Гунар Нордберг

Појава и употреба

Гвожђе је друго по обиљу међу металима и четврто је међу елементима, надмашују га само кисеоник, силицијум и алуминијум. Најчешће руде гвожђа су: хематит, или руда црвеног гвожђа (Фе₂O₃), што је 70% гвожђа; лимонит, или руда смеђег гвожђа (ФеО(ОХ)·нХ₂О), који садржи 42% гвожђа; магнетит, или магнетна руда гвожђа (Фе₃O₄), који има висок садржај гвожђа; сидерит, или спатична гвоздена руда (ФеЦО₃); пирит (ФеС₂), најчешћи сулфидни минерал; и пиротин, или магнетни пирит (ФеС). Гвожђе се користи у производњи одливака од гвожђа и челика, а легира се са другим металима за формирање челика. Гвожђе се такође користи за повећање густине течности за бушење нафтних бунара.

Легуре и једињења

Гвожђе само по себи није посебно чврсто, али се његова чврстоћа знатно повећава када се легира угљеником и брзо охлади да би се произвео челик. Његово присуство у челику објашњава његов значај као индустријског метала. Одређене карактеристике челика — то јест, да ли је мек, благ, средњи или чврст — у великој мери су одређене садржајем угљеника, који може да варира од 0.10 до 1.15%. Око 20 других елемената се користи у различитим комбинацијама и пропорцијама у производњи челичних легура са много различитих квалитета – тврдоће, дуктилности, отпорности на корозију и тако даље. Најважнији од њих су манган (фероманган и шпигелејзен), силицијум (феросилицијум) и хром, о чему се говори у наставку.

Најважнија индустријска једињења гвожђа су оксиди и карбонат, који чине главне руде из којих се метал добија. Од мањег индустријског значаја су цијаниди, нитриди, нитрати, фосфиди, фосфати и карбонил гвожђа.

Хазардс

Индустријске опасности су присутне приликом експлоатације, транспорта и припреме руда, приликом производње и употребе метала и легура у железарама и ливницама, као и приликом производње и употребе одређених једињења. Удисање гвоздене прашине или испарења се јавља у рударству гвоздене руде; заваривање; брушење, полирање и обрада метала; и у котловском скалирању. Ако се удише, гвожђе је локални иритант за плућа и гастроинтестинални тракт. Извештаји показују да дуготрајно излагање мешавини гвожђа и других металних прашине може да наруши функцију плућа.

Због тешке машинерије за сечење, транспорт, дробљење и просејавање која се користи за ову намену, могу се десити незгоде током експлоатације, транспорта и припреме руде. Повреде могу настати и руковањем експлозивом који се користи у рударским операцијама.

Удисање прашине која садржи силицијум или оксид гвожђа може довести до пнеумокониозе, али нема дефинитивних закључака о улози честица гвожђе оксида у настанку рака плућа код људи. На основу експеримената на животињама, сумња се да прашина оксида гвожђа може послужити као „ко-канцерогена“ супстанца, чиме се повећава развој рака када се комбинује истовремено са излагањем канцерогеним супстанцама.

Студије смртности рудара хематита показале су повећан ризик од рака плућа, углавном међу пушачима, у неколико рударских области као што су Цумберланд, Лорраине, Кируна и Кривои Рог. Епидемиолошке студије радника у ливницама гвожђа и челика обично су приметиле да је ризик од рака плућа повећан за 1.5 до 2.5 пута. Међународна агенција за истраживање рака (ИАРЦ) класификује стварање гвожђа и челика као канцерогени процес за људе. Специфични хемијски агенси који су укључени (нпр. полинуклеарни ароматични угљоводоници, силицијум диоксид, испарења метала) нису идентификовани. Пријављена је и повећана инциденција рака плућа, али мање значајно, међу металним брусилицама. Закључци о раку плућа међу заваривачима су контроверзни.

У експерименталним студијама није утврђено да је гвожђе оксид канцероген; међутим, експерименти нису спроведени са хематитом. Присуство радона у атмосфери рудника хематита је сугерисано као важан канцероген фактор.

