81. Aparatos y equipos eléctricos
Redactor del capítulo: NA Smith
Perfil general
NA Smith
Fabricación de baterías de plomo-ácido
Barry P Kelley
Baterías
NA Smith
Fabricación de cables eléctricos
David A. O'Malley
Fabricación de lámparas y tubos eléctricos
Albert Zielinski
Fabricación de electrodomésticos
NA Smith y W. Klost
Problemas ambientales y de salud pública
Pittmann, Alejandro
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1. Composición de las baterías comunes
2. Fabricación: electrodomésticos
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82. Industria de procesamiento y trabajo de metales
Redactor del capítulo: Michael McCann
Fundición y Refinación
pekkaroto
Fundición y Refinación de Cobre, Plomo y Zinc
Fundición y Refinación de Aluminio
Bertram D. Dinman
Fundición y Refinación de Oro
ID Gadaskina y LA Ryzik
Fundiciones
Franklin E. Mirer
Forja y estampado
parque robert m
Soldadura y Corte Térmico
Philip A. Platcow y GS Lyndon
Tornos
Toni Retsch
Rectificado y pulido
K. Welinder
Lubricantes industriales, fluidos para trabajar metales y aceites automotrices
Richard S Kraus
Tratamiento de superficies de metales
JG Jones, JR Bevan, JA Catton, A. Zober, N. Fish, KM Morse, G. Thomas, MA El Kadeem y Philip A. Platcow
Recuperación de metales
Melvin E. Cassady y Richard D. Ringenwald, Jr.
Cuestiones ambientales en el acabado de metales y revestimientos industriales
stewart forbes
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1. Entradas y salidas para fundición de cobre
2. Entradas y salidas para fundición de plomo
3. Entradas y salidas para fundición de zinc
4. Entradas y salidas para fundición de aluminio
5. Tipos de hornos de fundición.
6. Entradas de materiales de proceso y salidas de contaminación
7. Procesos de soldadura: descripción y peligros
8. Resumen de los peligros
9. Controles para aluminio, por operación
10. Controles para cobre, por funcionamiento
11. Controles de plomo, por funcionamiento
12. Controles para zinc, por operación
13. Controles para magnesio, por operación.
14. Controles de mercurio, por operación
15. Controles para níquel, por funcionamiento
16. Controles para metales preciosos
17. Controles de cadmio, por operación
18. Controles para selenio, por operación
19. Controles para cobalto, por operación
20. Controles para estaño, por operación
21. Controles para titanio, por operación.
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83. Microelectrónica y Semiconductores
Redactor del capítulo: Michael E Williams
Perfil general
Michael E Williams
Fabricación de semiconductores de silicio
David G. Baldwin, James R. Rubin y Afsaneh Gerami
Pantallas de cristal líquido
David G. Baldwin, James R. Rubin y Afsaneh Gerami
Fabricación de semiconductores III-V
David G. Baldwin, Afsaneh Gerami y James R. Rubin
Tablero de circuito impreso y ensamblaje de computadora
Michael E Williams
Efectos sobre la salud y patrones de enfermedad
Donald V Lassiter
Problemas ambientales y de salud pública
Masticar con corcho
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1. Sistemas fotorresistentes
2. Decapantes fotorresistentes
3. Grabadores químicos húmedos
4. Gases de grabado por plasma y materiales grabados
5. Dopantes de formación de uniones para difusión
6. Principales categorías de epitaxia de silicio
7. Principales categorías de ECV
8. Limpieza de pantallas planas
9. Proceso PWB: medioambiente, salud y seguridad
10. Controles y generación de residuos de PWB
11. Controles y generación de residuos de PCB
12. Generación de residuos y controles
13. Matriz de necesidades prioritarias
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84. Vidrio, Cerámica y Materiales Relacionados
Editores de capítulos: Joel Bender y Jonathan P. Hellerstein
Vidrio, Cerámica y Materiales Relacionados
Jonathan P. Hellerstein, Joel Bender, John G. Hadley y Charles M. Hohman
Estudio de caso: Fibras ópticas
Jorge R. Osborne
Estudio de caso: gemas sintéticas
Albahaca delfín
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1. Constituyentes típicos del cuerpo
2. Procesos de manufactura
3. Aditivos químicos seleccionados
4. Uso de refractarios por industria en los EE. UU.
5. Peligros potenciales para la salud y la seguridad
6. Lesiones y enfermedades ocupacionales no fatales
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85. Industria de la imprenta, la fotografía y la reproducción
Editor del capítulo: David Richardson
Impresión y Publicación
Gordon C Miller
Servicios de reproducción y duplicación
Robert W Kilpper
Problemas de salud y patrones de enfermedad
Barry Friedlander
Descripción general de los problemas ambientales
Daniel R. Inglés
Laboratorios Fotográficos Comerciales
David Richardson
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1. Exposiciones en la industria de la impresión
2. Impresión de riesgos de mortalidad comercial
3. Exposición química en el procesamiento
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86. Carpintería
Editor del capítulo: Jon Parish
Perfil general
Debra Osinski
Procesos de carpintería
Parroquia de Jon K.
Máquinas de enrutamiento
Vence a Wegmüller
Cepilladoras de madera
Vence a Wegmüller
Efectos sobre la salud y patrones de enfermedad
leon j warshaw
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1. Variedades de madera venenosas, alergénicas y biológicamente activas
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Resumen del Sector
El equipo eléctrico incluye un amplio campo de dispositivos. Sería imposible incluir información sobre todos los elementos del equipo y, por lo tanto, este capítulo se limitará a la cobertura de productos de algunas de las principales industrias. Numerosos procesos están involucrados en la fabricación de tales equipos. En este capítulo se analizan los peligros que pueden encontrar las personas que trabajan en la fabricación de baterías, cables eléctricos, lámparas eléctricas y equipos eléctricos domésticos en general. Se concentra en equipos eléctricos; equipo electrónico se analiza en detalle en el capítulo Microelectrónica y semiconductores.
Evolución de la Industria
El descubrimiento pionero de la inducción electromagnética fue fundamental en el desarrollo de la vasta industria eléctrica actual. El descubrimiento del efecto electroquímico condujo al desarrollo de las baterías como medio de alimentación de equipos eléctricos a partir de fuentes de energía portátiles que utilizan sistemas de corriente continua. A medida que se inventaron los dispositivos que dependían de la energía de la red eléctrica, se requirió un sistema de transmisión y distribución de electricidad, lo que condujo a la introducción de conductores eléctricos flexibles (cables).
Las primeras formas de iluminación artificial (es decir, arco de carbón e iluminación de gas) fueron reemplazadas por la lámpara de filamento (originalmente con un filamento de carbón, exhibida por Joseph Swan en Inglaterra en enero de 1879). La lámpara de incandescencia disfrutaría de un monopolio sin precedentes en las aplicaciones domésticas, comerciales e industriales antes del estallido de la Segunda Guerra Mundial, momento en el que se introdujo la lámpara fluorescente. Posteriormente se han desarrollado otras formas de iluminación de descarga, todas las cuales dependen del paso de una corriente eléctrica a través de un gas o vapor, y tienen una variedad de aplicaciones en el comercio y la industria.
Constantemente se están desarrollando otros aparatos eléctricos en muchos campos (por ejemplo, audiovisuales, calefacción, cocina y refrigeración), y la gama de tales dispositivos está aumentando. Esto se caracteriza por la introducción de la televisión por satélite y la cocina de microondas.
Si bien la disponibilidad y accesibilidad de las materias primas tuvo un efecto significativo en el desarrollo de las industrias, la ubicación de las industrias no estuvo necesariamente determinada por la ubicación de las fuentes de materias primas. Las materias primas suelen ser procesadas por un tercero antes de ser utilizadas en el montaje de aparatos y equipos eléctricos.
Características de la Fuerza Laboral
Las habilidades y la experiencia que poseen quienes trabajan en la industria ahora son diferentes de las que poseía la fuerza laboral en años anteriores. Los equipos utilizados en la producción y fabricación de baterías, cables, lámparas y electrodomésticos están altamente automatizados.
En muchos casos, aquellos que actualmente están involucrados en la industria requieren capacitación especializada para poder realizar su trabajo. El trabajo en equipo es un factor importante en la industria, ya que muchos procesos involucran sistemas de línea de producción, donde el trabajo de los individuos depende del trabajo de los demás.
Un número cada vez mayor de procesos de fabricación involucrados en la producción de aparatos eléctricos se basan en alguna forma de informatización. Es necesario, por tanto, que la plantilla esté familiarizada con las técnicas informáticas. Es posible que esto no presente ningún problema para la fuerza laboral más joven, pero es posible que los trabajadores mayores no hayan tenido ninguna experiencia previa con la computadora, y es probable que deban volver a capacitarse.
Importancia Económica de la Industria
Algunos países se benefician más que otros de la industria de aparatos y equipos eléctricos. La industria tiene importancia económica para aquellos países de donde se obtienen las materias primas y aquellos en los que se ensamblan y/o construyen los productos finales. El montaje y la construcción tienen lugar en muchos países diferentes.
Las materias primas no tienen disponibilidad infinita. El equipo desechado debe reutilizarse siempre que sea posible. Sin embargo, los costos involucrados en la recuperación de aquellas partes del equipo desechado que pueden reutilizarse pueden, en última instancia, ser prohibitivos.
Adaptado de la 3ª edición, Enciclopedia de Salud y Seguridad en el Trabajo.
En la producción y refinación de metales, los componentes valiosos se separan del material sin valor en una serie de reacciones físicas y químicas diferentes. El producto final es metal que contiene cantidades controladas de impurezas. La fundición y refinación primaria produce metales directamente a partir de concentrados de minerales, mientras que la fundición y refinación secundaria produce metales a partir de chatarra y desechos del proceso. La chatarra incluye fragmentos y piezas de piezas metálicas, barras, virutas, láminas y alambres que no cumplen con las especificaciones o están desgastados pero que se pueden reciclar (consulte el artículo “Recuperación de metales” en este capítulo).
Descripción general de los procesos
Generalmente se utilizan dos tecnologías de recuperación de metales para producir metales refinados, pirometalúrgico y hidrometalúrgico. Los procesos pirometalúrgicos usan calor para separar los metales deseados de otros materiales. Estos procesos utilizan diferencias entre los potenciales de oxidación, los puntos de fusión, las presiones de vapor, las densidades y/o la miscibilidad de los componentes del mineral cuando se funden. Las tecnologías hidrometalúrgicas se diferencian de los procesos pirometalúrgicos en que los metales deseados se separan de otros materiales mediante técnicas que aprovechan las diferencias entre las solubilidades de los constituyentes y/o las propiedades electroquímicas en soluciones acuosas.
Pirometalurgia
Durante el procesamiento pirometálico, un mineral, después de ser beneficiado (concentrado por trituración, molienda, flotación y secado), se sinteriza o se tuesta (calcinado) con otros materiales como el polvo de la cámara de filtros y el fundente. Luego, el concentrado se funde, o se derrite, en un alto horno para fusionar los metales deseados en un lingote fundido impuro. Este lingote luego se somete a un tercer proceso pirometálico para refinar el metal al nivel deseado de pureza. Cada vez que se calienta el mineral o el lingote, se crean materiales de desecho. El polvo de la ventilación y los gases del proceso se pueden capturar en una cámara de filtros y se eliminan o se devuelven al proceso, según el contenido de metal residual. También se captura el azufre en el gas, y cuando las concentraciones están por encima del 4% se puede convertir en ácido sulfúrico. Según el origen del mineral y su contenido de metales residuales, también se pueden producir como subproductos varios metales, como el oro y la plata.
El tostado es un importante proceso pirometalúrgico. El tostado por sulfatación se utiliza en la producción de cobalto y zinc. Su propósito es separar los metales para que puedan transformarse en una forma soluble en agua para su posterior procesamiento hidrometalúrgico.
La fundición de minerales sulfurosos produce un concentrado de metal parcialmente oxidado (mata). En la fundición, el material sin valor, generalmente hierro, forma una escoria con el material fundente y se convierte en óxido. Los metales valiosos adquieren la forma metálica en la etapa de conversión, que tiene lugar en hornos de conversión. Este método se utiliza en la producción de cobre y níquel. El hierro, el ferrocromo, el plomo, el magnesio y los compuestos ferrosos se producen por reducción del mineral con carbón vegetal y un fundente (piedra caliza), y el proceso de fundición suele tener lugar en un horno eléctrico. (Véase también el Siderurgia capítulo.) La electrólisis de sal fundida, utilizada en la producción de aluminio, es otro ejemplo de un proceso pirometalúrgico.
La alta temperatura requerida para el tratamiento pirometalúrgico de metales se obtiene quemando combustibles fósiles o usando la reacción exotérmica del propio mineral (por ejemplo, en el proceso de fundición instantánea). El proceso de fundición instantánea es un ejemplo de un proceso pirometalúrgico de ahorro de energía en el que se oxidan el hierro y el azufre del concentrado de mineral. La reacción exotérmica junto con un sistema de recuperación de calor ahorra mucha energía para la fundición. La alta recuperación de azufre del proceso también es beneficiosa para la protección del medio ambiente. La mayoría de las fundiciones de cobre y níquel construidas recientemente utilizan este proceso.
