流程概覽

鋁土礦是通過露天開採提取的。 更豐富的礦石被用作開採。 較低品位的礦石可以通過破碎和洗滌以去除粘土和二氧化矽廢物進行選礦。 金屬的生產包括兩個基本步驟：

1. 精製. 通過拜耳法從鋁土礦生產氧化鋁，其中鋁土礦在苛性鈉的濃溶液中在高溫高壓下消化。 將所得水合物結晶並在窯爐或流化床煅燒爐中煅燒成氧化物。
2. 減少. 使用碳電極和冰晶石助熔劑，採用 Hall-Heroult 電解工藝將氧化鋁還原為純鋁金屬。

實驗發展表明，未來鋁可能會通過直接從礦石中還原成金屬。

目前有兩種主要類型的 Hall-Heroult 電解槽在使用。 所謂的“預烘烤”過程使用如下所述製造的電極。 在此類冶煉廠中，接觸多環烴通常發生在電極製造設施中，尤其是在混煉機和成型壓機期間。 使用 Soderberg 型電池的冶煉廠不需要用於製造烘焙碳陽極的設施。 相反，將焦炭和瀝青粘合劑的混合物放入料斗中，料斗的下端浸入熔融的冰晶石-氧化鋁浴混合物中。 當瀝青和焦炭的混合物被池內的熔融金屬冰晶石浴加熱時，該混合物烘烤成硬石墨塊 現場 金屬棒作為直流電流的導體插入陽極塊中。 這些桿必須定期更換； 在提取這些物質時，大量的煤焦油瀝青揮發物會進入細胞室環境。 向該暴露添加隨著瀝青焦塊的焙燒而產生的那些瀝青揮發物。

在過去的十年中，該行業傾向於不更換或修改現有的 Soderberg 型還原設施，因為它們存在​​已證明的致癌危害。 此外，隨著電解槽操作自動化程度的提高——尤其是陽極的更換，任務通常由封閉的機械起重機執行。 因此，在現代設施中，工人的暴露和患上與鋁冶煉相關的疾病的風險正在逐漸降低。 相比之下，在那些不容易獲得足夠資本投資的經濟體中，舊的、手動操作的還原過程的持續存在將繼續帶來以前與鋁還原廠相關的那些職業病（見下文）的風險。 事實上，這種趨勢在這些陳舊的、未經改進的手術中往往會變得更加嚴重，尤其是隨著年齡的增長。

碳電極製造

預焙電解還原成純金屬所需的電極通常由與此類鋁冶煉廠相關的設施製造。 陽極和陰極最常由磨碎的石油衍生焦炭和瀝青的混合物製成。 焦炭首先在球磨機中研磨，然後輸送並與瀝青機械混合，最後在模壓機中澆鑄成塊。 這些陽極或陰極塊接下來在燃氣爐中加熱數天，直到它們形成堅硬的石墨塊，基本上所有揮發物都已被驅除。 最後，它們連接到陽極棒或鋸槽以接收陰極棒。

應當注意，用於形成這種電極的瀝青代表從煤或石油焦油中提取的餾出物。 在通過加熱將這種焦油轉化為瀝青的過程中，最終的瀝青產品基本上蒸發掉了所有的低沸點無機物，例如 SO₂，以及脂肪族化合物和一環和二環芳香族化合物。 因此，這種瀝青在其使用中不應出現與煤焦油或石油焦油相同的危害，因為這些類別的化合物不應存在。 有一些跡象表明，這種瀝青產品的致癌潛力可能不如與煤不完全燃燒有關的焦油和其他揮發物的更複雜混合物。

