岡納·諾德伯格

發生和使用

鋅 (Zn) 在自然界中分佈廣泛，其含量約為地殼的 0.02%。 它在自然界中以硫化物（閃鋅礦）、碳酸鹽、氧化物或矽酸鹽（爐甘石）的形式與許多礦物結合存在。 閃鋅礦是主要的鋅礦物，也是至少 90% 的金屬鋅的來源，含有鐵和鎘雜質。 它幾乎總是伴隨著方鉛礦，即鉛的硫化物，偶爾也會與含有銅或其他賤金屬硫化物的礦石一起被發現。

暴露在空氣中時，鋅會覆蓋一層堅韌的氧化膜，防止金屬進一步氧化。 這種對大氣腐蝕的抵抗力構成了金屬最常見用途之一的基礎，即通過鍍鋅保護鋼結構。 電解作用增強了鋅保護黑色金屬免受腐蝕的能力。 它作為鐵和除鋁和鎂以外的其他結構金屬的陽極，因此優先受到腐蝕劑的侵蝕。 此特性用於鋅的許多其他重要應用，例如，使用鋅板作為陰極保護船體、地下儲罐等的陽極。 鋅金屬用於汽車工業、電氣設備工業以及輕型機床、五金、玩具和高檔商品行業的部件壓鑄。 它在軋機中被軋成薄板，用於製造屋頂、擋風雨條、乾電池外殼、印刷板等。 鋅還與銅、鎳、鋁和鎂形成合金。 當它與銅合金化時，它會形成稱為黃銅的重要合金組。

氧化鋅 (ZnO)，或鋅白（鋅花）是通過氧化蒸發的純鋅或通過焙燒氧化鋅礦石生產的。 它用作油漆、漆和清漆中的顏料，以及塑料和橡膠的填料。 氧化鋅存在於化妝品、速凝水泥和藥物中。 用於製造玻璃、汽車輪胎、火柴、白膠和印刷油墨。 氧化鋅在電子工業中也用作半導體。

鉻酸鋅 (鉻酸鋅₄)，或鋅黃，是通過鉻酸與氧化鋅漿料或氫氧化鋅的作用而產生的。 它用於顏料、油漆、清漆和漆，以及油氈的製造。 鉻酸鋅用作金屬和環氧樹脂層壓板的腐蝕抑製劑。

氰化鋅 (鋅(CN)₂) 由硫酸鋅或氯化鋅溶液與氰化鉀沉澱而成。 它用於金屬電鍍和提金。 氰化鋅用作化學試劑和殺蟲劑。 硫酸鋅 (硫酸鋅₄·7H₂O) 或白礬是通過焙燒閃鋅礦或通過硫酸對鋅或氧化鋅的作用而生產的。 用作收斂劑、皮革和木材的防腐劑、紙張的漂白劑、農藥助劑和殺菌劑。 硫酸鋅還用作防火劑和泡沫浮選抑製劑。 它用於水處理和紡織印染。 硫化鋅 用作油漆、油布、油氈、皮革、油墨、漆和化妝品的顏料。 磷化鋅 (鋅₃P₂) 是通過使磷化氫通過硫酸鋅溶液而產生的。 它主要用作殺鼠劑。

氯化鋅 (氯化鋅₂)，或鋅脂，在紡織工業中有多種用途，包括染色、印花、上漿和加重織物。 它是金屬、潔齒劑和助焊劑的水泥成分。 單獨使用或與苯酚等防腐劑一起用於鐵路枕木防腐。 氯化鋅可用於玻璃蝕刻和瀝青的製造。 是橡膠的硫化劑，木材的阻燃劑，水處理中的緩蝕劑。

危害性

鋅是一種必需的營養素。 它是金屬酶的組成部分，在核酸代謝和蛋白質合成中起重要作用。 鋅不儲存在體內，營養專家建議每天至少攝入鋅。 與植物產品相比，動物蛋白來源更容易吸收鋅。 植物中的植酸鹽會與鋅結合，使其無法被吸收。 穀物是人們消耗的蛋白質的主要來源的國家已經報告了缺鋅狀態。 人類慢性缺鋅的一些公認的臨床表現是生長遲緩、男性性腺機能減退、皮膚變化、食慾不振、精神萎靡和傷口癒合延遲。

