Bollettino di percezione dei rischi. Fusione di rame e rischi respiratori.

L'estrazione e la fusione del rame dai suoi minerali naturali è un compito costoso. La maggior parte dei depositi conosciuti nel mondo contiene solo dall'1 al 2% di rame: la maggior parte di questi minerali è composta da zolfo, ferro, arsenico e altri metalli pesanti. Circa l'80% della nuova produzione di rame utilizza minerali di solfuro di rame; i processi pirometallurgici ed elettrolitici e i rischi respiratori associati sono riassunti in questo documento. Una protezione respiratoria altamente efficace può essere indispensabile durante la fusione del rame, come parte di una serie di altre misure di controllo. Nel seguente documento troverà una panoramica dei possibili rischi respiratori e dei DPI adeguati per lavorare in sicurezza nei diversi passaggi della produzione di rame.

Minerali di rame

Il rame si produce principalmente riducendo il contenuto metallico dei minerali estratti e lavorati con metodi di fusione, poiché sebbene il rame elementare si trovi molto raramente in natura, è estremamente raro.

La maggior parte dei minerali estratti per il loro contenuto di rame sono minerali di solfuro di rame, mentre i minerali rimanenti sono minerali di ossido di rame. Il materiale estratto contiene solo dallo 0,5 al 2% di rame; la maggior parte dei materiali estratti sono composti di zolfo indesiderati, composti di arsenico e altri metalli pesanti (1) (2).

Il rame può essere facilmente trovato in un'ampia gamma di composti, normalmente nello stato di ossidazione +1 (chiamato anche cuproso) o nello stato di ossidazione +2 (chiamato anche cuprico).

Gran parte del rame (80 %) viene estratto e raffinato a partire da solfuri di rame attraverso i processi di flottazione, fusione e raffinazione. I solfuri di calcopirite, bornite e calcosina sono i più comuni e, quindi, i più utilizzati nella produzione di rame. Il processo di estrazione, riduzione e raffinazione è complesso e varia a seconda del tipo di minerale che viene lavorato. Di seguito viene fornito un breve riassunto dei due processi principali (1) (2) (3).

Metodi di estrazione

I minerali che contengono rame vengono estratti principalmente da rocce ignee tramite miniere a cielo aperto (cave), ma continua ad essere effettuata l'estrazione tramite miniere sotterranee.

Solfuro di rame: Processo pirometallurgico

Produzione di concentrato/macinazione

Le miniere di solfuro di rame vengono sottoposte a vari passaggi di frantumazione e levigatura per generare pezzi di roccia di piccole dimensioni. Successivamente, vengono macinate a umido fino a ottenere particelle fini per la rapida formazione di una sospensione. Le miniere di solfuro di rame macinate vengono mescolate con acqua, tensioattivi e xantati o altri reagenti per formare una sospensione in cui le particelle di solfuro sono diventate idrofobiche. Attraverso agitazione o la generazione di bolle d'aria con le celle di flottazione, le particelle di minerale di solfuro di rame galleggiano in superficie sotto forma di schiuma, che viene rimossa, inviata per la purificazione per eliminare minerali e silicio indesiderati e, successivamente, essiccata e inviata per la tostatura e la successiva fusione.

Fusione

I metodi moderni utilizzano la fusione diretta o istantanea. Il primo passo è riscaldare il minerale nei forni fino a circa 1200 °C con fondenti di calcare e silicio. Le impurità di ferro, zolfo, solfuro di ferro, ossido di ferro e altri minerali vengono eliminate mentre formano una scoria sulla superficie del materiale fuso o del solfuro di rame, noto anche come "matte".

2 CuFeS2 + 3 O2 → 2 FeO + 2 CuS + 2 SO2

Il solfuro di ferro si ossida per formare ossido di ferro, liberando quantità significative di diossido di zolfo. Successivamente, l'ossido di ferro reagisce anche con il silicio per formare una scoria meno densa che galleggia sulla superficie della "mata", che può essere rimossa rapidamente.

2 FeS + 3 O2 → 2 FeO + 2 SO2

2 FeO + SiO2 → Fe2SiO4

Conversione

Il solfuro di rame viene ridotto a rame ossidando lo zolfo con l'iniezione di aria. Il rame è conosciuto come "rame nero" a causa delle bolle intrappolate di diossido di zolfo. Il rame nero ha una purezza approssimativa del 98-99%. Sarà presente ossido di rame o si perderà nella scoria, insieme ad altre impurità metalliche.