危害及其預防

鋁冶煉和精煉過程的危害和預防措施與一般冶煉和精煉過程中的危害和預防措施基本相同； 然而，個別過程存在某些特定的危險。

採礦

儘管文獻中偶爾會提到“鋁土礦肺”，但幾乎沒有令人信服的證據表明存在這樣一個實體。 但是，應考慮鋁土礦中存在結晶二氧化矽的可能性。

拜耳法

在拜耳工藝中大量使用苛性鈉會導致皮膚和眼睛經常發生化學灼傷的風險。 使用氣動錘對儲罐進行除垢會導致嚴重的噪音暴露。 下文討論了與吸入該過程中產生的過量氧化鋁相關的潛在危險。

參與拜耳工藝的所有工人都應充分了解與處理燒鹼相關的危害。 在所有有風險的地點，應提供帶有自來水和雨淋式淋浴的洗眼器和水盆，並附有說明其用途的通知。 應提供 PPE（例如，護目鏡、手套、圍裙和靴子）。 應提供淋浴和雙儲物櫃（一個儲物櫃存放工作服，另一個儲物櫃存放個人衣物），並鼓勵所有員工在輪班結束時徹底清洗。 應為所有處理熔融金屬的工人提供面罩、呼吸器、手套、圍裙、臂環和防護罩，以保護他們免受灼傷、灰塵和煙霧的傷害。 應為從事 Gadeau 低溫工藝的工人提供特殊的手套和防護服，以保護他們免受電池啟動時釋放的鹽酸煙霧的傷害； 事實證明，羊毛對這些煙霧具有良好的抵抗力。 帶有炭盒或氧化鋁浸漬面罩的呼吸器可提供足夠的防護以防止瀝青和氟煙霧； 有效的防塵口罩對於防止碳粉塵是必要的。 應為接觸更嚴重粉塵和煙霧的工人（尤其是在 Soderberg 操作中）提供供氣式呼吸防護設備。 由於機械化的電解車間工作是在封閉的艙室中遠程進行的，因此這些保護措施將變得不那麼必要了。

電解還原

電解還原使工人有可能因熔融金屬飛濺、熱應激障礙、噪音、電氣危險、冰晶石和氫氟酸煙霧而導致皮膚灼傷和事故。 電解還原電池可能會排放大量的氟化物和氧化鋁粉塵。

炭素電極生產車間應安裝帶袋式除塵器的排風設備； 瀝青和碳研磨設備的外殼進一步有效地減少了對加熱瀝青和碳粉塵的接觸。 應使用合適的採樣設備定期檢查大氣粉塵濃度。 應定期對接觸粉塵的工人進行 X 光檢查，必要時應進行臨床檢查。

為了降低處理瀝青的風險，這種材料的運輸應盡可能實現機械化（例如，可以使用加熱的公路罐車將液體瀝青運輸到工廠，在那裡它被自動泵入加熱的瀝青罐）。 定期進行皮膚檢查以檢測紅斑、上皮瘤或皮炎也是謹慎的做法，海藻酸鹽基隔離霜可以提供額外的保護。

從事高溫工作的工人應在炎熱天氣來臨之前接受指導，以增加液體攝入量並在食物中加入大量鹽分。 他們和他們的主管也應該接受培訓，以識別他們自己和他們的同事早期的熱引起的疾病。 所有在這里工作的人都應該接受培訓，以採取必要的適當措施來防止熱病症的發生或發展。

應為暴露在高噪音水平下的工人提供聽力保護設備，例如耳塞，這些設備可以讓低頻噪音通過（以便感知命令），但可以減少強烈的高頻噪音的傳播。 此外，工人應定期進行聽力檢查以發現聽力損失。 最後，還應培訓人員對觸電事故的受害者進行心肺復蘇。

熔融金屬飛濺和嚴重燒傷的可能性在還原廠和相關操作的許多場所都很普遍。 除了防護服（例如，手套、圍裙、防護罩和麵罩）外，還應禁止穿著合成服裝，因為熔融金屬的熱量會導致這種加熱的纖維熔化並粘附在皮膚上，進一步加劇皮膚灼傷。