У преради гвожђа могу се десити озбиљне незгоде. У току рада са растопљеним металом може доћи до опекотина, као што је описано на другом месту у овоме Енциклопедија. Фино уситњени свеже редуковани прах гвожђа је пирофоран и пали се при излагању ваздуху на нормалним температурама. До пожара и експлозија прашине дошло је у каналима и сепараторима постројења за екстракцију прашине, повезаних са брусним и полираним точковима и тракама за завршну обраду, када су варнице из операције брушења запалиле фину челичну прашину у постројењу за екстракцију.

Опасна својства преосталих једињења гвожђа обично су последица радикала са којим је гвожђе повезано. Тако гвожђе арсенат (ФеАсО₄) и гвожђе арсенит (ФеАсО₃·Фе₂O₃) поседују отровна својства једињења арсена. Гвожђе карбонил (ФеЦО₅) је један од најопаснијих карбонила метала, који има и токсична и запаљива својства. О карбонилима се детаљније говори на другим местима у овом поглављу.

Жељезни сулфид (ФеС), поред своје природне појаве као пирит, повремено настаје ненамерно када се материјали који садрже сумпор третирају у гвозденим и челичним посудама, као што су рафинерије нафте. Ако се постројење отвори и депозит жељезног сулфида се изложи ваздуху, његова егзотермна оксидација може повећати температуру депозита до температуре паљења гасова и пара у близини. На такве наслаге треба усмерити фини водени спреј све док се запаљиве паре не уклоне прочишћавањем. Слични проблеми се могу јавити у рудницима пирита, где се температура ваздуха повећава континуираном спором оксидацијом руде.

Мере безбедности и здравља

Мере предострожности за превенцију механичких незгода обухватају ограђивање и даљинско управљање машинама, пројектовање постројења (које у савременој производњи челика укључује компјутеризовано управљање) и обуку радника о безбедности.

Опасност која произилази од токсичних и запаљивих гасова, пара и прашине се супротставља локалним издувним гасовима и општом вентилацијом у комбинацији са различитим облицима даљинског управљања. Треба обезбедити заштитну одећу и заштиту за очи ради заштите радника од утицаја врућих и корозивних материја и топлоте.

Посебно је важно да се канали на машинама за брушење и полирање и на завршним тракама одржавају у редовним интервалима како би се одржала ефикасност издувне вентилације као и да би се смањио ризик од експлозије.

Феролегуре

Феролегура је легура гвожђа са елементом који није угљеник. Ове металне мешавине се користе као средство за увођење специфичних елемената у производњу челика у циљу производње челика са специфичним својствима. Елемент се може легирати са челиком раствором или може неутралисати штетне нечистоће.

Легуре имају јединствена својства зависна од концентрације њихових елемената. Ова својства варирају директно у односу на концентрацију појединачних компоненти и делимично зависе од присуства у траговима других елемената. Иако се биолошки ефекат сваког елемента у легури може користити као водич, постоји довољно доказа за модификацију деловања мешавине елемената да би се оправдао крајњи опрез у доношењу критичних одлука заснованих на екстраполацији ефекта од једног елемента.

Феролегуре чине широку и разнолику листу легура са много различитих смеша унутар сваке класе легура. Трговина генерално ограничава број типова феролегура доступних у било којој класи, али развој металургије може довести до честих додатака или промена. Неке од најчешћих феролегура су следеће:

• феробор—16.2% бора

• ферохром - 60 до 70% хрома, који такође може да садржи силицијум и манган

• фероманган—78 до 90% мангана; 1.25 до 7% силицијума

• феромолибден—55 до 75% молибдена; 1.5% силицијум

• ферофосфор - 18 до 25% фосфора

• феросилицијум - 5 до 90% силицијум диоксида

• феротитанијум—14 до 45% титанијума; 4 до 13% силицијума

• феротунгстен—70 до 80% волфрама

• ферованадијум—30 до 40% ванадијума; 13% силицијум; 1.5% алуминијума.

Хазардс

Иако одређене феролегуре имају неметалуршку употребу, главни извори опасног излагања сусрећу се у производњи ових легура и у њиховој употреби током производње челика. Неке феролегуре се производе и користе у облику финих честица; Прашина у ваздуху представља потенцијалну опасност од токсичности, као и опасност од пожара и експлозије. Поред тога, професионална изложеност испарењима одређених легура повезана је са озбиљним здравственим проблемима.

Ферроборон. Ваздушна прашина настала током чишћења ове легуре може изазвати иритацију носа и грла, што је могуће због присуства филма бор-оксида на површини легуре. Неке студије на животињама (пси изложени атмосферским концентрацијама феробора од 57 мг/м³ током 23 недеље) нису открили нежељене ефекте.