CuS + O2 → Cu + SO2

2 CuS + 3 O2 → 2 CuO + 2 SO2

Raffinato dal fuoco

Qualsiasi ossido di rame residuo viene ridotto a rame mediante l'iniezione di gas metano, aumentando la purezza fino al 99%.

4 CuO + CH4 → 4 Cu + CO2 + 2H2O

Raffinazione elettrolitica

Il rame fuso viene versato in stampi per formare anodi di rame, in preparazione per il raffinamento elettrolitico. Gli anodi di rame vengono immersi in un elettrolita di solfato di rame o di acido solforico. Il rame dell'anodo si deposita gradualmente in fogli sottili di rame puro o acciaio inossidabile che funge da catodo. Dopo 7-14 giorni, i catodi vengono rimossi e il rame raffinato, con una purezza di circa il 99,9-99,99%, viene estratto dai catodi. I contaminanti di metalli nobili come, ad esempio, l'argento, l'oro, il selenio e il tellurio si depositano sul fondo del serbatoio elettrolitico. I contaminanti come l'arsenico e lo zinco rimangono nell'elettrolita.

Lixiviación

Gli ossidi di rame vengono semplicemente triturati per generare un aggregato ad ampia superficie, che viene posizionato con cura in una grande berretto di lisciviazione all'aperto o nei serbatoi di lisciviazione. Si applica acido solforico sulla parte superiore del minerale, dissolvendo i minerali di rame in una soluzione di solfato di rame. La soluzione "caricata" di lisciviazione viene raccolta e inviata per l'estrazione.

Estrazione

Nell'estrazione del solvente, il rame viene estratto dalla soluzione carica di lisciviazione mediante un solvente organico in una soluzione acquosa e si recupera la soluzione acida.

Elettroestrazione

La soluzione di rame viene sottoposta a elettrolisi, depositando rame sui catodi di partenza in lamina di rame di altissima purezza. Altri elementi contaminanti si accumulano sul fondo del serbatoio elettrolitico e possono essere recuperati.

Immagine di (2)

Quali sono i rischi della produzione di rame?

Durante la produzione di rame è possibile generare un'ampia gamma di emissioni atmosferiche, come ad esempio, il diossido di zolfo, l'arsenico, il cadmio, il rame, il piombo, il mercurio, particelle provenienti dalla fusione oltre a particelle di altre fonti (3).

Diossido di zolfo

Il diossido di zolfo è un gas denso, incolore e con un odore penetrante, che si produce in quantità significative dalla fusione di minerali di solfuro per ottenere rame elementare, zinco e altri metalli.

Il diossido di zolfo (come acido solforico, diossido di zolfo liquido pressurizzato/refrigerato o anche come zolfo) viene recuperato come sottoprodotto in molti processi (3). Il diossido di zolfo è frequentemente utilizzato in vari settori, in particolare in quello chimico, alimentare e nella produzione di carta, grazie alle sue proprietà sbiancanti, biocidi e conservanti.

La principale via di esposizione per i lavoratori nei settori della fusione e raffinazione di rame, zinco e altri metalli è l'inalazione di gas di diossido di zolfo (SO2). (4) (5)

Effetti sulla salute

Gli effetti sulla salute (6) (7) possono includere:

Effetti gravi sulla salute

• Irritazione degli occhi e delle vie respiratorie superiori
• Possibile attivatore di un attacco d'asma in alcune persone.
• Tosse, sibilo, dispnea e anche dolore al petto.
• Edema polmonare e morte

Effetti cronici sulla salute:

• Malattia polmonare ostruttiva cronica con esposizioni a lungo termine a basso livello

Per ulteriori informazioni sul diossido di zolfo, consultare il bollettino di percezione dei rischi di 3MDiossido di zolfo

Arsenico

L'arsenico può essere trovato in forma elementare, ma nelle esposizioni dell'industria generale a composti di arsenico inorganico come il triossido di arsenico, il tricloruro di arsenico, il trisolfuro di arsenico, l'arseniato di sodio, i sali di arsenato e l'arseniuro di gallio (8).

L'arsenico è utilizzato in molte leghe metalliche, ma si trova anche in molti minerali di rame e zinco. I lavoratori del settore dei metalli di base non ferrosi sono a rischio di esposizione all'arsenico e ai composti inorganici dell'arsenico (9). I lavoratori in questi settori possono essere esposti all'arsenico o ai composti dell'arsenico attraverso l'inalazione di polveri e fumi, l'ingestione, l'esposizione cutanea o il contatto con gli occhi.