一般來說，鋅鹽具有收斂性、吸濕性、腐蝕性和防腐性。 它們對蛋白質的沉澱作用構成了它們收斂和防腐作用的基礎，並且它們相對容易被皮膚吸收。 鋅鹽的味閾約為 15 ppm； 含有 30 ppm 可溶性鋅鹽的水呈乳白色，濃度達到 40 ppm 時呈金屬味。 鋅鹽對胃腸道有刺激性，水中鋅鹽的催吐濃度為 675 至 2,280 ppm。

在存在鐵的情況下，鋅在弱酸性溶液中的溶解度導致在用磨損的鍍鋅鐵容器製備酸性食品（例如水果飲料）時意外攝入大量鋅鹽。 攝入後 20 分鐘至 10 小時內出現發燒、噁心、嘔吐、胃痙攣和腹瀉。

許多鋅鹽可能通過吸入、皮膚或食入進入人體並導致中毒。 已發現氯化鋅會導致皮膚潰瘍。 許多鋅化合物存在火災和爆炸危險。 鋅的電解製造會產生含有硫酸和硫酸鋅的霧氣，這些霧氣會刺激呼吸系統或消化系統並導致牙齒腐蝕。 涉及鋅的冶金工藝會導致砷、鎘、錳、鉛以及可能的鉻和銀暴露，以及相關的危害。 由於砷經常存在於鋅中，當鋅溶解在酸或鹼中時，它可能成為接觸劇毒砷化氫氣體的來源。

在鋅冶金和製造、鍍鋅或鍍鋅金屬的焊接和切割，或黃銅或青銅的熔煉和鑄造中，鋅及其化合物最常遇到的危害是暴露於氧化鋅煙霧中，這會導致金屬煙霧熱。 金屬煙霧熱的症狀包括顫抖發作、不規則發燒、大量出汗、噁心、口渴、頭痛、四肢疼痛和疲憊感。 發作持續時間較短（大多數病例會在症狀出現後 24 小時內完全康復），並且似乎獲得了耐受性。 據報導，氧化鋅包裝操作中游離紅細胞原卟啉顯著增加。

氯化鋅煙霧會刺激眼睛和粘膜。 在一次涉及煙霧發生器的事故中，70 名暴露人員的眼睛、鼻子、喉嚨和肺部受到不同程度的刺激。 在 10 名死亡人員中，一些人在幾小時內死於肺水腫，其他人後來死於支氣管肺炎。 還有一次，兩名消防員在滅火演示中接觸到來自煙霧發生器的氯化鋅煙霧，一名短暫接觸，另一名持續幾分鐘。 前者迅速康復，而後者因呼吸衰竭在 18 天后死亡。 接觸後不久，溫度迅速升高，並出現明顯的上呼吸道炎症。 胸部 X 光片可見瀰漫性肺部浸潤，屍檢顯示活躍的成纖維細胞增殖和肺心病。

在一項主要用於評估致癌作用的實驗中，每組 24 隻小鼠在一年的飲用水中接受了 1,250 至 5,000 ppm 的硫酸鋅。 除了接受 5,000 ppm 的動物出現嚴重貧血外，鋅沒有任何副作用。 腫瘤發生率與對照組無顯著差異。

磷化鋅用作滅鼠劑，無論是吞嚥、吸入還是注射均對人體有毒，與氯化鋅一起是鋅鹽中最危險的一種； 這兩種物質是唯一因鋅中毒而死亡的罪魁禍首。

皮膚效應. 據報導，車身製造商、錫匠和鋼製櫥櫃製造商使用的底漆中的鉻酸鋅會導致暴露的工人出現鼻腔潰瘍和皮炎。 氯化鋅具有腐蝕性，可能導致處理浸漬過氯化鋅的木材或將其用作焊接助焊劑的人員的手指、手和前臂潰瘍。 據報導，氧化鋅粉塵可能會阻塞皮脂腺的導管，並在包裝這種化合物的人體中引起丘疹、膿皰性濕疹。