ферохром. Једна студија у Норвешкој о укупној смртности и учесталости рака код радника који производе ферохром је показала повећану учесталост рака плућа у узрочној вези са излагањем хексавалентном хрому око пећи. Код неколико радника нађена је и перфорација носног септума. Друга студија закључује да је вишак морталитета од рака плућа код радника у производњи челика повезан са изложеношћу полицикличним ароматичним угљоводоницима (ПАХ) током производње ферохрома. Још једна студија која је истраживала повезаност између професионалне изложености испарењима и рака плућа открила је да су радници са ферохромом показали вишак случајева рака плућа и простате.

фероманган може се произвести редуковањем руда мангана у електричној пећи коксом и додавањем доломита и кречњака као флукса. Транспорт, складиштење, сортирање и дробљење руда стварају прашину мангана у концентрацијама које могу бити опасне. Патолошки ефекти који настају услед излагања прашини, како руде тако и легуре, практично се не разликују од оних описаних у чланку „Манган“ У овом поглављу. Уочене су и акутне и хроничне интоксикације. Легуре феромангана које садрже веома високе пропорције мангана ће реаговати са влагом да би произвеле манган карбид, који у комбинацији са влагом ослобађа водоник, стварајући опасност од пожара и експлозије.

феросилицијум производња може резултирати и аеросолима и прашином феросилицијума. Студије на животињама указују да феросилицијумска прашина може изазвати задебљање зидова алвеола уз повремени нестанак алвеоларне структуре. Сировине које се користе у производњи легура такође могу садржати слободни силицијум диоксид, иако у релативно ниским концентрацијама. Постоји одређена неслагања око тога да ли класична силикоза може бити потенцијална опасност у производњи феросилицијума. Нема сумње, међутим, да хронична плућна болест, без обзира на њену класификацију, може бити резултат претераног излагања прашини или аеросолима који се срећу у феросилицијумским биљкама.

Ферованадијум. Атмосферска контаминација прашином и димовима такође представља опасност у производњи ферованадијума. У нормалним условима, аеросоли неће изазвати акутну интоксикацију, али могу изазвати бронхитис и плућни интерстицијски пролиферативни процес. Пријављено је да је ванадијум у легури ферованадијума знатно токсичнији од слободног ванадијума као резултат његове веће растворљивости у биолошким течностима.

Оловни челик користи се за аутомобилски челични лим како би се повећала савитљивост. Садржи око 0.35% олова. Кад год је оловни челик изложен високој температури, као код заваривања, увек постоји опасност од стварања испарења олова.

Мере безбедности и здравља

Контрола испарења, прашине и аеросола током производње и употребе феролегура је од суштинског значаја. Потребна је добра контрола прашине у транспорту и руковању рудама и легурама. Гомиле руде треба навлажити да би се смањило стварање прашине. Поред ових основних мера за контролу прашине, потребне су посебне мере предострожности при руковању специфичним феролегурама.

Феросилицијум реагује са влагом и производи фосфин и арсин; сходно томе овај материјал не треба утоваривати по влажном времену и треба предузети посебне мере предострожности како би се осигурало да остане сув током складиштења и транспорта. Кад год се феросилицијум отпрема или њиме рукује у количинама било каквог значаја, треба поставити обавештења која упозоравају раднике на опасност, а процедуре детекције и анализе треба спроводити у честим интервалима како би се проверило присуство фосфина и арсина у ваздуху. За заштиту дисајних органа потребна је добра контрола прашине и аеросола. За хитне случајеве треба да буде доступна одговарајућа заштитна опрема за дисање.

Радници који се баве производњом и употребом феролегура треба да буду под пажљивим медицинским надзором. Њихово радно окружење треба пратити континуирано или периодично, у зависности од степена ризика. Токсични ефекти различитих феролегура се довољно разликују од ефеката чистих метала да гарантују интензивнији ниво медицинског надзора док се не добије више података. Тамо где феролегуре стварају прашину, испарења и аеросоле, радници треба да се периодично прегледају рендгенским снимком грудног коша ради раног откривања респираторних промена. Такође може бити потребно тестирање плућне функције и праћење концентрације метала у крви и/или урину изложених радника.

Назад