Опасности, исходящей от токсичных и легковоспламеняющихся газов, паров и пыли, противостоят местная вытяжка и общая вентиляция в сочетании с различными формами дистанционного управления. Должна быть обеспечена защитная одежда и средства защиты глаз для защиты рабочего от воздействия горячих и агрессивных веществ, а также тепла.
Особенно важно, чтобы воздуховоды на шлифовально-полировальных станках и на отделочных лентах обслуживались через равные промежутки времени для поддержания эффективности вытяжной вентиляции, а также для снижения риска взрыва.
Ферросплавы
Ферросплав представляет собой сплав железа с элементом, отличным от углерода. Эти металлические смеси используются в качестве средства для введения определенных элементов в производство стали для производства сталей с определенными свойствами. Элемент может сплавляться со сталью в растворе или нейтрализовать вредные примеси.
Сплавы обладают уникальными свойствами, зависящими от концентрации их элементов. Эти свойства напрямую зависят от концентрации отдельных компонентов и частично зависят от присутствия следовых количеств других элементов. Хотя биологический эффект каждого элемента в сплаве можно использовать в качестве ориентира, существует достаточно доказательств модификации действия смеси элементов, чтобы гарантировать крайнюю осторожность при принятии важных решений, основанных на экстраполяции эффекта от одного элемента.
Ферросплавы представляют собой широкий и разнообразный список сплавов с множеством различных смесей в каждом классе сплавов. Торговля обычно ограничивает количество типов ферросплавов, доступных в одном классе, но металлургические разработки могут привести к частым добавлениям или изменениям. Вот некоторые из наиболее распространенных ферросплавов:
- ферробор - 16.2% бора
- феррохром - от 60 до 70% хрома, который также может содержать кремний и марганец.
- ферромарганец - от 78 до 90% марганца; от 1.25 до 7% кремния
- ферромолибден - молибден от 55 до 75 %; 1.5% кремния
- феррофосфор - от 18 до 25% фосфора
- ферросилиций - от 5 до 90% кремнезема
- ферротитан - от 14 до 45 % титана; от 4 до 13% кремния
- ферровольфрам - от 70 до 80% вольфрама
- феррованадий - 30-40% ванадия; 13% кремния; 1.5% алюминия.
опасности
Хотя некоторые ферросплавы имеют неметаллургическое применение, основные источники опасного воздействия возникают при производстве этих сплавов и при их использовании в производстве стали. Некоторые ферросплавы производятся и используются в виде мелких частиц; переносимая по воздуху пыль представляет собой потенциальную опасность токсичности, а также пожаро- и взрывоопасность. Кроме того, профессиональное воздействие паров некоторых сплавов связано с серьезными проблемами со здоровьем.
Ферробор. Воздушная пыль, образующаяся при очистке этого сплава, может вызывать раздражение носа и горла, что, возможно, связано с наличием на поверхности сплава пленки оксида бора. Некоторые исследования на животных (собаки, подвергшиеся воздействию атмосферного ферробора с концентрацией 57 мг/м3 в течение 23 недель) побочных эффектов не обнаружено.
Феррохром. Одно исследование, проведенное в Норвегии по общей смертности и заболеваемости раком среди рабочих, производящих феррохром, показало повышенную заболеваемость раком легких в причинно-следственной связи с воздействием шестивалентного хрома вблизи печей. У нескольких рабочих также была обнаружена перфорация носовой перегородки. В другом исследовании сделан вывод о том, что повышенная смертность от рака легких среди рабочих сталелитейной промышленности связана с воздействием полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) при производстве феррохрома. Еще одно исследование, изучающее связь между профессиональным воздействием дыма и раком легких, показало, что у рабочих, занимающихся производством феррохрома, было повышенное количество случаев рака легких и простаты.
Ферромарганец может быть получен путем восстановления марганцевых руд в электрической печи коксом с добавлением доломита и известняка в качестве флюса. При транспортировке, хранении, сортировке и дроблении руд образуется мараганцевая пыль в концентрациях, которые могут быть опасны. Патологические эффекты, возникающие в результате воздействия пыли, как руды, так и сплава, практически неотличимы от описанных в статье «Марганец». в этой главе. Наблюдаются как острые, так и хронические интоксикации. Ферромарганцевые сплавы, содержащие очень большое количество марганца, реагируют с влагой с образованием карбид марганца, который при соединении с влагой выделяет водород, создавая пожаро- и взрывоопасность.
Ферросилиций производство может привести к образованию как аэрозолей, так и пыли ферросилиция. Исследования на животных показывают, что пыль ферросилиция может вызывать утолщение альвеолярных стенок с редким исчезновением альвеолярной структуры. Сырье, используемое в производстве сплавов, также может содержать свободный кремнезем, хотя и в относительно низких концентрациях. Существуют некоторые разногласия относительно того, может ли классический силикоз представлять потенциальную опасность при производстве ферросилиция. Однако нет сомнений в том, что хроническое заболевание легких, независимо от его классификации, может быть результатом чрезмерного воздействия пыли или аэрозолей, встречающихся на заводах по производству ферросилиция.
феррованадия. Загрязнение атмосферы пылью и парами также представляет опасность при производстве феррованадия. В нормальных условиях аэрозоли не вызывают острой интоксикации, но могут вызвать бронхит и легочный интерстициальный пролиферативный процесс. Сообщалось, что ванадий в сплаве феррованадия значительно более токсичен, чем свободный ванадий, в результате его большей растворимости в биологических жидкостях.
Освинцованная сталь используется для автомобильной листовой стали с целью повышения пластичности. Он содержит примерно 0.35% свинца. Всякий раз, когда освинцованная сталь подвергается воздействию высокой температуры, например, при сварке, всегда существует опасность образования свинцовых паров.
Меры безопасности и охраны здоровья
Контроль дыма, пыли и аэрозолей при производстве и использовании ферросплавов имеет важное значение. При транспортировке и обработке руд и сплавов требуется хороший контроль запыленности. Рудные отвалы следует увлажнять, чтобы уменьшить пылеобразование. В дополнение к этим основным мерам по борьбе с пылью необходимы особые меры предосторожности при обращении с конкретными ферросплавами.
Ферросилиций реагирует с влагой с образованием фосфина и арсина; следовательно, этот материал нельзя грузить во влажную погоду, и следует принимать особые меры предосторожности, чтобы гарантировать, что он останется сухим во время хранения и транспортировки. Всякий раз, когда ферросилиций отгружается или обрабатывается в количествах любой важности, должны быть размещены уведомления, предупреждающие рабочих об опасности, и должны проводиться процедуры обнаружения и анализа с частыми интервалами для проверки наличия фосфина и арсина в воздухе. Для защиты органов дыхания требуется хороший контроль пыли и аэрозолей. На случай чрезвычайных ситуаций должно быть в наличии подходящее респираторное защитное оборудование.
Рабочие, занятые производством и использованием ферросплавов, должны находиться под тщательным медицинским наблюдением. Их рабочая среда должна контролироваться постоянно или периодически, в зависимости от степени риска. Токсическое воздействие различных ферросплавов значительно отличается от воздействия чистых металлов, что требует более интенсивного медицинского наблюдения до тех пор, пока не будет получено больше данных. Там, где ферросплавы образуют пыль, пары и аэрозоли, рабочие должны проходить периодическое рентгенологическое обследование органов грудной клетки для раннего выявления респираторных изменений. Также может потребоваться тестирование функции легких и мониторинг концентрации металлов в крови и/или моче подвергшихся воздействию рабочих.