由於磁場誘發心律失常的風險，應將使用心臟起搏器的個人排除在復位手術之外。

其他健康影響

由於使用冰晶石助熔劑而排放的含氟氣體、煙霧和粉塵對工人、普通民眾和環境造成的危害已被廣泛報導（見表 1）。 在生活在控制不佳的鋁冶煉廠附近的兒童中，如果暴露發生在恆牙生長的發育階段，據報導恆牙會出現不同程度的斑點。 在 1950 年之前的冶煉廠工人中，或者在繼續對氟化物廢水控制不充分的地方，已經觀察到不同程度的氟骨症。 這種情況的第一階段包括骨密度的簡單增加，特別是在椎體和骨盆中。 隨著氟化物被進一步吸收到骨骼中，接下來會看到骨盆韌帶的鈣化。 最後，在極端和長期暴露於氟化物的情況下，會注意到椎旁和其他韌帶結構以及關節的鈣化。 雖然在冰晶石加工廠中已經看到了最後一個階段的嚴重形式，但在鋁冶煉廠工人中很少看到這種晚期階段。 顯然，骨骼和韌帶結構中不太嚴重的 X 射線變化與骨骼的結構或代謝功能的改變無關。 通過適當的工作實踐和適當的通風控制，可以很容易地防止從事此類還原操作的工人發生上述任何 X 射線變化，儘管從事此類工作已有 25 至 40 年。 最後，電解車間操作的機械化即使不能完全消除任何與氟化物相關的危害，也應該盡量減少。

表 1. 鋁冶煉和精煉的過程材料輸入和污染輸出

自 1980 世紀 1 年代初以來，在鋁還原電解車間的工人中明確證實了一種類似哮喘的病症。 這種異常稱為與鋁冶煉相關的職業性哮喘 (OAAAS)，其特徵是氣流阻力可變、支氣管高反應性或兩者兼而有之，並且不會因工作場所以外的刺激而誘發。 其臨床症狀包括喘息、胸悶和呼吸困難以及乾咳，這些症狀通常在工作暴露後延遲數小時出現。 從工作暴露開始到 OAAAS 發作之間的潛伏期變化很大，從 10 周到 XNUMX 年不等，具體取決於暴露的強度和特徵。 這種情況通常會隨著假期等離開工作場所而得到改善，但隨著持續的工作暴露會變得更加頻繁和嚴重。

雖然這種情況的發生與電解車間的氟化物濃度有關，但尚不清楚這種疾病的病因是否特別是由接觸這種化學試劑引起的。 鑑於粉塵和煙霧的複雜混合物（例如，顆粒和氣態氟化物、二氧化硫以及低濃度的釩、鎳和鉻的氧化物），這種氟化物測量更有可能代表這種複雜的煙霧混合物，電解車間中發現的氣體和微粒。

目前看來，這種情況是越來越重要的一組職業病之一：職業性哮喘。 導致這種疾病的因果過程很難在個案中確定。 OAAAS 的體徵和症狀可能源於：預先存在的過敏性哮喘、非特異性支氣管高反應性、反應性氣道功能障礙綜合徵 (RADS) 或真正的職業性哮喘。 這種情況的診斷目前是有問題的，需要相容的病史，存在可變的氣流限制，或者在沒有氣流限制的情況下，產生藥理學誘導的支氣管高反應性。 但如果後者無法證明，則該診斷不太可能。 （然而，這種現象最終會在疾病隨著工作暴露的移除而消退後消失。）

由於這種疾病往往會隨著持續暴露而變得越來越嚴重，受影響的個人通常需要從持續的工作暴露中移除。 雖然預先存在特應性哮喘的個體最初應限制在鋁還原室，但沒有特應性不能預測這種情況是否會在工作暴露後發生。

目前有報告表明，鋁可能與從事冶煉和焊接這種金屬的工人的神經毒性有關。 已經清楚地表明，鋁通過肺部吸收並以高於正常水平的水平從尿液中排出，特別是在還原室工作人員中。 然而，許多關於此類工人神經系統影響的文獻都基於這樣的假設，即鋁的吸收會導致人體神經毒性。 因此，在這種關聯更可重複地證明之前，鋁和職業神經毒性之間的聯繫目前必須被認為是推測性的。