Hidrometalurgia
Ejemplos de procesos hidrometalúrgicos son la lixiviación, la precipitación, la reducción electrolítica, el intercambio iónico, la separación por membranas y la extracción por solventes. La primera etapa de los procesos hidrometalúrgicos es la lixiviación de metales valiosos a partir de materiales menos valiosos, por ejemplo, con ácido sulfúrico. La lixiviación suele ir precedida de un pretratamiento (p. ej., tostado con sulfatación). El proceso de lixiviación a menudo requiere alta presión, la adición de oxígeno o altas temperaturas. La lixiviación también se puede realizar con electricidad. De la solución de lixiviación se recupera el metal deseado o su compuesto por precipitación o reducción utilizando diferentes métodos. La reducción se lleva a cabo, por ejemplo, en la producción de cobalto y níquel con gas.
La electrólisis de metales en soluciones acuosas también se considera un proceso hidrometalúrgico. En el proceso de electrólisis, el ion metálico se reduce al metal. El metal se encuentra en una solución ácida débil de la que precipita sobre cátodos bajo la influencia de una corriente eléctrica. La mayoría de los metales no ferrosos también se pueden refinar mediante electrólisis.
A menudo, los procesos metalúrgicos son una combinación de procesos pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos, según el concentrado de mineral a tratar y el tipo de metal a refinar. Un ejemplo es la producción de níquel.
Riesgos y su prevención
La prevención de riesgos para la salud y accidentes en la industria metalúrgica es principalmente una cuestión educativa y técnica. Los exámenes médicos son secundarios y sólo tienen un papel complementario en la prevención de riesgos para la salud. Un armónico intercambio de información y colaboración entre los departamentos de planificación, línea, seguridad y salud ocupacional dentro de la empresa dan el resultado más eficiente en la prevención de riesgos para la salud.
Las mejores y menos costosas medidas preventivas son las que se toman en la etapa de planificación de una nueva planta o proceso. En la planificación de nuevas instalaciones de producción, se deben tener en cuenta como mínimo los siguientes aspectos:
Los siguientes son algunos de los peligros y precauciones específicos que se encuentran en la fundición y el refinado.
lesiones
La industria de fundición y refinación tiene una tasa más alta de lesiones que la mayoría de las otras industrias. Las fuentes de estas lesiones incluyen: salpicaduras y derrames de metal fundido y escoria que resultan en quemaduras; explosiones de gas y explosiones por contacto de metal fundido con agua; colisiones con locomotoras, vagones, grúas viajeras y otros equipos móviles en movimiento; caídas de objetos pesados; cae desde una altura (p. ej., al acceder a la cabina de una grúa); y lesiones por resbalones y tropiezos debido a la obstrucción de pisos y pasillos.
Las precauciones incluyen: capacitación adecuada, equipo de protección personal (PPE) apropiado (por ejemplo, cascos, zapatos de seguridad, guantes de trabajo y ropa protectora); buen almacenamiento, limpieza y mantenimiento de equipos; reglas de tránsito para equipo en movimiento (incluidas rutas definidas y un sistema efectivo de señales y advertencias); y un programa de protección contra caídas.
PROCESADOR
Las enfermedades de estrés por calor, como el golpe de calor, son un peligro común, principalmente debido a la radiación infrarroja de los hornos y el metal fundido. Esto es especialmente un problema cuando se debe realizar un trabajo extenuante en ambientes calurosos.
La prevención de enfermedades por calor puede implicar pantallas de agua o cortinas de aire frente a los hornos, enfriamiento puntual, cabinas cerradas con aire acondicionado, ropa protectora contra el calor y trajes enfriados por aire, que permitan suficiente tiempo para la aclimatación, pausas para trabajar en áreas frescas y un suministro adecuado. de bebidas para consumo frecuente.
Peligros químicos
La exposición a una amplia variedad de polvos, humos, gases y otros productos químicos peligrosos puede ocurrir durante las operaciones de fundición y refinación. La trituración y molienda del mineral, en particular, puede resultar en una alta exposición a sílice y polvos metálicos tóxicos (p. ej., que contienen plomo, arsénico y cadmio). También puede haber exposición al polvo durante las operaciones de mantenimiento del horno. Durante las operaciones de fundición, los humos metálicos pueden ser un problema importante.
Las emisiones de polvo y humo se pueden controlar mediante el encierro, la automatización de procesos, la ventilación por extracción local y por dilución, el humedecimiento de los materiales, la manipulación reducida de materiales y otros cambios en los procesos. Cuando estos no sean adecuados, se necesitará protección respiratoria.
Muchas operaciones de fundición implican la producción de grandes cantidades de dióxido de azufre a partir de minerales sulfurados y monóxido de carbono a partir de procesos de combustión. La dilución y la ventilación de escape local (LEV) son esenciales.
El ácido sulfúrico se produce como subproducto de las operaciones de fundición y se utiliza en el refinado electrolítico y la lixiviación de metales. La exposición puede ocurrir tanto al líquido como a las nieblas de ácido sulfúrico. Se necesita protección para la piel y los ojos y LEV.
La fundición y el refinado de algunos metales pueden tener riesgos especiales. Los ejemplos incluyen carbonilo de níquel en la refinación de níquel, fluoruros en la fundición de aluminio, arsénico en la fundición y refinación de cobre y plomo, y exposiciones al mercurio y cianuro durante la refinación de oro. Estos procesos requieren sus propias precauciones especiales.
Otros peligros
El deslumbramiento y la radiación infrarroja de los hornos y el metal fundido pueden causar daños en los ojos, incluidas cataratas. Se deben usar gafas protectoras y protectores faciales adecuados. Los altos niveles de radiación infrarroja también pueden causar quemaduras en la piel a menos que se use ropa protectora.
Los altos niveles de ruido de la trituración y molienda del mineral, los sopladores de descarga de gas y los hornos eléctricos de alta potencia pueden causar pérdida de audición. Si la fuente del ruido no se puede encerrar o aislar, se deben usar protectores auditivos. Debe instituirse un programa de conservación de la audición que incluya pruebas audiométricas y capacitación.
Los peligros eléctricos pueden ocurrir durante los procesos electrolíticos. Las precauciones incluyen el mantenimiento eléctrico adecuado con procedimientos de bloqueo/etiquetado; guantes, ropa y herramientas aislantes; e interruptores de circuito de falla a tierra donde sea necesario.
El levantamiento y manejo manual de materiales puede causar lesiones en la espalda y las extremidades superiores. Las ayudas mecánicas de elevación y la capacitación adecuada en los métodos de elevación pueden reducir este problema.
Contaminación y Protección del Medio Ambiente
Las emisiones de gases irritantes y corrosivos como el dióxido de azufre, el sulfuro de hidrógeno y el cloruro de hidrógeno pueden contribuir a la contaminación del aire y provocar la corrosión de los metales y el hormigón dentro de la planta y en el entorno circundante. La tolerancia de la vegetación al dióxido de azufre varía según el tipo de bosque y suelo. En general, los árboles de hoja perenne toleran concentraciones más bajas de dióxido de azufre que los de hoja caduca. Las emisiones de partículas pueden contener partículas no específicas, fluoruros, plomo, arsénico, cadmio y muchos otros metales tóxicos. Los efluentes de aguas residuales pueden contener una variedad de metales tóxicos, ácido sulfúrico y otras impurezas. Los desechos sólidos pueden estar contaminados con arsénico, plomo, sulfuros de hierro, sílice y otros contaminantes.
La gestión de la fundición debe incluir la evaluación y el control de las emisiones de la planta. Este es un trabajo especializado que debe ser realizado únicamente por personal completamente familiarizado con las propiedades químicas y toxicidades de los materiales descargados de los procesos de la planta. El estado físico del material, la temperatura a la que sale del proceso, otros materiales en la corriente de gas y otros factores deben tenerse en cuenta al planificar medidas para controlar la contaminación del aire. También es deseable mantener una estación meteorológica, llevar registros meteorológicos y estar preparado para reducir la producción cuando las condiciones climáticas no sean favorables para la dispersión de los efluentes de la chimenea. Los viajes de campo son necesarios para observar el efecto de la contaminación del aire en las áreas residenciales y agrícolas.
El dióxido de azufre, uno de los principales contaminantes, se recupera como ácido sulfúrico cuando está presente en cantidad suficiente. De lo contrario, para cumplir con los estándares de emisión, el dióxido de azufre y otros desechos gaseosos peligrosos se controlan mediante depuración. Las emisiones de partículas se controlan comúnmente mediante filtros de tela y precipitadores electrostáticos.
Grandes cantidades de agua se utilizan en procesos de flotación como la concentración de cobre. La mayor parte de esta agua se recicla de nuevo en el proceso. Los relaves del proceso de flotación se bombean como lodos a estanques de sedimentación. El agua se recicla en el proceso. El agua de proceso que contiene metales y el agua de lluvia se limpian en plantas de tratamiento de agua antes de su descarga o reciclaje.
Los desechos en fase sólida incluyen escorias de fundición, lodos de purga de la conversión de dióxido de azufre en ácido sulfúrico y lodos de embalses superficiales (p. ej., estanques de sedimentación). Algunas escorias se pueden reconcentrar y devolver a las fundiciones para su reprocesamiento o recuperación de otros metales presentes. Muchos de estos desechos en fase sólida son desechos peligrosos que deben almacenarse de acuerdo con las normas ambientales.
El primer diseño práctico de una batería de plomo-ácido fue desarrollado por Gaston Planté en 1860 y, desde entonces, la producción no ha dejado de crecer. Las baterías automotrices representan el principal uso de la tecnología de plomo-ácido, seguidas de las baterías industriales (energía de reserva y tracción). Más de la mitad de la producción mundial de plomo se destina a baterías.
El bajo costo y la facilidad de fabricación de las baterías de plomo-ácido en relación con otros pares electroquímicos deberían garantizar una demanda continua de este sistema en el futuro.
La batería de plomo-ácido tiene un electrodo positivo de peróxido de plomo (PbO2) y un electrodo negativo de plomo esponjoso (Pb) de alta superficie. El electrolito es una solución de ácido sulfúrico con una gravedad específica en el rango de 1.21 a 1.30 (28 a 39% en peso). En la descarga, ambos electrodos se convierten en sulfato de plomo, como se muestra a continuación:
Proceso de manufactura
El proceso de fabricación, que se muestra en el diagrama de flujo del proceso (figura 1), se describe a continuación:
Figura 1. Proceso de fabricación de baterías de plomo-ácido
Fabricación de óxido: El óxido de plomo se fabrica a partir de cerdos de plomo (masas de plomo de los hornos de fundición) mediante uno de dos métodos: una olla Barton o un proceso de molienda. En el proceso Barton Pot, se sopla aire sobre el plomo fundido para producir una fina corriente de gotas de plomo. Las gotitas reaccionan con el oxígeno del aire para formar el óxido, que consiste en un núcleo de plomo con una capa de óxido de plomo (PbO).
En el proceso de molienda, el plomo sólido (que puede variar en tamaño desde pequeñas bolas hasta cerdos completos) se introduce en un molino rotatorio. La acción de volteo del plomo genera calor y la superficie del plomo se oxida. A medida que las partículas ruedan en el tambor, las capas superficiales de óxido se eliminan para exponer más plomo limpio para la oxidación. La corriente de aire lleva el polvo a un filtro de bolsa, donde se recoge.
Producción de rejilla: Las rejillas se fabrican principalmente por fundición (tanto automática como manual) o, en particular para las baterías de automóviles, por expansión a partir de una aleación de plomo forjado o fundido.
Pegado: La pasta de batería se fabrica mezclando el óxido con agua, ácido sulfúrico y una variedad de aditivos patentados. La pasta se presiona a máquina o a mano en la red de rejilla y las placas generalmente se secan instantáneamente en un horno de alta temperatura.
Las placas empastadas se curan almacenándolas en hornos bajo condiciones cuidadosamente controladas de temperatura, humedad y tiempo. El plomo libre en la pasta se convierte en óxido de plomo.
Formación, corte y montaje de chapas: Las placas de batería se someten a un proceso de formación eléctrica en una de dos formas. En la formación del tanque, las placas se cargan en grandes baños de ácido sulfúrico diluido y se pasa una corriente continua para formar las placas positiva y negativa. Después del secado, las placas se cortan y ensamblan, con separadores entre ellas, en cajas de baterías. Las placas de polaridad similar se conectan soldando las orejetas de las placas.
En la formación de jarras, las placas se forman eléctricamente después de ensamblarse en cajas de baterías.
Riesgos y controles de salud ocupacional
Lidera
El plomo es el principal peligro para la salud asociado con la fabricación de baterías. La principal vía de exposición es por inhalación, pero la ingestión también puede plantear un problema si no se presta suficiente atención a la higiene personal. La exposición puede ocurrir en todas las etapas de producción.
La fabricación de óxido de plomo es potencialmente muy peligrosa. Las exposiciones se controlan automatizando el proceso, eliminando así a los trabajadores del peligro. En muchas fábricas el proceso es operado por una sola persona.
En la fundición de rejilla, las exposiciones a los humos de plomo se minimizan mediante el uso de ventilación de escape local (LEV) junto con el control termostático de las ollas de plomo (las emisiones de humo de plomo aumentan notablemente por encima de 500 C). La escoria que contiene plomo, que se forma sobre el plomo fundido, también puede causar problemas. La escoria contiene una gran cantidad de polvo muy fino y se debe tener mucho cuidado al desecharla.