Effetti sulla salute

Gli effetti sulla salute possono includere (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15):

Effetti gravi sulla salute

• Irritazione degli occhi e delle vie respiratorie superiori
• Dermatite allergica.
• Problemi gastrointestinali come gastroenterite, nausea e vomito, che in alte dosi possono portare a una grave perdita di fluidi, gastrite emorragica, perdita di coscienza e morte.

Effetti cronici sulla salute:

• Affezioni cutanee come, ad esempio, la cheratosi, scolorimento, infiammazione, lesioni, acne e cancro.
• Problemi circolatori e cardiovascolari, in particolare contrazioni vascolari improvvise.
• Danni al sistema nervoso
• Diverse forme di cancro come, ad esempio, la forte associazione con il cancro ai polmoni legato al lavoro nella fusione del rame, oltre ad altri tumori delle vie respiratorie, della pelle, del fegato, dei reni e della vescica.

Per ulteriori informazioni sull'arsenico, consultare il bollettino di percezione dei rischi di 3MArsenico.

Cadmio

Il cadmio è ampiamente utilizzato con altri metalli per formare leghe o come rivestimento protettivo. Il cadmio è anche utilizzato con il nichel per produrre batterie al nichel-cadmio. A causa del suo utilizzo nelle leghe e nella placcatura di altri metalli, i lavoratori del metallo possono essere esposti al cadmio o al diossido di cadmio (un fumo marrone) durante la saldatura o la levigatura di determinati metalli. L'esposizione al fumo dell'ossido di cadmio è spesso associata anche alle fonderie di zinco e, in misura minore, alle fonderie di rame.

L'inalazione di polveri e fumi è il principale metodo di esposizione professionale al cadmio e ai composti del cadmio, con l'ossido di cadmio che rappresenta una preoccupazione per le esposizioni acute.

Effetti sulla salute

Gli effetti sulla salute possono includere (12) (16) (17) (18):

Effetti gravi sulla salute (ossido di cadmio)

• Irritazione degli occhi e delle vie respiratorie superiori
• Sintomi simili a quelli dell'influenza come, ad esempio, tosse, mal di testa, vertigini, brividi, febbre, dispnea e persino dolore al petto.
• In caso di ingestione, si possono sperimentare problemi gastrointestinali come, ad esempio, nausea, diarrea, vomito, crampi e salivazione eccessiva.

Effetti cronici sulla salute (tutte le forme del cadmio):

• Danno respiratorio come, ad esempio, la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO)
• Lesioni renali
• Danno osseo
• Alterazione della fertilità e dello sviluppo del feto (Cloruro di cadmio)
• Ci sono prove sufficienti che il cadmio e i composti di cadmio siano cancerogeni per gli esseri umani, associati ai tumori del polmone, del rene e della prostata (19), sebbene le associazioni con alcuni composti siano più deboli.

Per ulteriori informazioni sul cadmio, consultare il bollettino di percezione dei rischi di 3MCadmio

Rame

Il rame ha molti usi grazie alla sua conducibilità termica ed elettrica, nelle leghe metalliche, oltre che per la sua malleabilità e resistenza alla corrosione.

In tutte le applicazioni e settori, i lavoratori possono essere esposti al rame attraverso l'inalazione di polveri e fumi, l'ingestione e l'esposizione cutanea a sostanze chimiche liquide. I lavoratori possono anche essere esposti a polveri e fumi durante la fusione e la raffinazione del rame.

Effetti sulla salute

Gli effetti sulla salute sono comunemente associati a effetti negativi severi sulla salute a breve termine, principalmente "febbre da fumi metallici" proveniente dalla fusione di leghe contenenti rame.

Effetti gravi sulla salute:

• Irritazione degli occhi e delle vie respiratorie superiori
• Sintomi simili a quelli dell'influenza come, ad esempio, tosse, mal di testa, vertigini, brividi, febbre, dispnea e persino dolore al petto.

Effetti cronici sulla salute:

• Sono stati segnalati problemi gastrointestinali come nausea, diarrea e vomito associati a esposizioni eccessive a lungo termine nell'acqua potabile.

Per ulteriori informazioni sul rame, consultare il bollettino di percezione dei rischi di 3MCopper.

