Преузето из 3. издања, Енциклопедија безбедности и здравља на раду.
У производњи и рафинацији метала, вредне компоненте се одвајају од безвредног материјала у низу различитих физичких и хемијских реакција. Крајњи производ је метал који садржи контролисане количине нечистоћа. Примарно топљење и рафинација производи метале директно из концентрата руде, док секундарно топљење и рафинација производи метале из отпада и процесног отпада. Отпаци обухватају комаде металних делова, шипки, стругања, лимова и жице који нису у складу са спецификацијама или су истрошени, али се могу рециклирати (погледајте чланак „Поврат метала“ у овом поглављу).
Преглед процеса
Две технологије опоравка метала се генерално користе за производњу рафинисаних метала, пирометалуршки хидрометалуршки. Пирометалуршки процеси користе топлоту за одвајање жељених метала од других материјала. Ови процеси користе разлике између оксидационих потенцијала, тачака топљења, притисака паре, густине и/или мешљивости компоненти руде када су топљене. Хидрометалуршке технологије се разликују од пирометалуршких процеса по томе што се жељени метали одвајају од других материјала коришћењем техника које капитализују разлике између растворљивости састојака и/или електрохемијских својстава док су у воденим растворима.
Пирометалургија
Током пирометалне обраде, руда, након што се бенефицирани (концентрисано дробљењем, млевењем, плутањем и сушењем), синтерује се или пржи (калцинише) са другим материјалима као што су прашина из врећа и флукс. Концентрат се затим топи или топи у високој пећи како би се жељени метали спојили у нечисту растопљену полугу. Ова полуга се затим подвргава трећем пирометалном процесу да би се метал рафинисао до жељеног нивоа чистоће. Сваки пут када се руда или полуга загревају, стварају се отпадни материјали. Прашина из вентилације и процесни гасови могу бити заробљени у складишту за вреће и или одложени или враћени у процес, у зависности од садржаја преосталог метала. Сумпор у гасу се такође хвата, а када су концентрације изнад 4% може се претворити у сумпорну киселину. У зависности од порекла руде и садржаја заосталих метала, различити метали као што су злато и сребро се такође могу производити као нуспроизводи.
Печење је важан пирометалуршки процес. Сулфатно печење се користи у производњи кобалта и цинка. Његова сврха је да одвоји метале како би се могли трансформисати у водорастворни облик за даљу хидрометалуршку обраду.
Топљењем сулфидних руда настаје делимично оксидовани концентрат метала (мат). Приликом топљења, безвредни материјал, обично гвожђе, формира шљаку са флуксирајућим материјалом и претвара се у оксид. Вриједни метали добијају метални облик у фази претварања, која се одвија у пећима за претварање. Ова метода се користи у производњи бакра и никла. Гвожђе, ферохром, олово, магнезијум и једињења гвожђа производе се редукцијом руде угљем и флуксом (кречњак), при чему се процес топљења обично одвија у електричној пећи. (Погледајте такође Индустрија гвожђа и челика поглавље.) Електролиза фузионисане соли, која се користи у производњи алуминијума, је још један пример пирометалуршког процеса.
Висока температура потребна за пирометалуршки третман метала добија се сагоревањем фосилних горива или коришћењем егзотермне реакције саме руде (нпр. у процесу брзог топљења). Процес брзог топљења је пример пирометалуршког процеса који штеди енергију у коме се гвожђе и сумпор из концентрата руде оксидују. Егзотермна реакција у комбинацији са системом за рекуперацију топлоте штеди много енергије за топљење. Висок ниво сумпора у процесу је такође користан за заштиту животне средине. Већина недавно изграђених топионица бакра и никла користи овај процес.
хидрометалургија
Примери хидрометалуршких процеса су лужење, преципитација, електролитичка редукција, јонска размена, мембранско одвајање и екстракција растварачем. Прва фаза хидрометалуршких процеса је испирање вредних метала из мање вредног материјала, на пример, сумпорном киселином. Испирању често претходи предтретман (нпр. сулфатно печење). Процес лужења често захтева висок притисак, додавање кисеоника или високе температуре. Испирање се може вршити и електричном енергијом. Из раствора за лужење се жељени метал или његово једињење издваја преципитацијом или редукцијом коришћењем различитих метода. Смањење се врши, на пример, у производњи кобалта и никла гасом.
Као хидрометалуршки процес сматра се и електролиза метала у воденим растворима. У процесу електролизе метални јон се редукује у метал. Метал се налази у раствору слабе киселине из којег се под утицајем електричне струје таложи на катодама. Већина обојених метала се такође може рафинисати електролизом.