Las áreas pegajosas han resultado tradicionalmente en altas exposiciones al plomo. El método de fabricación a menudo da como resultado salpicaduras de lodo de plomo en la maquinaria, el piso, los delantales y las botas. Estas salpicaduras se secan y producen polvo de plomo en el aire. El control se logra manteniendo el piso permanentemente mojado y lavando con frecuencia los delantales.
Las exposiciones al plomo en otros departamentos (formado, corte y montaje de placas) se producen a través de la manipulación de placas secas y polvorientas. Las exposiciones son minimizadas por LEV junto con el uso apropiado de equipo de protección personal.
Muchos países cuentan con legislación para limitar el grado de exposición ocupacional y existen estándares numéricos para los niveles de plomo en el aire y en la sangre.
Normalmente se contrata a un profesional de la salud en el trabajo para que tome muestras de sangre de los trabajadores expuestos. La frecuencia de los análisis de sangre puede variar desde anual para trabajadores de bajo riesgo hasta trimestral para aquellos en departamentos de alto riesgo (p. ej., emplasto). Si el nivel de plomo en la sangre de un trabajador excede el límite legal, entonces el trabajador debe ser retirado de cualquier exposición laboral al plomo hasta que el plomo en la sangre caiga a un nivel que el asesor médico considere aceptable.
El muestreo de plomo en el aire es complementario a la prueba de plomo en sangre. El muestreo personal, en lugar del estático, es el método preferido. Por lo general, se requiere una gran cantidad de muestras de plomo en el aire debido a la variabilidad inherente en los resultados. El uso de los procedimientos estadísticos correctos en el análisis de los datos puede brindar información sobre las fuentes de plomo y puede proporcionar una base para realizar mejoras en el diseño de ingeniería. El muestreo de aire regular se puede utilizar para evaluar la eficacia continua de los sistemas de control.
Las concentraciones permitidas de plomo en el aire y las concentraciones de plomo en la sangre varían de un país a otro y actualmente oscilan entre 0.05 y 0.20 mg/m3 y 50 a 80 mg/dl respectivamente. Hay una tendencia continua a la baja en estos límites.
Además de los controles de ingeniería normales, se necesitan otras medidas para minimizar la exposición al plomo. No se debe comer, fumar, beber o masticar chicle en ninguna área de producción.
Deben proporcionarse instalaciones adecuadas para lavarse y cambiarse de ropa para permitir que la ropa de trabajo se guarde en un área separada de la ropa y el calzado personales. Las instalaciones de lavado/ducha deben ubicarse entre las áreas limpias y sucias.
ácido sulfurico
Durante el proceso de formación, el material activo de las placas se convierte en PbO.2 en el electrodo positivo y Pb en el negativo. A medida que las placas se cargan por completo, la corriente de formación comienza a disociar el agua del electrolito en hidrógeno y oxígeno:
Positivo:
Negativo:
La gasificación genera neblina de ácido sulfúrico. La erosión dental fue, en un momento, una característica común entre los trabajadores en las áreas de formación. Las compañías de baterías han empleado tradicionalmente los servicios de un dentista y muchas continúan haciéndolo.
Estudios recientes (IARC 1992) han sugerido un posible vínculo entre la exposición a neblinas de ácidos inorgánicos (incluido el ácido sulfúrico) y el cáncer de laringe. La investigación continúa en esta área.
El estándar de exposición ocupacional en el Reino Unido para neblina de ácido sulfúrico es de 1 mg/m3. Las exposiciones se pueden mantener por debajo de este nivel con LEV sobre los circuitos de formación.
La exposición de la piel al ácido sulfúrico líquido corrosivo también es motivo de preocupación. Las precauciones incluyen equipo de protección personal, fuentes lavaojos y duchas de emergencia.
Talco
El talco se utiliza en ciertas operaciones de fundición a mano como agente de desmoldeo. La exposición a largo plazo al polvo de talco puede causar neumoconiosis, y es importante que el polvo se controle mediante medidas adecuadas de ventilación y control del proceso.
Fibras minerales artificiales (MMF)
Los separadores se utilizan en las baterías de plomo-ácido para aislar eléctricamente las placas positivas de las negativas. Se han utilizado varios tipos de materiales a lo largo de los años (p. ej., caucho, celulosa, cloruro de polivinilo (PVC), polietileno), pero, cada vez más, se utilizan separadores de fibra de vidrio. Estos separadores se fabrican con MMF.
Se demostró un mayor riesgo de cáncer de pulmón entre los trabajadores en los primeros días de la industria de la lana mineral (HSE 1990). Sin embargo, esto puede haber sido causado por otros materiales cancerígenos en uso en ese momento. Sin embargo, es prudente asegurarse de que cualquier exposición a los MMF se mantenga al mínimo, ya sea mediante el encierro total o LEV.
Estibina y arsina
El antimonio y el arsénico se usan comúnmente en aleaciones de plomo y la estibina (SbH3) o arsina (AsH3) puede producirse en determinadas circunstancias:
La estibina y la arsina son gases altamente tóxicos que actúan destruyendo los glóbulos rojos. Los estrictos controles de proceso durante la fabricación de baterías deberían evitar cualquier riesgo de exposición a estos gases.
Peligros físicos
También existe una variedad de peligros físicos en la fabricación de baterías (p. ej., ruido, salpicaduras de ácido y metal fundido, peligros eléctricos y manipulación manual), pero los riesgos derivados de estos pueden reducirse mediante controles de proceso e ingeniería adecuados.
Cuestiones ambientales
El efecto del plomo en la salud de los niños ha sido ampliamente estudiado. Por lo tanto, es muy importante que las liberaciones ambientales de plomo se mantengan al mínimo. Para las fábricas de baterías, se deben filtrar las emisiones al aire más contaminantes. Todos los desechos del proceso (por lo general, una suspensión acuosa ácida que contiene plomo) deben procesarse en una planta de tratamiento de efluentes para neutralizar el ácido y eliminar el plomo de la suspensión.
Futuros desarrollos
Es probable que en el futuro aumenten las restricciones sobre el uso del plomo. En un sentido ocupacional, esto dará como resultado una creciente automatización de los procesos para que el trabajador esté alejado del peligro.
Adaptado de EPA 1995.
Cobre
El cobre se extrae tanto en minas a cielo abierto como subterráneas, según la ley del mineral y la naturaleza del yacimiento. El mineral de cobre normalmente contiene menos del 1% de cobre en forma de minerales de sulfuro. Una vez que el mineral se entrega sobre el suelo, se tritura y muele hasta obtener una finura de polvo y luego se concentra para su posterior procesamiento. En el proceso de concentración, el mineral molido se mezcla con agua, se agregan reactivos químicos y se sopla aire a través de la suspensión. Las burbujas de aire se adhieren a los minerales de cobre y luego se eliminan de la parte superior de las celdas de flotación. El concentrado contiene entre 20 y 30% de cobre. Los relaves, o minerales de ganga, del mineral caen al fondo de las celdas y se extraen, se deshidratan mediante espesadores y se transportan como una lechada a un estanque de relaves para su eliminación. Toda el agua utilizada en esta operación, desde los espesadores de deshidratación y la balsa de relaves, se recupera y se recicla nuevamente al proceso.
El cobre se puede producir de forma pirometalúrgica o hidrometalúrgica, según el tipo de mineral utilizado como carga. Los concentrados de mineral, que contienen minerales de sulfuro de cobre y sulfuro de hierro, se tratan mediante procesos pirometalúrgicos para producir productos de cobre de alta pureza. Los minerales de óxido, que contienen minerales de óxido de cobre que pueden encontrarse en otras partes de la mina, junto con otros materiales de desecho oxidados, se tratan mediante procesos hidrometalúrgicos para producir productos de cobre de alta pureza.
La conversión de cobre del mineral a metal se logra mediante la fundición. Durante la fundición, los concentrados se secan y se introducen en uno de varios tipos diferentes de hornos. Allí, los minerales de sulfuro se oxidan parcialmente y se derriten para producir una capa de mata, una mezcla de sulfuro de cobre y hierro y escoria, una capa superior de desechos.
El mate se procesa aún más mediante la conversión. La escoria se extrae del horno y se almacena o desecha en pilas de escoria en el sitio. Una pequeña cantidad de escoria se vende para balasto de ferrocarril y para arenado. Un tercer producto del proceso de fundición es el dióxido de azufre, un gas que se recolecta, purifica y convierte en ácido sulfúrico para su venta o uso en operaciones de lixiviación hidrometalúrgica.
Después de la fundición, la mata de cobre se introduce en un convertidor. Durante este proceso, la mata de cobre se vierte en un recipiente cilíndrico horizontal (aproximadamente 10 x 4 m) equipado con una hilera de tuberías. Las tuberías, conocidas como toberas, se proyectan hacia el interior del cilindro y se utilizan para introducir aire en el convertidor. Se agrega cal y sílice a la mata de cobre para que reaccione con el óxido de hierro producido en el proceso para formar escoria. También se puede agregar chatarra de cobre al convertidor. El horno se gira para que las toberas queden sumergidas y se sopla aire en la mata fundida, lo que hace que el resto del sulfuro de hierro reaccione con el oxígeno para formar óxido de hierro y dióxido de azufre. Luego se hace girar el convertidor para verter la escoria de silicato de hierro.
Una vez que se elimina todo el hierro, el convertidor gira hacia atrás y se le da un segundo golpe de aire durante el cual el resto del azufre se oxida y se elimina del sulfuro de cobre. Luego se hace girar el convertidor para verter el cobre fundido, que en este punto se llama cobre ampollado (llamado así porque si se deja solidificar en este punto, tendrá una superficie irregular debido a la presencia de oxígeno gaseoso y azufre). El dióxido de azufre de los convertidores se recolecta y alimenta al sistema de purificación de gas junto con el del horno de fundición y se convierte en ácido sulfúrico. Debido a su contenido de cobre residual, la escoria se recicla nuevamente al horno de fundición.
El cobre blíster, que contiene un mínimo de 98.5 % de cobre, se refina a cobre de alta pureza en dos pasos. El primer paso es el refinado al fuego, en el que el cobre ampolloso fundido se vierte en un horno cilíndrico, de apariencia similar a un convertidor, donde primero se sopla aire y luego gas natural o propano a través de la masa fundida para eliminar el último azufre y cualquier resto. oxígeno residual del cobre. Luego, el cobre fundido se vierte en una rueda de fundición para formar ánodos lo suficientemente puros para la electrorrefinación.
En el electrorrefinado, los ánodos de cobre se cargan en celdas electrolíticas y se intercalan con láminas iniciales de cobre, o cátodos, en un baño de solución de sulfato de cobre. Cuando pasa una corriente continua a través de la celda, el cobre se disuelve del ánodo, se transporta a través del electrolito y se vuelve a depositar en las láminas iniciales del cátodo. Cuando los cátodos se han acumulado hasta un espesor suficiente, se retiran de la celda electrolítica y se coloca un nuevo juego de láminas iniciales en su lugar. Las impurezas sólidas en los ánodos caen al fondo de la celda como un lodo donde finalmente se recolectan y procesan para la recuperación de metales preciosos como el oro y la plata. Este material se conoce como limo anódico.
Los cátodos extraídos de la celda electrolítica son el producto principal del productor de cobre y contienen 99.99% de cobre. Estos pueden venderse a molinos de alambrón como cátodos o procesarse posteriormente hasta obtener un producto llamado alambrón. En la fabricación de alambrón, los cátodos se funden en un horno de cuba y el cobre fundido se vierte en una rueda de fundición para formar una barra apta para laminarse en un alambrón continuo de 3/8 de pulgada de diámetro. Este producto de alambrón se envía a molinos de alambre donde se extruye en varios tamaños de alambre de cobre.
En el proceso hidrometalúrgico, los minerales oxidados y los materiales de desecho se lixivian con ácido sulfúrico del proceso de fundición. La lixiviación se realiza in situ, o en pilas especialmente preparadas distribuyendo ácido por la parte superior y permitiendo que se filtre a través del material donde se recolecta. El suelo debajo de las pilas de lixiviación está revestido con un material plástico impermeable a prueba de ácidos para evitar que el licor de lixiviación contamine las aguas subterráneas. Una vez que se recolectan las soluciones ricas en cobre, se pueden procesar mediante cualquiera de dos procesos: el proceso de cementación o el proceso de extracción por solvente/electroobtención (SXEW). En el proceso de cementación (que rara vez se usa hoy en día), el cobre en la solución ácida se deposita en la superficie de la chatarra de hierro a cambio del hierro. Cuando se ha cementado suficiente cobre, el hierro rico en cobre se coloca en la fundición junto con los concentrados de mineral para la recuperación de cobre a través de la ruta pirometalúrgica.