Piombo

Il piombo e i minerali di piombo si trovano spesso nei minerali di rame e possono causare l'esposizione dei lavoratori durante i processi di fusione e raffinazione. I principali metodi di esposizione sono l'inalazione di particelle, fumi e vapori e l'ingestione di particelle a causa di pratiche igieniche inadeguate (ad es., la contaminazione da piombo su mani, cibo, bevande e attraverso il tabacco).

Effetti sulla salute

Il piombo può facilmente entrare nel flusso sanguigno dai polmoni e poi tende ad accumularsi nelle ossa dell'organismo nel tempo. È poco probabile che si presentino effetti sulla salute a breve termine, ma le esposizioni a lungo termine possono far aumentare troppo i livelli di piombo e gli effetti sulla salute diventare evidenti.

Gli effetti sulla salute possono includere (12) (21) (22) (23):

Effetti gravi sulla salute:

• Sintomi simili a quelli dell'influenza (brividi, febbre, dolori muscolari) e può causare danni respiratori.

Effetti cronici sulla salute:

• Anemia e altri disturbi associati ai globuli rossi
• Malattie epatiche, renali e polmonari
• Problemi gastrointestinali
• Sterilità
• Encefalopatia (stato mentale alterato)
• Danni al sistema nervoso
• Problemi di sviluppo neurologico, in particolare nelle fasi iniziali dello sviluppo fetale.

Per ulteriori informazioni sul piombo, consultare il bollettino di percezione dei rischi di 3MPiombo.

Mercurio

Sebbene sia più comunemente associato alla fusione dell'oro, dove si utilizza il mercurio nel processo di estrazione, il mercurio può essere trovato in alcune miniere di rame e possono verificarsi emissioni ed esposizioni nei processi di fusione e conversione del rame (24).

Il principale metodo di esposizione è l'inalazione dei vapori di mercurio elementare; è importante tenere presente che possono verificarsi livelli significativi di mercurio a temperature elevate. È anche possibile l'inalazione di polveri come i sali di mercurio.

Effetti sulla salute

Gli effetti sulla salute possono includere (12) (25) (26):

Effetti gravi sulla salute:

• Irritazione delle vie respiratorie superiori
• Febbre

Effetti cronici sulla salute:

• Danni al sistema nervoso: effetti psicomotori
• Problemi gastrointestinali
• Anemia
• Malattie renali

Per ulteriori informazioni sul mercurio, consultare il bollettino sulla percezione dei rischi di 3MMercurio.

Particelle

Si possono generare quantità considerevoli di particelle (polveri e fumi) nella maggior parte delle fasi del processo di produzione. Dall'estrazione del minerale, alla frantumazione, levigatura, macinazione e manipolazione, con i fumi dei materiali fusi, con le emissioni della pulizia dei fanghi dei processi elettrolitici oltre ai procedimenti di manutenzione generale (pulizia dei camini e dei filtri, manutenzione refrattaria, ecc.).

Sono state osservate associazioni epidemiologiche generali tra l'esposizione a particelle sospese (particelle atmosferiche con diametri inferiori a 2,5 μm) e particelle PM10 (particelle con diametri inferiori a 10 μm) e un'ampia gamma di effetti sulla salute, come ad esempio, la mortalità e le malattie polmonari croniche e cardiovascolari (27).

Riferimenti

1. Processo di produzione del rame. Il Bilancio. [En línea] [consultado el 21 de septiembre de 2018]. . https://www.thebalance. com/produzione-di-rame-2340114.

2. Istituto Europeo del Rame. Processi: estrazione e produzione di rame. Copper Alliance. [En línea] [consultado el 21 de septiembre de 2018]. . https://www.copper.org/education/copper-production/.

3. Gruppo della Banca Mondiale. Manuale sulla Polluzione e Prevenzione e Riduzione 1998. 1999.

4. Compromissione polmonare da esposizione cronica al diossido di zolfo in una fonderia. Smith, T J, et al. 1, 1977, American Review of Respiratory Disease, Vol. 116.

5. Esposizione all'arsenico e mortalità: uno studio caso-controllo da una fonderia di rame svedese. Axelson, O, et al. 1978, British Journal of Industrial Medicine, Vol. 35, pp. 8-15.

6. Anidride solforosa (SO2) - Scheda informativa sulla qualità dell'aria. Governo australiano - Dipartimento dell'Ambiente e dell'Energia. [En línea] [consultado el 24 de septiembre de 2018]. . http://www.environment.gov.au/protection/ pubblicazioni/fattore-sulfur-diossido-so2.