安全衛生措施

火災和爆炸。 細碎的鋅粉和其他鋅化合物如果存放在潮濕的地方，可能會引起火災和爆炸，成為自燃源。 還原反應的殘留物可能會點燃可燃材料。 硝酸鋅銨、溴酸鋅、氯酸鋅、乙基鋅、硝酸鋅、高錳酸鋅和苦味酸鋅均有火災和爆炸危險。 此外，乙基鋅與空氣接觸會自燃。 因此，應將其存放在陰涼、乾燥、通風良好的地方，遠離急性火災風險、明火和強氧化劑。

在鋅被加熱到產生煙霧的所有情況下，確保提供足夠的通風是最重要的。 最好通過對工人進行有關金屬煙霧熱的教育和提供局部排氣通風，或者在某些情況下，通過佩戴供氣頭罩或面罩來確保個人保護。

接觸氯化鋅煙霧的工人應穿戴個人防護設備，包括防護服、化學眼部和麵部防護裝置以及適當的呼吸防護設備。 接觸氯化鋅煙霧時，應通過對暴露區域進行大量灌溉來處理。

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岡納·諾德伯格

發生和使用

據估計，鋯 (Zr) 約佔岩石圈的 0.017%。 由於其在僅略高於正常大氣溫度的溫度下具有非常高的化學活性，因此該元素僅以化合狀態出現。 最常見的礦石是鋯石（ZrO₂) 和斜鋯石 (ZrSiO₄). 鋯存在於所有動物組織中。

鉿 (Hf) 被發現與所有陸生鋯相關。 鉿的量各不相同，但平均約為鋯加鉿總量的 2%。 只有一種礦石中兩種元素含量都很低，發現鉿的含量高於鋯。 光譜證據表明，在宇宙中的鋯加鉿總量中，鉿的分佈也約為 2%。 這兩種元素的化學性質比元素週期表中的任何其他元素更接近。 相似性是如此之大，以至於尚未​​發現可以將它們分開的質量差異。 出於這個原因，可以假設大多數已使用的鋯，以及據報導的生理效應，都含有 0.5% 至 2% 的鉿。

鋯石自古以來就作為寶石受到重視，因為它常見於大的單晶中； 然而，大多數具有商業用途的鋯礦床位於海灘沙地或其他地方，在這些地方沉積了相對較重且化學惰性的鋯礦物，而它們所在的岩石較輕的部分已被分解並被沖走水。 在印度、馬來亞、澳大利亞和美國，這種海灘沙子的大量沉積是眾所周知的。 具有商業用途的礦床中的斜鋯石首先在巴西被發現，此後在瑞典、印度和意大利等許多其他地方也有發現。 一些鋯礦石也在馬達加斯加、尼日利亞、塞內加爾和南非進行了商業開採。

鋯石用作鑄造用砂、磨料，以及用作實驗室坩堝的鋯石和氧化鋯耐火組合物的組分。 它存在於陶瓷組合物中，用作釉料和搪瓷中的遮光劑。 鋯英石和氧化鋯磚用作玻璃窯爐的內襯。 氧化鋯模具也用作黑色金屬和有色金屬的擠壓模具以及澆注金屬的噴口襯裡，特別是用於連續鑄造。

現在超過 90% 的鋯金屬用於核能發電，因為鋯對中子的吸收截面很低，並且在不含鉿的情況下對原子反應堆內部的腐蝕具有很高的抵抗力。 鋯還用於製造鑄鐵、鋼和外科器械。 它用於弧光燈、煙火、特殊焊接助焊劑以及塑料中的顏料。

粉末狀金屬鋯在熱電子管中用作“吸氣劑”，以吸收管元件抽氣和除氣後的最後痕量氣體。 以細絲帶或羊毛的形式，這種金屬也被用作攝影閃光燈的濾光片。 大塊金屬以純金屬或合金形式用於反應容器的內襯。 它還用作化學過程中泵和管道系統的內襯。 一種優良的鋯和鈳超導合金已被用於磁場為 6.7 T 的磁鐵中。

碳化鋯 和 二硼化鋯 都是堅硬、難熔的金屬化合物，已用於金屬切削工具。 二硼化物也被用作平爐的熱電偶夾套，提供 非常長壽命的熱電偶。 四氯化鋯 用於有機合成和紡織品防水劑。 它也可用作鞣劑。