En el proceso SXEW, la solución de lixiviación cargada (PLS) se concentra mediante extracción por solvente, que extrae cobre pero no metales impuros (hierro y otras impurezas). Luego, la solución orgánica cargada de cobre se separa del lixiviado en un tanque de sedimentación. Se agrega ácido sulfúrico a la mezcla orgánica cargada, que despoja el cobre en una solución electrolítica. El lixiviado, que contiene el hierro y otras impurezas, se devuelve a la operación de lixiviación donde su ácido se usa para una mayor lixiviación. La solución de banda rica en cobre pasa a una celda electrolítica conocida como celda de electroobtención. Una celda de electroobtención se diferencia de una celda de electrorrefinación en que utiliza un ánodo permanente e insoluble. Luego, el cobre en solución se deposita en un cátodo de hoja inicial de la misma manera que en el cátodo en una celda de electrorrefinación. El electrolito empobrecido en cobre se devuelve al proceso de extracción con solvente, donde se usa para extraer más cobre de la solución orgánica. Los cátodos producidos a partir del proceso de electroobtención se venden o se transforman en varillas de la misma manera que los producidos a partir del proceso de electrorrefinación.
Las celdas de electroobtención también se utilizan para la preparación de láminas iniciales para los procesos de electrorrefinación y electroobtención mediante el recubrimiento del cobre sobre cátodos de acero inoxidable o titanio y luego se quita el cobre recubierto.
Los peligros y su prevención.
Los principales peligros son la exposición a polvos de mineral durante el procesamiento y la fundición del mineral, los humos metálicos (incluidos el cobre, el plomo y el arsénico) durante la fundición, el dióxido de azufre y el monóxido de carbono durante la mayoría de las operaciones de fundición, el ruido de las operaciones de trituración y molienda y de los hornos, el estrés por calor de los hornos y el ácido sulfúrico y los peligros eléctricos durante los procesos electrolíticos.
Las precauciones incluyen: LEV para polvos durante las operaciones de transferencia; extracción local y ventilación de dilución para dióxido de azufre y monóxido de carbono; un programa de control de ruido y protección auditiva; ropa y escudos protectores, pausas para descansar y líquidos para el estrés por calor; y LEV, PPE y precauciones eléctricas para procesos electrolíticos. La protección respiratoria se usa comúnmente para protegerse contra el polvo, los humos y el dióxido de azufre.
La Tabla 1 enumera los contaminantes ambientales para varios pasos en la fundición y refinación de cobre.
Tabla 1. Entradas de materiales de proceso y salidas de contaminación para la fundición y refinación de cobre
Proceso |
entrada de materiales |
Emisiones de aire |
Residuos de proceso |
Otros desechos |
Concentración de cobre |
Mineral de cobre, agua, reactivos químicos, espesantes |
Aguas residuales de flotación |
Relaves que contienen minerales de desecho como piedra caliza y cuarzo |
|
Lixiviación de cobre |
Concentrado de cobre, ácido sulfúrico |
Lixiviado no controlado |
Residuos de lixiviación en pilas |
|
fundición de cobre |
Concentrado de cobre, fundente silíceo |
Dióxido de azufre, material particulado que contiene arsénico, antimonio, cadmio, plomo, mercurio y zinc |
Lodos/lodos de purga de plantas ácidas, escoria que contiene sulfuros de hierro, sílice |
|
Conversión de cobre |
Mata de cobre, chatarra de cobre, fundente silíceo |
Dióxido de azufre, material particulado que contiene arsénico, antimonio, cadmio, plomo, mercurio y zinc |
Lodos/lodos de purga de plantas ácidas, escoria que contiene sulfuros de hierro, sílice |
|
Refinación de cobre electrolítico |
Blíster de cobre, ácido sulfúrico |
Lodos que contienen impurezas como oro, plata, antimonio, arsénico, bismuto, hierro, plomo, níquel, selenio, azufre y zinc |
Lidera
El proceso de producción de plomo primario consta de cuatro pasos: sinterización, fundición, escoria y refinación pirometalúrgica. Para empezar, una materia prima compuesta principalmente de concentrado de plomo en forma de sulfuro de plomo se introduce en una máquina de sinterización. Se pueden agregar otras materias primas, como hierro, sílice, fundente de piedra caliza, coque, sosa, ceniza, pirita, zinc, cáustico y partículas recolectadas de los dispositivos de control de la contaminación. En la máquina de sinterización, la materia prima de plomo se somete a ráfagas de aire caliente que queman el azufre y crean dióxido de azufre. El material de óxido de plomo existente después de este proceso contiene alrededor del 9% de su peso en carbono. Luego, el sinterizado se alimenta junto con el coque, varios materiales reciclados y de limpieza, piedra caliza y otros agentes fundentes en un alto horno para la reducción, donde el carbón actúa como combustible y funde el material de plomo. El plomo fundido fluye hacia el fondo del horno donde se forman cuatro capas: “speiss” (el material más liviano, básicamente arsénico y antimonio); “mata” (sulfuro de cobre y otros sulfuros metálicos); escoria de alto horno (principalmente silicatos); y lingotes de plomo (98% de plomo, por peso). A continuación, se escurren todas las capas. El speiss y la mata se venden a fundiciones de cobre para la recuperación de cobre y metales preciosos. La escoria de alto horno que contiene zinc, hierro, sílice y cal se almacena en pilas y se recicla parcialmente. Las emisiones de óxido de azufre se generan en los altos hornos a partir de pequeñas cantidades de sulfuro de plomo residual y sulfatos de plomo en la alimentación del sinterizado.
Los lingotes de plomo en bruto del alto horno generalmente requieren un tratamiento preliminar en calderas antes de someterse a las operaciones de refinación. Durante la formación de escoria, el lingote se agita en una caldera de escoria y se enfría justo por encima de su punto de congelación (370 a 425 °C). Una escoria, que se compone de óxido de plomo, junto con cobre, antimonio y otros elementos, flota hacia la parte superior y se solidifica sobre el plomo fundido.
La escoria se retira y se introduce en un horno de escoria para recuperar los metales útiles distintos del plomo. Para mejorar la recuperación de cobre, los lingotes de plomo en escoria se tratan agregando materiales que contienen azufre, zinc y/o aluminio, lo que reduce el contenido de cobre a aproximadamente 0.01 %.
Durante el cuarto paso, el lingote de plomo se refina utilizando métodos pirometalúrgicos para eliminar cualquier material vendible que no sea plomo restante (por ejemplo, oro, plata, bismuto, zinc y óxidos metálicos como antimonio, arsénico, estaño y óxido de cobre). El plomo se refina en una caldera de hierro fundido en cinco etapas. Primero se eliminan el antimonio, el estaño y el arsénico. Luego se agrega zinc y se eliminan el oro y la plata en la escoria de zinc. A continuación, el plomo se refina mediante la extracción al vacío (destilación) del zinc. El refinado continúa con la adición de calcio y magnesio. Estos dos materiales se combinan con el bismuto para formar un compuesto insoluble que se extrae de la tetera. En el paso final, se puede agregar sosa cáustica y/o nitratos al plomo para eliminar cualquier resto de impurezas metálicas. El plomo refinado tendrá una pureza de 99.90 a 99.99 % y podrá mezclarse con otros metales para formar aleaciones o directamente moldearse en formas.
Los peligros y su prevención.
Los principales peligros son la exposición a polvos de mineral durante el procesamiento y la fundición del mineral, los vapores metálicos (incluidos el plomo, el arsénico y el antimonio) durante la fundición, el dióxido de azufre y el monóxido de carbono durante la mayoría de las operaciones de fundición, el ruido de las operaciones de molienda y trituración y de los hornos, y el estrés por calor. de los hornos.
Las precauciones incluyen: LEV para polvos durante las operaciones de transferencia; extracción local y ventilación de dilución para dióxido de azufre y monóxido de carbono; un programa de control de ruido y protección auditiva; y ropa protectora y escudos, descansos y líquidos para el estrés por calor. La protección respiratoria se usa comúnmente para protegerse contra el polvo, los humos y el dióxido de azufre. El monitoreo biológico del plomo es esencial.
La Tabla 2 enumera los contaminantes ambientales para varios pasos en la fundición y refinación de plomo.
Tabla 2. Entradas de materiales de proceso y salidas de contaminación para la fundición y refinación de plomo
Proceso |
entrada de materiales |
Emisiones de aire |
Residuos de proceso |
Otros desechos |
Sinterización de plomo |
Mineral de plomo, hierro, sílice, fundente de piedra caliza, coque, soda, ceniza, pirita, zinc, cáustico, polvo de cámara de filtros |
Dióxido de azufre, partículas que contienen cadmio y plomo |
||
fundición de plomo |
sinterizado de plomo, coque |
Dióxido de azufre, partículas que contienen cadmio y plomo |
Aguas residuales de lavado de plantas, agua de granulación de escoria |
Escoria que contiene impurezas como zinc, hierro, sílice y cal, sólidos de embalses superficiales |
escoria de plomo |
Lingotes de plomo, carbonato de sodio, azufre, polvo de cámara de filtros, coque |
Escoria que contiene impurezas tales como cobre, sólidos de embalses superficiales |
||
Refinación de plomo |
Lingotes de escoria de plomo |
Zinc
El concentrado de zinc se produce separando el mineral, que puede contener tan solo un 2 % de zinc, de la roca estéril mediante trituración y flotación, un proceso que normalmente se realiza en el sitio de la mina. Luego, el concentrado de zinc se reduce a zinc metálico en una de dos formas: pirometalúrgicamente por destilación (retorta en un horno) o hidrometalúrgicamente por electroobtención. Este último representa aproximadamente el 80% del total de la refinación de zinc.
En el refinado hidrometalúrgico de zinc se utilizan generalmente cuatro etapas de procesamiento: calcinación, lixiviación, purificación y electroobtención. La calcinación, o tostado, es un proceso a alta temperatura (700 a 1000 °C) que convierte el concentrado de sulfuro de zinc en un óxido de zinc impuro llamado calcina. Los tipos de tostadores incluyen hogar múltiple, suspensión o lecho fluidizado. En general, la calcinación comienza con la mezcla de materiales que contienen zinc con carbón. Luego, esta mezcla se calienta, o se tuesta, para vaporizar el óxido de zinc que luego se saca de la cámara de reacción con la corriente de gas resultante. La corriente de gas se dirige al área de la cámara de filtros (filtro) donde el óxido de zinc se captura en el polvo de la cámara de filtros.
Todos los procesos de calcinación generan dióxido de azufre, que se controla y convierte en ácido sulfúrico como subproducto comercializable del proceso.
El procesamiento electrolítico de la calcina desulfurada consta de tres pasos básicos: lixiviación, purificación y electrólisis. La lixiviación se refiere a la disolución de la calcina capturada en una solución de ácido sulfúrico para formar una solución de sulfato de zinc. La calcina puede lixiviarse una o dos veces. En el método de doble lixiviación, la calcina se disuelve en una solución ligeramente ácida para eliminar los sulfatos. Luego, la calcina se lixivia por segunda vez en una solución más fuerte que disuelve el zinc. Este segundo paso de lixiviación es en realidad el comienzo del tercer paso de purificación porque muchas de las impurezas de hierro se eliminan de la solución, así como el zinc.
Después de la lixiviación, la solución se purifica en dos o más etapas mediante la adición de polvo de zinc. La solución se purifica a medida que el polvo fuerza la precipitación de elementos nocivos para que puedan ser filtrados. La purificación generalmente se lleva a cabo en grandes tanques de agitación. El proceso tiene lugar a temperaturas que oscilan entre 40 y 85 °C y presiones que van desde la atmosférica hasta las 2.4 atmósferas. Los elementos recuperados durante la purificación incluyen cobre como torta y cadmio como metal. Después de la purificación, la solución está lista para el paso final, la electroobtención.
La electroobtención de zinc se lleva a cabo en una celda electrolítica e implica el paso de una corriente eléctrica desde un ánodo de aleación de plomo y plata a través de la solución acuosa de zinc. Este proceso carga el zinc suspendido y lo obliga a depositarse en un cátodo de aluminio que se sumerge en la solución. Cada 24 a 48 horas, se apaga cada celda, se retiran y enjuagan los cátodos revestidos de zinc y se extrae mecánicamente el zinc de las placas de aluminio. El concentrado de zinc luego se funde y se moldea en lingotes y, a menudo, tiene una pureza de hasta el 99.995 %.
Las fundiciones de zinc electrolítico contienen hasta varios cientos de celdas. Una parte de la energía eléctrica se convierte en calor, lo que aumenta la temperatura del electrolito. Las celdas electrolíticas operan en rangos de temperatura de 30 a 35°C a presión atmosférica. Durante la electroobtención, una parte del electrolito pasa a través de torres de enfriamiento para disminuir su temperatura y evaporar el agua que acumula durante el proceso.
Los peligros y su prevención.
Los principales peligros son la exposición a polvos de minerales durante el procesamiento y la fundición del mineral, los humos metálicos (incluidos el zinc y el plomo) durante el refinado y el tostado, el dióxido de azufre y el monóxido de carbono durante la mayoría de las operaciones de fundición, el ruido de las operaciones de trituración y molienda y de los hornos, el estrés por calor de los hornos y el ácido sulfúrico y los peligros eléctricos durante los procesos electrolíticos.
Las precauciones incluyen: LEV para polvos durante las operaciones de transferencia; extracción local y ventilación de dilución para dióxido de azufre y monóxido de carbono; un programa de control de ruido y protección auditiva; ropa y escudos protectores, pausas para descansar y líquidos para el estrés por calor; y LEV, PPE y precauciones eléctricas para procesos electrolíticos. La protección respiratoria se usa comúnmente para protegerse contra el polvo, los humos y el dióxido de azufre.