Често металуршки процеси представљају комбинацију пиро- и хидрометалуршких процеса, у зависности од концентрата руде који се третира и врсте метала који се рафинише. Пример је производња никла.
Опасности и њихова превенција
Превенција здравствених ризика и незгода у металуршкој индустрији је првенствено образовно-техничко питање. Лекарски прегледи су секундарни и имају само комплементарну улогу у превенцији здравствених ризика. Хармонична размена информација и сарадња између одељења за планирање, линију, безбедност и здравље на раду у оквиру компаније дају најефикаснији резултат у превенцији здравствених ризика.
Најбоље и најјефтиније превентивне мере су оне предузете у фази планирања новог постројења или процеса. Приликом планирања нових производних објеката треба узети у обзир као минимум следеће аспекте:
- Потенцијални извори загађивача ваздуха треба да буду затворени и изоловани.
- Дизајн и постављање процесне опреме треба да омогући лак приступ за потребе одржавања.
- Области у којима може доћи до изненадне и неочекиване опасности треба континуирано пратити. Треба укључити одговарајућа упозорења. На пример, области у којима је могуће излагање арсину или цијановодонику треба да буду под сталним надзором.
- Додавање и руковање отровним процесним хемикалијама треба планирати тако да се избегне ручно руковање.
- Требало би користити уређаје за узорковање личне хигијене рада како би се проценила стварна изложеност појединог радника, кад год је то могуће. Редовно фиксно праћење гасова, прашине и буке даје преглед изложености, али има само комплементарну улогу у процени дозе изложености.
- У планирању простора треба узети у обзир захтеве будућих промена или проширења процеса како се не би погоршали стандарди хигијене рада постројења.
- Треба постојати континуиран систем обуке и едукације особља за безбедност и здравље, као и за предраднике и раднике. Нови радници посебно треба да буду детаљно информисани о потенцијалним здравственим ризицима и како их спречити у сопственом радном окружењу. Поред тога, обуку треба обавити кад год се уведе нови процес.
- Важне су радне праксе. На пример, лоша лична хигијена једењем и пушењем на радном месту може значајно повећати личну изложеност.
- Менаџмент треба да има систем праћења здравља и безбедности који производи адекватне податке за доношење техничких и економских одлука.
Следе неке од специфичних опасности и мера предострожности које се могу наћи код топљења и рафинирања.
Повреде
Индустрија топљења и рафинирања има већу стопу повреда од већине других индустрија. Извори ових повреда су: прскање и изливање растопљеног метала и шљаке што доводи до опекотина; експлозије гаса и експлозије од контакта растопљеног метала са водом; судари са покретним локомотивама, вагонима, покретним дизалицама и другом покретном опремом; падови тешких предмета; падне са висине (нпр. док приступате кабини дизалице); и повреде од клизања и спотицања услед зачепљења подова и пролаза.
Мере предострожности укључују: адекватну обуку, одговарајућу личну заштитну опрему (ППЕ) (нпр. кациге, заштитне ципеле, радне рукавице и заштитна одећа); добро складиштење, одржавање и одржавање опреме; правила саобраћаја за покретну опрему (укључујући дефинисане руте и ефикасан систем сигнализације и упозорења); и програм заштите од пада.
Топлота
Болести топлотног стреса као што је топлотни удар су уобичајена опасност, првенствено због инфрацрвеног зрачења из пећи и растопљеног метала. Ово је посебно проблем када се напоран рад мора обављати у врућим срединама.
Превенција топлотних болести може укључивати водене преграде или ваздушне завесе испред пећи, хлађење на месту, затворене климатизоване кабине, одећу која штити од топлоте и одела са ваздушним хлађењем, омогућавајући довољно времена за аклиматизацију, паузе у раду у хладним просторима и адекватно снабдевање. пића за често пијење.
Хемијске опасности
Током операција топљења и рафинације може доћи до излагања широком спектру опасних прашине, испарења, гасова и других хемикалија. Нарочито дробљење и млевење руде може довести до велике изложености силицијум диоксиду и токсичној металној прашини (нпр. која садржи олово, арсен и кадмијум). Такође може доћи до излагања прашини током операција одржавања пећи. Током операција топљења, метална испарења могу бити велики проблем.