鉿金屬 已被用作火箭發動機部件的鉭包層，這些部件必須在非常高的溫度、腐蝕性條件下運行。 由於其高熱中子截面，它也被用作核反應堆的控制棒材料。 此外，鉿還用於製造電極和燈泡燈絲。

危害性

說鋯化合物具有生理惰性是不准確的，但與對大多數重金屬的耐受性相比，大多數生物對鋯的耐受性似乎更高。 鋯鹽已被用於治療钚中毒，以取代钚（和釔）在骨骼中的沉積，並在早期開始治療時防止沉積。 在這項研究過程中，確定老鼠的飲食中含有多達 20% 的氧化鋯，可以在相當長的時間內保持無有害影響，並且靜脈注射 LD₅₀ 大鼠的檸檬酸鋯鈉約為 171 mg/kg 體重。 其他研究者發現腹膜內 LD₅₀ 在大鼠中乳酸鋯為 0.67 g/kg，鋯酸鋇為 0.42 g/kg，在小鼠中乳酸鈉鋯為 51 mg/kg。

鋯化合物已被推薦用於漆樹（毒藤）皮炎的局部治療和身體除臭劑。 已經使用的一些化合物是碳酸水合氧化鋯、水合氧化鋯和乳酸鈉鋯。 由於這些應用，已經有許多關於皮膚產生持久性肉芽腫病症的報導。

與職業暴露有關的更直接的興趣是吸入鋯化合物的影響，與其他給藥途徑相比，這方面的研究較少。 然而，已經進行了幾項實驗和至少一份關於人類接觸的報告。 在這種情況下，一位在鋯鉿加工廠工作了七年的化學工程師被發現患有肉芽腫性肺部疾病。 由於對所有其他員工的檢查未發現類似的病變，因此得出的結論是，這種情況很可能是由於在接觸鋯之前接觸了相對較重的鈹。

實驗動物暴露於鋯化合物表明，在大氣中鋯濃度約為 5 mg/m 時，乳酸鋯和鋯酸鋇都會產生嚴重、持續的慢性間質性肺炎³. 0.049 mg/cmXNUMX 的大氣中高得多的鈉鋯乳酸鹽濃度³ 已發現較短時間的接觸會產生支氣管周圍膿腫、細支氣管周圍肉芽腫和小葉性肺炎。 儘管缺乏關於人類肺塵埃沉著病的記錄，但一項研究的作者得出結論，應將鋯視為肺塵埃沉著病的可能原因，並建議在工作場所採取適當的預防措施。

少數關於鉿化合物毒性的研究表明其急性毒性略高於鋯鹽。 鉿及其化合物會導致肝損傷。 10 mg/kg 的鉿基氯會導致貓出現心血管衰竭和呼吸停止，其方式與可溶性鋯鹽相同； 腹膜內LD₅₀ 鉿的 112 mg/kg 並不比鋯小很多。

安全衛生措施

火災和爆炸. 細粉末形式的金屬鋯在空氣、氮氣或二氧化碳中燃燒。 這些粉末在濃度為 45 至 300 毫克/升的空氣中具有爆炸性，如果受到干擾會自燃，這可能是由於顆粒分離產生的靜電。

金屬粉末應在濕態下運輸和裝卸； 通常用水潤濕。 當粉末在使用前乾燥時，使用的數量應盡可能少，操作應在單獨的隔間內進行，以防止在發生爆炸時傳播。 處理粉末的區域應消除所有火源，包括靜電荷。

該區域的所有表面都應是不透水和無縫的，以便可以用水沖洗並保持完全無塵。 任何溢出的粉末都應立即用水清洗，以免原地干燥。 被粉末污染的用過的紙和布應在有蓋的容器中保持濕潤，直到將它們取出進行焚燒，至少每天應進行一次。 乾燥的粉末應盡可能少地攪動和處理，然後只能使用不產生火花的工具。 橡膠或塑料圍裙，如果穿在工作服上，應該用抗靜電化合物處理。 除非用抗靜電材料有效處理，否則工作服應由非合成纖維製成。

所有使用鋯和/或鉿的工藝都應進行設計和通風，以將空氣污染物保持在暴露限值以下。

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