La Tabla 3 enumera los contaminantes ambientales para varios pasos en la fundición y refinación de zinc.
Tabla 3. Entradas de materiales de proceso y salidas de contaminación para la fundición y refinación de zinc
Proceso |
entrada de materiales |
Emisiones de aire |
Residuos de proceso |
Otros desechos |
calcinación de zinc |
Mineral de zinc, coque |
Dióxido de azufre, partículas que contienen zinc y plomo |
Lodo de purga de planta ácida |
|
Lixiviación de zinc |
Calcina de zinc, ácido sulfúrico, piedra caliza, electrolito gastado |
Aguas residuales que contienen ácido sulfúrico |
||
Purificación de zinc |
Solución de zinc-ácido, polvo de zinc |
Aguas residuales que contienen ácido sulfúrico, hierro |
Torta de cobre, cadmio |
|
Electroobtención de zinc |
Zinc en ácido sulfúrico/solución acuosa, ánodos de aleación de plomo y plata, cátodos de aluminio, carbonato de bario o estroncio, aditivos coloidales |
Ácido sulfúrico diluido |
Lodos/lodos de celdas electrolíticas |
El término agresión con lesiones se refiere a una colección de individuos Células, que pueden generar electricidad a través de reacciones químicas. Las celdas se clasifican como primario or secundario. En las celdas primarias, las reacciones químicas que producen el flujo de electrones no son reversibles y, por lo tanto, las celdas no se recargan fácilmente. Por el contrario, las celdas secundarias deben cargarse antes de su uso, lo que se logra haciendo pasar una corriente eléctrica a través de la celda. Las celdas secundarias tienen la ventaja de que a menudo se pueden recargar y descargar repetidamente durante el uso.
La batería primaria clásica en el uso diario es la celda seca Leclanché, llamada así porque el electrolito es una pasta, no un líquido. La celda de Leclanché se caracteriza por las baterías cilíndricas utilizadas en linternas, radios portátiles, calculadoras, juguetes eléctricos y similares. En los últimos años, las pilas alcalinas, como la pila de dióxido de zinc-manganeso, se han vuelto más frecuentes para este tipo de uso. Las pilas en miniatura o de “botón” han encontrado uso en audífonos, computadoras, relojes, cámaras y otros equipos electrónicos. La celda de óxido de plata-zinc, la celda de mercurio, la celda de zinc-aire y la celda de dióxido de litio-manganeso son algunos ejemplos. Consulte la figura 1 para ver una vista en corte de una batería alcalina en miniatura típica.
Figura 1. Vista en corte de una batería alcalina en miniatura
La clásica batería secundaria o de almacenamiento es la batería de plomo-ácido, ampliamente utilizada en la industria del transporte. Las baterías secundarias también se utilizan en las centrales eléctricas y la industria. Las herramientas recargables que funcionan con baterías, los cepillos de dientes, las linternas y similares son un nuevo mercado para las celdas secundarias. Las celdas secundarias de níquel-cadmio son cada vez más populares, especialmente en celdas de bolsillo para iluminación de emergencia, arranque diésel y aplicaciones estacionarias y de tracción, donde la confiabilidad, la vida útil prolongada, la recarga frecuente y el rendimiento a baja temperatura superan su costo adicional.
Las baterías recargables que se están desarrollando para su uso en vehículos eléctricos utilizan sulfuro ferroso de litio, cloro de zinc y azufre de sodio.
La Tabla 1 da la composición de algunas baterías comunes.
Tabla 1. Composición de baterías comunes
Tipo de batería |
Electrodo negativo |
Electrodo positivo |
Electrolito |
Células primarias |
|||
Celda seca Leclanché |
Zinc |
Dióxido de manganeso |
Agua, cloruro de zinc, cloruro de amonio |
Alcalinidad |
Zinc |
Dióxido de manganeso |
Hidróxido de potasio |
Mercurio (celda de Rubén) |
Zinc |
óxido de mercurio |
Hidróxido de potasio, óxido de zinc, agua |
Silver |
Zinc |
Óxido de plata |
Hidróxido de potasio, óxido de zinc, agua |
Litio |
Litio |
Dióxido de manganeso |
clorato de litio, LiCF3SO3 |
Litio |
Litio |
dióxido de azufre |
Dióxido de azufre, acetonitrilo, bromuro de litio |
Cloruro de tionilo |
Cloruro de litio y aluminio |
||
zinc en el aire |
Zinc |
Oxígeno |
Óxido de zinc, hidróxido de potasio |
Células secundarias |
|||
Plomo-ácido |
Lidera |
Dióxido de plomo |
Ácido sulfúrico diluido |
Níquel-hierro (batería Edison) |
Plancha para ropa |
Óxido de níquel |
Hidróxido de potasio |
Niquel Cadmio |
Hidróxido de cadmio |
Hidróxido de níquel |
Hidróxido de potasio, posiblemente hidróxido de litio |
plata-zinc |
Polvo de zinc |
Óxido de plata |
Hidróxido de potasio |
Procesos de manufactura
Si bien existen claras diferencias en la fabricación de los diferentes tipos de baterías, hay varios procesos que son comunes: pesaje, trituración, mezcla, compresión y secado de los ingredientes constituyentes. En las plantas de baterías modernas, muchos de estos procesos están cerrados y altamente automatizados, utilizando equipos sellados. Por lo tanto, la exposición a los diversos ingredientes puede ocurrir durante el pesaje y la carga y durante la limpieza del equipo.
En las plantas de baterías más antiguas, muchas de las operaciones de molienda, mezcla y otras se realizan manualmente, o la transferencia de ingredientes de un paso del proceso a otro se realiza manualmente. En estos casos, el riesgo de inhalación de polvos o contacto de la piel con sustancias corrosivas es alto. Las precauciones para las operaciones que producen polvo incluyen el encierro total y el manejo y pesaje mecanizados de polvos, ventilación de escape local, trapeado húmedo diario y/o aspirado y uso de respiradores y otros equipos de protección personal durante las operaciones de mantenimiento.
El ruido también es un peligro, ya que las máquinas compresoras y las máquinas envolvedoras son ruidosas. Los métodos de control de ruido y los programas de conservación de la audición son esenciales.
Los electrolitos de muchas baterías contienen hidróxido de potasio corrosivo. El recinto y la protección de la piel y los ojos son precauciones indicadas. También pueden ocurrir exposiciones a partículas de metales tóxicos como óxido de cadmio, mercurio, óxido de mercurio, níquel y compuestos de níquel, y litio y compuestos de litio, que se utilizan como ánodos o cátodos en determinados tipos de baterías. La batería de almacenamiento de plomo-ácido, a veces denominada acumulador, puede implicar riesgos considerables de exposición al plomo y se analiza por separado en el artículo "Fabricación de baterías de plomo-ácido".
El litio metálico es altamente reactivo, por lo que las baterías de litio deben ensamblarse en una atmósfera seca para evitar que el litio reaccione con el vapor de agua. El dióxido de azufre y el cloruro de tionilo, utilizados en algunas baterías de litio, son peligrosos para las vías respiratorias. El gas hidrógeno, utilizado en baterías de níquel-hidrógeno, es un peligro de incendio y explosión. Estos, así como los materiales de las baterías recientemente desarrolladas, requerirán precauciones especiales.
Células de Leclanché
Las baterías de celda seca de Leclanché se fabrican como se muestra en la figura 2. La mezcla de cátodo o electrodo positivo comprende del 60 al 70 % de dióxido de manganeso, y el resto está compuesto por grafito, negro de acetileno, sales de amonio, cloruro de zinc y agua. El dióxido de manganeso, el grafito y el negro de acetileno, secos y finamente molidos, se pesan y se introducen en un triturador-mezclador; se añade electrolito que contiene agua, cloruro de zinc y cloruro de amonio, y la mezcla preparada se prensa en una prensa de aglomeración o de comprimidos alimentada manualmente. En ciertos casos, la mezcla se seca en un horno, se tamiza y se vuelve a humedecer antes de formar tabletas. Las tabletas se inspeccionan y envuelven en máquinas alimentadas a mano después de dejar que se endurezcan durante unos días. Luego, los aglomerados se colocan en bandejas y se sumergen en electrolito, y ahora están listos para ensamblar.
Figura 2. Producción de baterías de celdas de Leclanché
El ánodo es la caja de zinc, que se prepara a partir de piezas de zinc en bruto en una prensa caliente (o se doblan láminas de zinc y se sueldan a la caja). Una pasta gelatinosa orgánica que consiste en almidones de maíz y harina empapados en electrolito se mezcla en grandes cubas. Los ingredientes generalmente se vierten de sacos sin pesar. Luego, la mezcla se purifica con virutas de zinc y dióxido de manganeso. Se agrega cloruro de mercurio al electrolito para formar una amalgama con el interior del recipiente de zinc. Esta pasta formará el medio conductor o electrolito.
Las celdas se ensamblan mediante el vertido automático de la cantidad requerida de pasta gelatinosa en las cajas de zinc para formar un revestimiento de manga interior en el contenedor de zinc. En algunos casos, las cajas reciben un acabado cromado mediante el vertido y vaciado de una mezcla de ácido crómico y clorhídrico antes de añadir la pasta gelatinosa. A continuación, el aglomerado de cátodo se coloca en posición en el centro de la caja. Una varilla de carbono se coloca en el centro del cátodo para que actúe como colector de corriente.
Luego, la celda de zinc se sella con cera fundida o parafina y se calienta con una llama para lograr un mejor sellado. Luego, las celdas se sueldan entre sí para formar la batería. La reacción de la batería es:
2MnO2 + 2NH4Cl + Zn → ZnCl2 + H2O2 + manganeso2O3
Los trabajadores pueden estar expuestos al dióxido de manganeso durante el pesaje, la carga del mezclador, la molienda, la limpieza del horno, el tamizado, el prensado manual y el envoltorio, según el grado de automatización, el recinto sellado y la ventilación de escape local. En el prensado manual y el envoltorio húmedo, puede haber exposición a la mezcla húmeda, que puede secarse y producir polvo inhalable; la dermatitis puede ocurrir por la exposición al electrolito ligeramente corrosivo. Las medidas de higiene personal, los guantes y la protección respiratoria para las operaciones de limpieza y mantenimiento, las duchas y los armarios separados para la ropa de trabajo y de calle pueden reducir estos riesgos. Como se mencionó anteriormente, los riesgos de ruido pueden resultar de la prensa de envolver y hacer tabletas.
La mezcla es automática durante la fabricación de la pasta gelatinosa y la única exposición es durante la adición de los materiales. Durante la adición de cloruro mercúrico a la pasta gelatinosa, existe el riesgo de inhalación y absorción por la piel y posible intoxicación por mercurio. LEV o equipo de protección personal es necesario.
También es posible la exposición a derrames de ácido crómico y ácido clorhídrico durante el cromado y la exposición a humos de soldadura y humos del calentamiento del compuesto de sellado. La mecanización del proceso de cromado, el uso de guantes y LEV para termosellado y soldadura son precauciones adecuadas.
Baterías de níquel-cadmio
El método más común hoy en día para fabricar electrodos de níquel-cadmio consiste en depositar el material del electrodo activo directamente en un sustrato o placa de níquel sinterizado poroso. (Consulte la figura 3). La placa se prepara presionando una pasta de polvo de níquel de grado sinterizado (a menudo hecha por descomposición del carbonilo de níquel) en la rejilla abierta de chapa de acero perforada niquelada (o gasa de níquel o gasa de acero niquelado) y luego sinterizado o secado en un horno. Luego, estas placas pueden cortarse, pesarse y acuñarse (comprimirse) para propósitos particulares o enrollarse en espiral para celdas de tipo doméstico.
Figura 3. Producción de baterías de níquel-cadmio
A continuación, la placa sinterizada se impregna con una solución de nitrato de níquel para el electrodo positivo o de nitrato de cadmio para el electrodo negativo. Estas placas se enjuagan y se secan, se sumergen en hidróxido de sodio para formar hidróxido de níquel o hidróxido de cadmio y se lavan y se secan nuevamente. Por lo general, el siguiente paso es sumergir los electrodos positivo y negativo en una celda temporal grande que contiene de 20 a 30 % de hidróxido de sodio. Se ejecutan ciclos de carga y descarga para eliminar las impurezas y los electrodos se retiran, lavan y secan.
Una forma alternativa de fabricar electrodos de cadmio es preparar una pasta de óxido de cadmio mezclado con grafito, óxido de hierro y parafina, que se muele y finalmente se compacta entre rodillos para formar el material activo. Esto luego se presiona en una tira de acero perforada en movimiento que se seca, a veces se comprime y se corta en placas. Las orejetas se pueden unir en esta etapa.
Los siguientes pasos involucran el ensamblaje de la celda y la batería. Para baterías grandes, los electrodos individuales se ensamblan luego en grupos de electrodos con placas de polaridad opuesta intercaladas con separadores de plástico. Estos grupos de electrodos pueden atornillarse o soldarse entre sí y colocarse en una carcasa de acero niquelado. Más recientemente, se han introducido carcasas de batería de plástico. Las celdas se llenan con una solución electrolítica de hidróxido de potasio, que también puede contener hidróxido de litio. Luego, las celdas se ensamblan en baterías y se atornillan juntas. Las celdas de plástico se pueden cementar o unir con cinta adhesiva. Cada celda está conectada con un conector de plomo a la celda adyacente, dejando un terminal positivo y negativo en los extremos de la batería.