由於在更換陽極或在存在熔融冰晶石和鋁的情況下執行其他劇烈工作時偶爾需要消耗超過 300 kcal/h，因此在炎熱天氣期間可能會出現熱障礙。 當天氣最初從溫和的夏季變為炎熱潮濕的夏季時，最有可能發生此類事件。 此外，導致陽極加速更換或在炎熱天氣期間連續兩個工作班次工作的工作實踐也會使工人容易患上這種熱病症。 工人熱適應不充分或身體狀況不佳、鹽攝入量不足或患有並發或近期疾病，在執行此類艱鉅任務時特別容易發生熱衰竭和/或熱痙攣。 中暑在煉鋁廠工人中發生過，但很少發生，除了那些已知有健康易感因素（例如，酗酒、衰老）的人。

事實證明，接觸與呼吸瀝青煙霧和微粒相關的多環芳烴會使 Soderberg 型還原室人員特別容易患上膀胱癌； 過度的癌症風險還不太確定。 在加熱焦炭和焦油混合物的碳電極工廠中，工人被認為也面臨這種風險。 然而，在電極在約 1,200 °C 下烘烤數天后，多環芳族化合物幾乎完全燃燒或揮發，不再與此類陽極或陰極結合。 因此，使用預烘烤電極的還原電池還沒有被清楚地顯示出會產生這些惡性疾病發展的不當風險。 其他腫瘤（例如，非粒細胞白血病和腦癌）已被建議發生在鋁還原操作中； 目前，此類證據零碎且不一致。

在電解池附近，在電解車間使用氣動破殼機會產生大約 100 dBA 的噪音水平。 電解還原槽由低壓大電流源串聯運行，因此觸電情況通常不會很嚴重。 然而，在高壓電源與電解車間串聯網絡連接點的電廠，尤其是交流高壓電源，可能會發生嚴重的觸電事故。

由於人們對與電磁場相關的暴露提出了健康擔憂，因此該行業工人的暴露受到質疑。 必須認識到，提供給電解還原槽的電源是直流電； 因此，電解車間產生的電磁場主要是靜態或駐場類型。 與低頻電磁場相比，此類場更不容易在實驗或臨床上表現出一致或可重現的生物效應。 此外，通常發現在當今牢房中測得的磁場通量水平在目前提出的靜磁場、亞射頻和靜電場的暫定閾值限值範圍內。 暴露於超低頻電磁場的情況也發生在還原廠中，尤其是在與整流器室相鄰的這些房間的遠端。 然而，在附近的電解車間發現的助焊劑水平極低，遠低於現行標準。 最後，關於鋁還原廠中電磁場對健康造成不利影響的連貫或可重複的流行病學證據尚未得到令人信服的證明。

電極製造

接觸瀝青煙霧的工人可能會出現紅斑； 暴露在陽光下會引起光敏反應並增加刺激。 在個人衛生不當的碳電極工人中發生了局部皮膚腫瘤的病例； 切除和更換工作後，通常不會發現進一步擴散或複發。 在電極製造過程中，會產生大量的碳和瀝青粉塵。 在此類粉塵暴露嚴重且控制不力的情況下，偶爾會有報導稱碳電極製造商可能會患上具有局灶性肺氣腫的單純性塵肺病，並伴有大塊纖維化病變的發展。 無論是單純型還是複雜型塵肺，都與煤工塵肺的相應病症難以區分。 在球磨機中研磨焦炭會產生高達 100 dBA 的噪音水平。

編者按：鋁生產行業已被國際癌症研究機構 (IARC) 列為人類癌症的第 1 組已知原因。 多種暴露與其他疾病（例如，“電解池哮喘”）有關，這些疾病在本文檔的其他地方有所描述 百科全書.

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