Емисије прашине и дима могу се контролисати затварањем, аутоматизацијом процеса, локалном и разблаженом издувном вентилацијом, влажењем материјала, смањеним руковањем материјалима и другим процесним променама. Тамо где оне нису адекватне, потребна је респираторна заштита.
Многе операције топљења укључују производњу великих количина сумпор-диоксида из сулфидних руда и угљен-моноксида из процеса сагоревања. Разблаживање и локална издувна вентилација (ЛЕВ) су од суштинског значаја.
Сумпорна киселина се производи као нуспроизвод топљења и користи се у електролитичкој рафинацији и лужењу метала. До излагања може доћи и течности и сумпорне киселине. Потребна је заштита коже и очију и ЛЕВ.
Топљење и рафинација неких метала може имати посебне опасности. Примери укључују карбонил никла у рафинацији никла, флуориде у топљењу алуминијума, арсен у топљењу и рафинацији бакра и олова, и излагање живи и цијаниду током рафинације злата. Ови процеси захтевају посебне мере предострожности.
Остале опасности
Одсјај и инфрацрвено зрачење из пећи и растопљеног метала могу изазвати оштећење ока укључујући катаракту. Треба носити одговарајуће заштитне наочаре и штитнике за лице. Висок ниво инфрацрвеног зрачења такође може изазвати опекотине коже осим ако се не носи заштитна одећа.
Висок ниво буке од дробљења и млевења руде, дуваљки на гас и електричних пећи велике снаге може изазвати губитак слуха. Ако се извор буке не може затворити или изоловати, онда треба носити штитнике за слух. Требало би успоставити програм очувања слуха укључујући аудиометријско тестирање и обуку.
Електричне опасности могу настати током електролитских процеса. Мере предострожности укључују правилно електрично одржавање са процедурама закључавања/означавања; изоловане рукавице, одећа и алати; и прекидаче струјног кола где је потребно.
Ручно подизање и руковање материјалима може изазвати повреде леђа и горњих екстремитета. Механичка помагала за дизање и одговарајућа обука у методама дизања могу смањити овај проблем.
Загађење и заштита животне средине
Емисије иритантних и корозивних гасова као што су сумпор-диоксид, водоник-сулфид и хлороводоник могу допринети загађењу ваздуха и изазвати корозију метала и бетона унутар постројења и околине. Толеранција вегетације на сумпор диоксид варира у зависности од врсте шуме и земљишта. У принципу, зимзелено дрвеће толерише ниже концентрације сумпор-диоксида од листопадних. Емисије честица могу садржати неспецифичне честице, флуориде, олово, арсен, кадмијум и многе друге токсичне метале. Отпадне воде могу садржати разне токсичне метале, сумпорну киселину и друге нечистоће. Чврсти отпад може бити контаминиран арсеном, оловом, гвожђем сулфидима, силицијумом и другим загађивачима.
Управљање топионицом треба да укључи процену и контролу емисија из постројења. Ово је специјализован посао који треба да обавља само особље које је у потпуности упознато са хемијским својствима и токсичношћу материјала који се испуштају из процеса постројења. Физичко стање материјала, температура на којој излази из процеса, други материјали у струји гаса и други фактори морају се узети у обзир приликом планирања мера за контролу загађења ваздуха. Такође је пожељно одржавати метеоролошку станицу, водити метеоролошку евиденцију и бити спреман за смањење производње када су временски услови неповољни за дисперзију отпадних вода из димњака. Излети су неопходни да би се сагледао утицај загађења ваздуха на стамбена и пољопривредна подручја.
Сумпор-диоксид, један од главних загађивача, обнавља се као сумпорна киселина када је присутан у довољној количини. Иначе, да би се испунили стандарди емисије, сумпор диоксид и други опасни гасовити отпад се контролишу прочишћавањем. Емисије честица се обично контролишу помоћу филтера од тканине и електростатичких филтера.
Велике количине воде се користе у процесима флотације као што је концентрација бакра. Већина ове воде се рециклира назад у процес. Јаловина из процеса флотације се пумпа као муљ у таложнице. Вода се у том процесу рециклира. Процесна вода која садржи метал и кишница се чисте у постројењима за пречишћавање воде пре испуштања или рециклаже.
Отпад чврсте фазе укључује шљаку од топљења, муљ од претворбе сумпор-диоксида у сумпорну киселину и муљ из површинских базена (нпр. таложнице). Неке шљаке се могу поново концентрисати и вратити у топионице ради поновне обраде или опоравка других присутних метала. Многи од ових чврстих фаза отпада су опасни отпад који се мора складиштити у складу са еколошким прописима.