Para las baterías cilíndricas, las placas impregnadas se ensamblan en grupos de electrodos enrollando los electrodos positivo y negativo, separados por un material inerte, en un cilindro hermético. El cilindro del electrodo se coloca luego en una caja de metal niquelado, se agrega electrolito de hidróxido de potasio y la celda se sella mediante soldadura.
La reacción química involucrada en la carga y descarga de baterías de níquel-cadmio es:
La principal exposición potencial al cadmio se produce por la manipulación del nitrato de cadmio y su solución mientras se elabora una pasta a partir del polvo de óxido de cadmio y se manipulan los polvos activos secos. La exposición también puede ocurrir durante la recuperación de cadmio de las placas de desecho. El pesaje y la mezcla en recintos y automatizados pueden reducir estos peligros durante los primeros pasos.
Medidas similares pueden controlar la exposición a compuestos de níquel. La producción de níquel sinterizado a partir de carbonilo de níquel, aunque se realiza en maquinaria sellada, implica una exposición potencial a carbonilo de níquel y monóxido de carbono extremadamente tóxicos. El proceso requiere un monitoreo continuo de fugas de gas.
La manipulación de hidróxido de litio o potasio cáustico requiere una ventilación adecuada y protección personal. La soldadura genera humos y requiere LEV.
Efectos sobre la salud y patrones de enfermedad
Los peligros para la salud más graves en la fabricación de baterías tradicionales son las exposiciones al plomo, cadmio, mercurio y dióxido de manganeso. Los peligros del plomo se analizan en otras partes de este capítulo y Enciclopedia. El cadmio puede causar enfermedad renal y es cancerígeno. Se encontró que la exposición al cadmio estaba muy extendida en las plantas de baterías de níquel-cadmio de EE. UU., y muchos trabajadores han tenido que ser retirados médicamente según las disposiciones del estándar de cadmio de la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional debido a los altos niveles de cadmio en la sangre y la orina (McDiarmid et al. 1996) . El mercurio afecta los riñones y el sistema nervioso. Se ha demostrado una exposición excesiva al vapor de mercurio en estudios de varias plantas de baterías de mercurio (Telesca 1983). Se ha demostrado que la exposición al dióxido de manganeso es alta en la mezcla y manipulación de polvos en la fabricación de celdas secas alcalinas (Wallis, Menke y Chelton 1993). Esto puede resultar en déficits neurofuncionales en los trabajadores de baterías (Roels et al. 1992). Los polvos de manganeso pueden, si se absorben en cantidades excesivas, provocar trastornos del sistema nervioso central similares al síndrome de Parkinson. Otros metales de preocupación incluyen níquel, litio, plata y cobalto.
Las quemaduras en la piel pueden resultar de la exposición a soluciones de cloruro de zinc, hidróxido de potasio, hidróxido de sodio e hidróxido de litio utilizadas en los electrolitos de las baterías.
Vista general del proceso
La bauxita se extrae mediante minería a cielo abierto. Los minerales más ricos se utilizan tal como se extraen. Los minerales de menor ley pueden ser beneficiados mediante trituración y lavado para eliminar los residuos de arcilla y sílice. La producción del metal comprende dos pasos básicos:
El desarrollo experimental sugiere que en el futuro el aluminio puede reducirse al metal por reducción directa del mineral.
Actualmente hay dos tipos principales de celdas electrolíticas de Hall-Heroult en uso. El llamado proceso de "pre-horneado" utiliza electrodos fabricados como se indica a continuación. En dichas fundiciones, la exposición a hidrocarburos policíclicos normalmente ocurre en las instalaciones de fabricación de electrodos, especialmente durante los molinos mezcladores y las prensas de formación. Las fundiciones que utilizan la celda tipo Soderberg no requieren instalaciones para la fabricación de ánodos de carbón horneados. Más bien, la mezcla de coque y aglutinante de brea se coloca en tolvas cuyos extremos inferiores se sumergen en la mezcla de baño de criolita-alúmina fundida. A medida que la mezcla de brea y coque es calentada por el baño de metal fundido y criolita dentro de la celda, esta mezcla se cuece en una masa grafítica dura. en el lugar. Las barras de metal se insertan en la masa anódica como conductores para un flujo eléctrico de corriente continua. Estas varillas deben reemplazarse periódicamente; al extraerlos, se desarrollan cantidades considerables de volátiles de brea de alquitrán de hulla en el entorno de la sala de celdas. A esta exposición se añaden los volátiles de brea generados a medida que avanza la cocción de la masa de coque de brea.
En la última década, la industria ha tendido a no reemplazar oa modificar las instalaciones de reducción tipo Soderberg existentes como consecuencia del riesgo cancerígeno demostrado que presentan. Además, con la creciente automatización de las operaciones de celdas de reducción, en particular el cambio de ánodos, las tareas se realizan más comúnmente desde grúas mecánicas cerradas. En consecuencia, la exposición de los trabajadores y el riesgo de desarrollar los trastornos asociados con la fundición de aluminio están disminuyendo gradualmente en las instalaciones modernas. Por el contrario, en aquellas economías en las que no se dispone fácilmente de una inversión de capital adecuada, la persistencia de procesos de reducción manuales más antiguos seguirá presentando los riesgos de los trastornos ocupacionales (ver más abajo) anteriormente asociados con las plantas de reducción de aluminio. De hecho, esta tendencia tenderá a agravarse en operaciones tan antiguas y no mejoradas, especialmente a medida que envejecen.
fabricación de electrodos de carbono
Los electrodos requeridos por la reducción electrolítica de precocción a metal puro normalmente se fabrican en una instalación asociada con este tipo de planta de fundición de aluminio. Los ánodos y cátodos se fabrican con mayor frecuencia a partir de una mezcla de coque derivado del petróleo molido y brea. El coque primero se muele en molinos de bolas, luego se transporta y se mezcla mecánicamente con la brea y finalmente se vierte en bloques en prensas de moldeo. Estos bloques de ánodo o cátodo se calientan a continuación en un horno caldeado con gas durante varios días hasta que forman masas grafíticas duras con esencialmente todos los volátiles eliminados. Finalmente, se unen a varillas de ánodo o se ranuran con sierra para recibir las barras de cátodo.
Cabe señalar que la brea utilizada para formar tales electrodos representa un destilado que se deriva del alquitrán de carbón o petróleo. En la conversión de este alquitrán en brea por calentamiento, el producto final de la brea se ha evaporado esencialmente todos sus compuestos inorgánicos de bajo punto de ebullición, por ejemplo, SO2, así como compuestos alifáticos y compuestos aromáticos de uno y dos anillos. Por lo tanto, dicha brea no debería presentar los mismos peligros en su uso que los alquitranes de carbón o de petróleo, ya que estas clases de compuestos no deberían estar presentes. Hay algunos indicios de que el potencial cancerígeno de tales productos de brea puede no ser tan grande como el de la mezcla más compleja de alquitrán y otros volátiles asociados con la combustión incompleta del carbón.
Riesgos y su prevención
Los peligros y las medidas preventivas para los procesos de fundición y refinación de aluminio son básicamente los mismos que se encuentran en la fundición y refinación en general; sin embargo, los procesos individuales presentan ciertos peligros específicos.
Minería
Aunque en la literatura aparecen referencias esporádicas al “pulmón de bauxita”, hay poca evidencia convincente de que tal entidad exista. Sin embargo, se debe considerar la posibilidad de la presencia de sílice cristalina en los minerales de bauxita.
Proceso de Bayer
El uso extensivo de soda cáustica en el proceso Bayer presenta riesgos frecuentes de quemaduras químicas en la piel y los ojos. La descalcificación de los tanques con martillos neumáticos es responsable de una fuerte exposición al ruido. Los peligros potenciales asociados con la inhalación de dosis excesivas de óxido de aluminio producido en este proceso se analizan a continuación.
Todos los trabajadores involucrados en el proceso de Bayer deben estar bien informados de los peligros asociados con el manejo de la soda cáustica. En todos los sitios en riesgo, se deben proporcionar fuentes y lavabos para lavado de ojos con agua corriente y duchas de inundación, con avisos que expliquen su uso. Se debe proporcionar equipo de protección personal (por ejemplo, gafas, guantes, delantales y botas). Deben proporcionarse duchas y casilleros dobles (un casillero para la ropa de trabajo y el otro para la ropa personal) y se debe alentar a todos los empleados a que se laven bien al final del turno. Todos los trabajadores que manipulan metal fundido deben estar provistos de visores, respiradores, guanteletes, delantales, brazaletes y polainas para protegerlos contra quemaduras, polvo y humos. Los trabajadores empleados en el proceso de baja temperatura de Gadeau deben estar provistos de guantes y trajes especiales para protegerlos de los vapores de ácido clorhídrico que se desprenden cuando las celdas se ponen en marcha; la lana ha demostrado tener una buena resistencia a estos humos. Los respiradores con cartuchos de carbón o máscaras impregnadas de alúmina brindan una protección adecuada contra los vapores de brea y flúor; máscaras de polvo eficientes son necesarias para la protección contra el polvo de carbón. Los trabajadores con una exposición más severa al polvo y al humo, particularmente en las operaciones de Soderberg, deben contar con equipo de protección respiratoria con suministro de aire. Dado que el trabajo mecanizado en el cuarto de limpieza se realiza de forma remota desde cabinas cerradas, estas medidas de protección serán menos necesarias.
reducción electrolítica
La reducción electrolítica expone a los trabajadores a posibles quemaduras en la piel y accidentes debido a salpicaduras de metal fundido, trastornos por estrés térmico, ruido, peligros eléctricos, criolita y vapores de ácido fluorhídrico. Las celdas de reducción electrolítica pueden emitir grandes cantidades de polvo de fluoruro y alúmina.
En los talleres de fabricación de electrodos de carbono, se debe instalar un equipo de ventilación de extracción con filtros de mangas; El cerramiento del equipo de molienda de brea y carbón minimiza aún más la exposición a brea caliente y polvo de carbón. Deben realizarse controles regulares de las concentraciones de polvo atmosférico con un dispositivo de muestreo adecuado. Deberían realizarse exámenes periódicos de rayos X a los trabajadores expuestos al polvo, seguidos de exámenes clínicos cuando sea necesario.
Para reducir el riesgo de manipulación de la brea, el transporte de este material debe mecanizarse en la medida de lo posible (por ejemplo, se pueden utilizar camiones cisterna calentados para transportar brea líquida a la planta donde se bombea automáticamente a tanques de brea calentados). Los exámenes regulares de la piel para detectar eritema, epitelioma o dermatitis también son prudentes, y las cremas protectoras a base de alginato pueden brindar protección adicional.
Se debe instruir a los trabajadores que realizan trabajos en caliente antes del inicio del clima cálido para que aumenten la ingesta de líquidos y agreguen mucha sal a sus alimentos. Ellos y sus supervisores también deben estar capacitados para reconocer los trastornos incipientes inducidos por el calor en ellos mismos y en sus compañeros de trabajo. Todos los que trabajan aquí deben estar capacitados para tomar las medidas adecuadas necesarias para prevenir la aparición o progresión de los trastornos por calor.
Los trabajadores expuestos a niveles elevados de ruido deben contar con equipos de protección auditiva, como tapones para los oídos, que permitan el paso de ruidos de baja frecuencia (para permitir la percepción de órdenes) pero reduzcan la transmisión de ruidos intensos y de alta frecuencia. Además, los trabajadores deben someterse a exámenes audiométricos periódicos para detectar la pérdida de audición. Finalmente, el personal también debe estar capacitado para dar reanimación cardiopulmonar a las víctimas de accidentes con descargas eléctricas.
La posibilidad de salpicaduras de metal fundido y quemaduras graves está muy extendida en muchos sitios de plantas de reducción y operaciones asociadas. Además de la ropa protectora (p. ej., guanteletes, delantales, polainas y viseras para la cara), debe prohibirse el uso de ropa sintética, ya que el calor del metal fundido hace que dichas fibras calientes se derritan y se adhieran a la piel, lo que intensifica aún más las quemaduras en la piel.
Las personas que usan marcapasos cardíacos deben excluirse de las operaciones de reducción debido al riesgo de arritmias inducidas por campos magnéticos.
Otros efectos sobre la salud
Los peligros para los trabajadores, la población en general y el medio ambiente resultantes de la emisión de gases, humos y polvos que contienen flúor debido al uso de fundente de criolita han sido ampliamente informados (ver tabla 1). En niños que viven en las cercanías de fundiciones de aluminio mal controladas, se han informado grados variables de manchas en los dientes permanentes si la exposición ocurrió durante la fase de desarrollo del crecimiento de los dientes permanentes. Entre los trabajadores de las fundiciones antes de 1950, o donde continuaba el control inadecuado de los efluentes de fluoruro, se han observado grados variables de fluorosis ósea. La primera etapa de esta afección consiste en un simple aumento de la densidad ósea, particularmente marcado en los cuerpos vertebrales y la pelvis. A medida que el fluoruro se absorbe más en el hueso, a continuación se observa la calcificación de los ligamentos de la pelvis. Finalmente, en caso de exposición extrema y prolongada al fluoruro, se observa calcificación de las estructuras paraespinales y de otros ligamentos, así como de las articulaciones. Si bien esta última etapa se ha visto en su forma grave en las plantas de procesamiento de criolita, rara vez se han visto etapas tan avanzadas en los trabajadores de las fundiciones de aluminio. Aparentemente, los cambios radiográficos menos severos en las estructuras óseas y ligamentosas no están asociados con alteraciones de la función estructural o metabólica del hueso. Mediante prácticas de trabajo apropiadas y un control de ventilación adecuado, se puede evitar fácilmente que los trabajadores en tales operaciones de reducción desarrollen cualquiera de los cambios de rayos X anteriores, a pesar de los 25 a 40 años de dicho trabajo. Finalmente, la mecanización de las operaciones de la sala de despensa debería minimizar, si no eliminar totalmente, cualquier peligro asociado con el fluoruro.