7. Agenzia per le Sostanze Tossiche e il Registro delle Malattie (ASTDR). Portale delle Sostanze Tossiche - Anidride Solforosa. [En línea] [consultado el 26 de septiembre de 2018]. . https://www.atsdr.cdc.gov/substances/ toxsubstance.asp?toxid=46.

8. Health and Safety Executive (HSE). INDG441 - Arsenico e te. Lavorare con l'arsenico - sei a rischio?

9. —. RR595 - L'onere del cancro professionale in Gran Bretagna - Allegato tecnico 6: Cancro ai polmoni. [En línea] 2007 http://www.hse.gov.uk/research/rrpdf/rr595ann6.pdf.

10. Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC). Monografia - Arsenico e Composti di Arsenico. 2018.

11. Amministrazione per la Salute e la Sicurezza sul Lavoro (OSHA). Temi di Salute e Sicurezza - Arsenico. [En línea] [consultado el 24 de septiembre de 2018]. . https://www.osha.gov/SLTC/arsenic/index.html.

12. Smedley, J, Dick, F e Sadhra, S. Oxford Handbook of Occupational Health (seconda edizione). 2013.

13. Commissione Nazionale per la Salute e la Sicurezza sul Lavoro (Worksafe Australia). Arsenico e i suoi composti. 1989.

14. Health and Safety Executive (HSE). RR858 - L'onere del cancro professionale in Gran Bretagna - Cancro ai polmoni. 2012.

15. Agenzia per le Sostanze Tossiche e il Registro delle Malattie (ASTDR). Portale delle Sostanze Tossiche - Arsenico. [En línea] [consultado el 26 de septiembre de 2018]. . https://www.atsdr.cdc.gov/substances/toxsubstance.asp?toxid=3.

16. Health and Safety Executive (HSE). INDG391 - Cadmio e te. Lavorare con il cadmio: sei a rischio?

17. Amministrazione per la Sicurezza e la Salute sul Lavoro (OSHA). Temi di Sicurezza e Salute - Cadmio. [En línea] [consultado el 24 de septiembre de 2018]. . https://www.osha.gov/SLTC/cadmium/healtheffects.html.

18. Agenzia per le Sostanze Tossiche e il Registro delle Malattie (ASTDR). Portale delle Sostanze Tossiche - Cadmio. [En línea] [consultado el 26 de septiembre de 2018]. . https://www.atsdr.cdc.gov/substances/toxsubstance.asp?toxid=15.

19. Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC). Monografia IARC - Cadmio e Composti di Cadmio. 2018.

20. Agenzia per le Sostanze Tossiche e il Registro delle Malattie (ASTDR). Portale delle Sostanze Tossiche - Rame. [En línea] [consultado el 26 de septiembre de 2018]. . https://www.atsdr.cdc.gov/phs/phs.asp?id=204&tid=37.

21. Amministrazione per la Sicurezza e la Salute sul Lavoro (OSHA). Temi di Sicurezza e Salute - Piombo. [En línea] [consultado el 24 de septiembre de 2018]. . https://www.osha.gov/SLTC/lead/.

22. Health and Safety Executive (HSE). INDG305 - Piombo e te. Lavorare in sicurezza con il piombo.

23. Amministrazione per la Sicurezza e la Salute sul Lavoro (OSHA). Temi di Sicurezza e Salute - Piombo.

24. Ufficio Internazionale del Lavoro (OIL). Operazioni di Fusione e Raffinazione. Enciclopedia della Salute e Sicurezza sul Lavoro. [En línea] [consultado el 1 de octubre de 2018]. . http://www.iloencyclopaedia.org/part-xiii-12343/metal-processing-and-metal-working-industry/ contenuto/fusione-e-raffinazione-operazioni.

25. Amministrazione per la Sicurezza e la Salute sul Lavoro (OSHA). Temi di Sicurezza e Salute - Mercurio. [En línea] [consultado el 24 de septiembre de 2018]. . https://www.osha.gov/SLTC/mercury/index.html.

26. Health and Safety Executive (HSE). CRR76 - Mercurio e i suoi composti inorganici bivalenti. 1995.

27. Organizzazione mondiale della sanità (OMS). Effetti sulla salute delle particelle. 2013.

28.Bollettino di percezione dei rischi. Fusione di rame