Tabla 1. Entradas de materiales de proceso y salidas de contaminación para la fundición y refinación de aluminio
Proceso |
entrada de materiales |
Emisiones de aire |
Residuos de proceso |
Otros desechos |
Refinación de bauxita |
bauxita, hidróxido de sodio |
Partículas, cáustico/agua |
Residuos que contienen silicio, hierro, titanio, óxidos de calcio y cáustico |
|
Clarificación y precipitación de alúmina. |
Suspensión de alúmina, almidón, agua |
Aguas residuales que contienen almidón, arena y sosa cáustica |
||
Calcinación de alúmina |
Hidrato de aluminio |
Partículas y vapor de agua |
||
electrolítico primario |
Alúmina, ánodos de carbono, celdas electrolíticas, criolita |
Fluoruro—tanto gaseoso como particulado, dióxido de carbono, dióxido de azufre, monóxido de carbono, C2F6 , CF4 y carbones perfluorados (PFC) |
Revestimientos de ollas usados |
Desde principios de la década de 1980, se ha demostrado definitivamente una condición similar al asma entre los trabajadores de los potrooms de reducción de aluminio. Esta aberración, denominada asma ocupacional asociada con la fundición de aluminio (OAAAS), se caracteriza por una resistencia variable al flujo de aire, hiperreactividad bronquial o ambas, y no se desencadena por estímulos fuera del lugar de trabajo. Sus síntomas clínicos consisten en sibilancias, opresión en el pecho y dificultad para respirar y tos no productiva que generalmente se retrasan varias horas después de las exposiciones laborales. El período de latencia entre el comienzo de la exposición laboral y la aparición de OAAAS es muy variable, oscilando entre 1 semana y 10 años, dependiendo de la intensidad y el carácter de la exposición. Por lo general, la afección mejora con el retiro del lugar de trabajo después de las vacaciones, etc., pero se volverá más frecuente y grave con exposiciones laborales continuas.
Si bien la aparición de esta afección se ha correlacionado con las concentraciones de fluoruro en la despensa, no está claro que la etiología del trastorno surja específicamente de la exposición a este agente químico. Dada la mezcla compleja de polvos y humos (p. ej., fluoruros gaseosos y en partículas, dióxido de azufre, más bajas concentraciones de óxidos de vanadio, níquel y cromo), es más probable que tales mediciones de fluoruros representen un sustituto de esta mezcla compleja de humos. gases y partículas que se encuentran en potrooms.
En la actualidad, parece que esta afección forma parte de un grupo cada vez más importante de enfermedades profesionales: el asma profesional. El proceso causal que da como resultado este trastorno se determina con dificultad en un caso individual. Los signos y síntomas de OAAAS pueden deberse a: asma preexistente basada en alergias, hiperreactividad bronquial no específica, síndrome de disfunción reactiva de las vías respiratorias (RADS) o asma ocupacional verdadera. El diagnóstico de esta condición es actualmente problemático, requiriendo una historia compatible, la presencia de limitación variable del flujo de aire, o en su ausencia, producción de hiperreactividad bronquial inducida farmacológicamente. Pero si esto último no es demostrable, este diagnóstico es poco probable. (Sin embargo, este fenómeno eventualmente puede desaparecer después de que el trastorno desaparece con la eliminación de las exposiciones laborales).
Dado que este trastorno tiende a volverse progresivamente más severo con la exposición continua, los individuos afectados por lo general necesitan ser retirados de las exposiciones laborales continuas. Si bien las personas con asma atópica preexistente deben restringirse inicialmente de las salas de celdas de reducción de aluminio, la ausencia de atopia no puede predecir si esta condición ocurrirá después de las exposiciones laborales.
Actualmente hay informes que sugieren que el aluminio puede estar asociado con neurotoxicidad entre los trabajadores dedicados a la fundición y soldadura de este metal. Se ha demostrado claramente que el aluminio se absorbe a través de los pulmones y se excreta en la orina a niveles superiores a los normales, particularmente en los trabajadores de las salas de celdas de reducción. Sin embargo, gran parte de la literatura sobre los efectos neurológicos en tales trabajadores se deriva de la presunción de que la absorción de aluminio produce neurotoxicidad humana. En consecuencia, hasta que tales asociaciones sean demostrables de manera más reproducible, la conexión entre el aluminio y la neurotoxicidad ocupacional debe considerarse especulativa en este momento.
Debido a la necesidad ocasional de gastar más de 300 kcal/h durante el cambio de ánodos o la realización de otros trabajos extenuantes en presencia de criolita y aluminio fundidos, se pueden observar trastornos por calor durante los períodos de clima cálido. Dichos episodios tienen más probabilidades de ocurrir cuando el clima cambia inicialmente de las condiciones moderadas a cálidas y húmedas del verano. Además, las prácticas de trabajo que dan como resultado un cambio de ánodo acelerado o el empleo durante dos turnos de trabajo sucesivos durante el clima cálido también predispondrán a los trabajadores a tales trastornos por calor. Los trabajadores inadecuadamente aclimatados al calor o físicamente acondicionados, cuyo consumo de sal es inadecuado o que tienen enfermedades intercurrentes o recientes son particularmente propensos al desarrollo de agotamiento por calor y/o calambres por calor mientras realizan tareas tan arduas. Se han producido golpes de calor, pero rara vez, entre los trabajadores de las fundiciones de aluminio, excepto entre aquellos con alteraciones de salud predisponentes conocidas (p. ej., alcoholismo, envejecimiento).
Se ha demostrado que la exposición a los compuestos aromáticos policíclicos asociados con la respiración del humo y las partículas de brea coloca al personal de las células de reducción de tipo Soderberg en particular en un riesgo excesivo de desarrollar cáncer de vejiga urinaria; el exceso de riesgo de cáncer está menos establecido. Se supone que los trabajadores de plantas de electrodos de carbono donde se calientan mezclas de coque calentado y alquitrán también corren ese riesgo. Sin embargo, después de que los electrodos se han horneado durante varios días a aproximadamente 1,200 °C, los compuestos aromáticos policíclicos prácticamente se queman o se volatilizan por completo y ya no están asociados con dichos ánodos o cátodos. Por lo tanto, no se ha demostrado tan claramente que las células de reducción que utilizan electrodos precocidos presenten un riesgo indebido de desarrollo de estos trastornos malignos. Se ha sugerido que ocurren otras neoplasias (p. ej., leucemia no granulocítica y cánceres cerebrales) en las operaciones de reducción de aluminio; en la actualidad dicha evidencia es fragmentaria e inconsistente.
En las inmediaciones de las celdas electrolíticas, el uso de descortezadores neumáticos en las salas de ollas produce niveles de ruido del orden de los 100 dBA. Las celdas de reducción electrolítica funcionan en serie a partir de un suministro de corriente de bajo voltaje y alto amperaje y, en consecuencia, los casos de descarga eléctrica no suelen ser graves. Sin embargo, en la casa de máquinas, en el punto donde el suministro de alto voltaje se une a la red de conexión en serie de la sala de máquinas, pueden ocurrir accidentes severos por descarga eléctrica, especialmente porque el suministro eléctrico es una corriente alterna de alto voltaje.
Debido a que se han planteado preocupaciones de salud con respecto a las exposiciones asociadas con los campos de energía electromagnética, se ha cuestionado la exposición de los trabajadores en esta industria. Debe reconocerse que la energía suministrada a las celdas de reducción electrolítica es corriente continua; por lo tanto, los campos electromagnéticos generados en los cuartos de baño son principalmente del tipo de campo estático o estacionario. Dichos campos, en contraste con los campos electromagnéticos de baja frecuencia, muestran incluso menos fácilmente que ejercen efectos biológicos consistentes o reproducibles, ya sea experimental o clínicamente. Además, los niveles de flujo de los campos magnéticos medidos en las salas de celdas actuales comúnmente se encuentran dentro de los valores límite de umbral tentativos actualmente propuestos para campos magnéticos estáticos, sub-radiofrecuencia y campos eléctricos estáticos. La exposición a campos electromagnéticos de ultra baja frecuencia también ocurre en las plantas de reducción, especialmente en los extremos de estas salas adyacentes a las salas de rectificadores. Sin embargo, los niveles de fundente que se encuentran en los potrooms cercanos son mínimos, muy por debajo de los estándares actuales. Por último, no se han demostrado de forma convincente pruebas epidemiológicas coherentes o reproducibles de los efectos adversos para la salud debidos a los campos electromagnéticos en las plantas de reducción de aluminio.
fabricación de electrodos
Los trabajadores en contacto con los vapores de brea pueden desarrollar eritema; la exposición a la luz solar induce fotosensibilización con aumento de la irritación. Se han presentado casos de tumores cutáneos localizados entre trabajadores de electrodos de carbón donde se practicaba una higiene personal inadecuada; después de la escisión y el cambio de trabajo, por lo general no se observa más propagación ni recurrencia. Durante la fabricación de electrodos, se pueden generar cantidades considerables de carbón y polvo de brea. Donde tales exposiciones al polvo han sido severas y controladas de manera inadecuada, ha habido informes ocasionales de que los fabricantes de electrodos de carbón pueden desarrollar neumoconiosis simple con enfisema focal, complicada por el desarrollo de lesiones fibróticas masivas. Tanto la neumoconiosis simple como la complicada son indistinguibles de la condición correspondiente de la neumoconiosis de los trabajadores del carbón. La molienda de coque en molinos de bolas produce niveles de ruido de hasta 100 dBA.
Nota del editor: La industria de producción de aluminio ha sido clasificada como causa conocida del Grupo 1 de cánceres humanos por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC). Se ha asociado una variedad de exposiciones con otras enfermedades (p. ej., “asma en el cuarto de baño”) que se describen en otra parte de este Enciclopedia.
Los cables vienen en una variedad de tamaños para diferentes usos, desde cables de alimentación de supertensión que transportan energía eléctrica a más de 100 kilovoltios, hasta cables de telecomunicaciones. Estos últimos en el pasado utilizaban conductores de cobre, pero estos han sido reemplazados por cables de fibra óptica, que transportan más información en un cable mucho más pequeño. En medio están los cables generales utilizados para el cableado doméstico, otros cables flexibles y cables de potencia a tensiones inferiores a las de los cables de supertensión. Además, existen cables más especializados, como cables con aislamiento mineral (utilizados cuando su protección inherente contra la quema en caso de incendio es crucial, por ejemplo, en una fábrica, en un hotel o a bordo de un barco), cables esmaltados (utilizados como bobinados para motores), alambre de oropel (usado en la conexión en espiral de un auricular de teléfono), cables de cocina (que históricamente usaban aislamiento de asbesto pero ahora usan otros materiales) y así sucesivamente.
Materiales y Procesos
Directores
El material más común utilizado como conductor en los cables siempre ha sido el cobre, debido a su conductividad eléctrica. El cobre tiene que ser refinado a alta pureza antes de que pueda convertirse en un conductor. El refinado de cobre a partir de mineral o chatarra es un proceso de dos etapas:
En las plantas modernas, los cátodos de cobre se funden en un horno de cuba y se moldean y laminan continuamente para formar varillas de cobre. Esta varilla se reduce al tamaño requerido en una máquina de trefilado tirando del cobre a través de una serie de troqueles precisos. Históricamente, la operación de trefilado se realizaba en una ubicación central, con muchas máquinas que producían alambres de diferentes tamaños. Más recientemente, las fábricas autónomas más pequeñas tienen su propia operación de trefilado más pequeña. Para algunas aplicaciones especializadas, el conductor de cobre se recubre con un revestimiento metálico, como estaño, plata o zinc.
Los conductores de aluminio se utilizan en cables eléctricos aéreos donde el peso más ligero compensa con creces la conductividad inferior en comparación con el cobre. Los conductores de aluminio se fabrican exprimiendo un tocho de aluminio calentado a través de un troquel usando una prensa de extrusión.
Los conductores metálicos más especializados utilizan aleaciones especiales para una aplicación particular. Se ha utilizado una aleación de cadmio-cobre para las catenarias aéreas (el conductor aéreo que se usa en un ferrocarril) y para el alambre de oropel que se usa en un auricular de teléfono. El cadmio aumenta la resistencia a la tracción en comparación con el cobre puro y se utiliza para que la catenaria no se combe entre los apoyos. La aleación de berilio-cobre también se usa en ciertas aplicaciones.
Las fibras ópticas, que consisten en un filamento continuo de vidrio de alta calidad óptica para transmitir telecomunicaciones, se desarrollaron a principios de la década de 1980. Esto requería una tecnología de fabricación totalmente nueva. El tetracloruro de silicio se quema dentro de un torno para depositar dióxido de silicio en un espacio en blanco. El dióxido de silicio se convierte en vidrio calentándolo en una atmósfera de cloro; luego se dibuja a medida y se aplica una capa protectora.
Aislamiento
Se han utilizado muchos materiales de aislamiento en diferentes tipos de cables. Los tipos más comunes son los materiales plásticos, como el PVC, el polietileno, el politetrafluoroetileno (PTFE) y las poliamidas. En cada caso, el plástico se formula para cumplir con una especificación técnica y se aplica al exterior del conductor mediante una máquina de extrusión. En algunos casos, se pueden agregar materiales al compuesto plástico para una aplicación particular. Algunos cables de alimentación, por ejemplo, incorporan un compuesto de silano para reticular el plástico. En los casos en que el cable se va a enterrar en el suelo, se agrega un pesticida para evitar que las termitas se coman el aislamiento.
Algunos cables flexibles, en particular los de las minas subterráneas, usan aislamiento de caucho. Se necesitan cientos de compuestos de caucho diferentes para cumplir con diferentes especificaciones, y se requiere una instalación especializada en compuestos de caucho. El caucho se extruye sobre el conductor. También debe vulcanizarse pasándolo por un baño de sal de nitrito caliente o por un líquido presurizado. Para evitar que los conductores adyacentes con aislamiento de goma se peguen, se extraen a través de polvo de talco.
El conductor dentro de un cable puede estar envuelto con un aislante como papel (que puede haber sido empapado en un aceite mineral o sintético) o mica. Luego se aplica una funda exterior, generalmente por extrusión de plástico.
Se han desarrollado dos métodos de fabricación de cables con aislamiento mineral (MI). En el primero, un tubo de cobre tiene una serie de conductores de cobre sólido insertados en él, y el espacio entre ellos está lleno de polvo de óxido de magnesio. Luego, todo el ensamblaje se estira hacia abajo a través de una serie de troqueles al tamaño requerido. La otra técnica implica la soldadura continua de una espiral de cobre alrededor de conductores separados por polvo. En uso, la cubierta exterior de cobre de un cable MI es la conexión a tierra y los conductores internos transportan la corriente. Aunque no se necesita una capa exterior, algunos clientes especifican una cubierta de PVC por motivos estéticos. Esto es contraproducente, ya que la principal ventaja del cable MI es que no se quema, y una cubierta de PVC niega un poco esta ventaja.
En los últimos años el comportamiento de los cables frente al fuego ha recibido una atención creciente por dos motivos:
Se utilizan varios materiales especializados para ciertos cables. Los cables de supertensión están rellenos de aceite tanto por sus propiedades de aislamiento como de refrigeración. Otros cables utilizan una grasa de hidrocarburo conocida como MIND, vaselina o una cubierta de plomo. Los alambres esmaltados generalmente se fabrican recubriéndolos con un esmalte de poliuretano disuelto en cresol.
Fabricación de cables
En muchos cables, los conductores aislados individuales están trenzados para formar una configuración particular. Varios carretes que contienen los conductores individuales giran alrededor de un eje central a medida que el cable pasa a través de la máquina, en operaciones conocidas como varada y dejar.
Algunos cables deben protegerse contra daños mecánicos. Esto se hace a menudo por trenza, donde un material se entreteje alrededor del aislamiento exterior de un cable flexible de tal manera que cada hebra se cruce entre sí una y otra vez en espiral. Un ejemplo de un cable trenzado de este tipo (al menos en el Reino Unido) es el que se usa en las planchas eléctricas, donde se usa hilo textil como material de trenzado. En otros casos se utiliza alambre de acero para el trenzado, operación que se denomina blindaje
operaciones auxiliares
Los cables más grandes se suministran en tambores de hasta unos pocos metros de diámetro. Tradicionalmente, los tambores son de madera, pero se han utilizado los de acero. Un tambor de madera se fabrica clavando madera aserrada con una máquina o una pistola clavadora neumática. Se utiliza un conservante de cobre, cromo y arsénico para evitar que la madera se pudra. Los cables más pequeños se suelen suministrar en un carrete de cartón.
La operación de unir los dos extremos de los cables, conocida como unión, bien puede tener que llevarse a cabo en una ubicación remota. La junta no solo debe tener una buena conexión eléctrica, sino que también debe ser capaz de soportar las condiciones ambientales futuras. Los compuestos de unión utilizados son comúnmente resinas acrílicas e incorporan tanto compuestos de isocianato como polvo de sílice.
Los conectores de cable se hacen comúnmente de latón en tornos automáticos que los fabrican a partir de barras. Las máquinas se enfrían y lubrican con una emulsión de agua y aceite. Los clips para cables se fabrican con máquinas de inyección de plástico.
Peligros y su Prevención
El peligro para la salud más generalizado en la industria del cable es el ruido. Las operaciones más ruidosas son:
Los niveles de ruido superiores a 90 dBA son comunes en estas áreas. Para trefilado y trenzado, el nivel general de ruido depende del número y la ubicación de las máquinas y del entorno acústico. El diseño de la máquina debe planificarse para minimizar la exposición al ruido. Los recintos acústicos cuidadosamente diseñados son los medios más efectivos para controlar el ruido, pero son costosos. Para la refinería de cobre a fuego y la colada continua de alambrones de cobre, las principales fuentes de ruido son los quemadores, que deben diseñarse para una baja emisión de ruido. En el caso de la fabricación de tambores de cable, las pistolas de clavos accionadas neumáticamente son la principal fuente de ruido, que se puede reducir bajando la presión de la línea de aire e instalando silenciadores de escape. Sin embargo, la norma de la industria en la mayoría de los casos anteriores es entregar protección auditiva a los trabajadores en las áreas afectadas, pero dicha protección será más incómoda de lo habitual debido a los ambientes cálidos en la refinería de cobre a fuego y la colada continua de varillas de cobre. También se debe realizar una audiometría regular para monitorear la audición de cada individuo.
Muchos de los riesgos de seguridad y su prevención son los mismos que en muchas otras industrias manufactureras. Sin embargo, algunas máquinas de fabricación de cables presentan peligros especiales, ya que tienen numerosos carretes de conductores que giran alrededor de dos ejes al mismo tiempo. Es esencial asegurarse de que los protectores de la máquina estén interbloqueados para evitar que la máquina funcione a menos que los protectores estén en posición para evitar el acceso a los puntos de contacto en funcionamiento y otras piezas giratorias, como tambores de cable grandes. Durante el enhebrado inicial de la máquina, cuando sea necesario permitir que el operador acceda al interior de la protección de la máquina, la máquina debe poder moverse solo unos pocos centímetros a la vez. Los arreglos de enclavamiento se pueden lograr al tener una llave única que abre la protección o debe insertarse en la consola de control para permitir que funcione.
Se debe realizar una evaluación del riesgo de partículas voladoras, por ejemplo, si un cable se rompe y se sale.
Preferiblemente, las protecciones deben estar diseñadas para evitar físicamente que tales partículas lleguen al operador. Cuando esto no sea posible, se debe proporcionar y usar protección ocular adecuada. Las operaciones de trefilado a menudo se designan como áreas donde se debe usar protección para los ojos.
Directores
En cualquier proceso de metal caliente, como una refinería de cobre a fuego o fundición de varillas de cobre, se debe evitar que el agua entre en contacto con el metal fundido para evitar una explosión. Cargar el horno puede resultar en el escape de vapores de óxido de metal al lugar de trabajo. Esto debe controlarse utilizando una ventilación de escape local eficaz sobre la puerta de carga. De manera similar, los canales por los que pasa el metal fundido desde el horno hasta la máquina de colada y la propia máquina de colada deben controlarse adecuadamente.
El peligro principal en la refinería electrolítica es la neblina de ácido sulfúrico que se desprende de cada celda. Las concentraciones en el aire deben mantenerse por debajo de 1 mg/m3 con una ventilación adecuada para evitar la irritación.
Al fundir varillas de cobre, se puede presentar un riesgo adicional mediante el uso de placas o mantas aislantes para conservar el calor alrededor de la rueda de fundición. Los materiales cerámicos pueden haber reemplazado al asbesto en tales aplicaciones, pero las fibras cerámicas en sí deben manipularse con mucho cuidado para evitar exposiciones. Dichos materiales se vuelven más friables (es decir, se rompen fácilmente) después de su uso cuando se han visto afectados por el calor y han resultado exposiciones a fibras respirables transportadas por el aire debido a su manipulación.
Se presenta un peligro inusual en la fabricación de cables eléctricos de aluminio. Se aplica una suspensión de grafito en un aceite pesado al ariete de la prensa de extrusión para evitar que el tocho de aluminio se adhiera al ariete. Como el ariete está caliente, parte de este material se quema y sube al espacio del techo. Siempre que no haya un operador de puente grúa en las inmediaciones y que los ventiladores de techo estén instalados y funcionando, no debe haber riesgo para la salud de los trabajadores.
La fabricación de aleaciones de cadmio-cobre o de berilio-cobre puede presentar grandes riesgos para los empleados involucrados. Dado que el cadmio hierve muy por debajo del punto de fusión del cobre, los vapores de óxido de cadmio recién generados se generarán en grandes cantidades cada vez que se agregue cadmio al cobre fundido (que debe ser para hacer la aleación). El proceso puede llevarse a cabo de manera segura solo con un diseño muy cuidadoso de la ventilación de extracción local. De manera similar, la fabricación de aleaciones de berilio y cobre requiere una gran atención a los detalles, ya que el berilio es el más tóxico de todos los metales tóxicos y tiene los límites de exposición más estrictos.
La fabricación de fibras ópticas es una operación altamente especializada y de alta tecnología. Los productos químicos utilizados tienen sus propios riesgos especiales, y el control del entorno de trabajo requiere el diseño, la instalación y el mantenimiento de sistemas complejos de LEV y ventilación de procesos. Estos sistemas deben ser controlados por amortiguadores de control monitoreados por computadora. Los principales peligros químicos provienen del cloro, el cloruro de hidrógeno y el ozono. Además, los disolventes utilizados para limpiar los troqueles deben manipularse en cámaras de extracción de humos y debe evitarse el contacto de la piel con las resinas a base de acrilato utilizadas para recubrir las fibras.
Aislamiento
Tanto las operaciones de compuestos de plástico como las de caucho presentan peligros particulares que deben controlarse adecuadamente (consulte el capítulo Industria del caucho). Aunque la industria del cable puede usar compuestos diferentes a los de otras industrias, las técnicas de control son las mismas.
Cuando se calientan, los compuestos plásticos desprenderán una mezcla compleja de productos de degradación térmica, cuya composición dependerá del compuesto plástico original y de la temperatura a la que se someta. A la temperatura de procesamiento normal de las extrusoras de plástico, los contaminantes transportados por el aire suelen ser un problema relativamente pequeño, pero es prudente instalar ventilación sobre el espacio entre el cabezal de la extrusora y el canal de agua utilizado para enfriar el producto, principalmente para controlar la exposición al ftalato. plastificantes comúnmente utilizados en PVC. La fase de la operación que bien puede justificar una mayor investigación es durante un cambio. El operador tiene que pararse sobre el cabezal del extrusor para quitar el compuesto plástico aún caliente y luego pasar el nuevo compuesto (y sobre el piso) hasta que solo salga el nuevo color y el cable esté centralizado en el cabezal del extrusor. Puede ser difícil diseñar LEV efectivo durante esta fase cuando el operador está tan cerca del cabezal del extrusor.
El politetrafluoroetileno (PTFE) tiene su propio peligro especial. Puede causar fiebre por vapores de polímeros, que tiene síntomas parecidos a los de la influenza. La condición es temporal, pero debe prevenirse controlando adecuadamente las exposiciones al compuesto calentado.
El uso de caucho en la fabricación de cables ha presentado un nivel de riesgo menor que otros usos del caucho, como en la industria de neumáticos. En ambas industrias, el uso de un antioxidante (Nonox S) que contenía β-naftilamina, hasta su retiro en 1949, resultó en casos de cáncer de vejiga hasta 30 años después en quienes habían estado expuestos antes de la fecha de retiro, pero ninguno en los empleados después de 1949 solamente. La industria del cable, sin embargo, no ha experimentado el aumento de la incidencia de otros tipos de cáncer, particularmente de pulmón y estómago, que se observa en la industria de los neumáticos. Es casi seguro que la razón es que en la fabricación de cables, las máquinas de extrusión y vulcanización están cerradas, y la exposición de los empleados a los vapores de caucho y al polvo de caucho fue generalmente mucho menor que en la industria de neumáticos. Una exposición de posible preocupación en las fábricas de cables de caucho es el uso de talco. Es importante asegurarse de que solo se utilice la forma no fibrosa de talco (es decir, una que no contenga tremolita fibrosa) y que el talco se aplique en una caja cerrada con ventilación de escape local.
Muchos cables están impresos con marcas de identificación. Cuando se utilizan impresoras de chorro de vídeo modernas, el riesgo para la salud es prácticamente insignificante debido a las cantidades muy pequeñas de disolvente utilizado. Sin embargo, otras técnicas de impresión pueden resultar en una exposición significativa a los solventes, ya sea durante la producción normal o, más generalmente, durante las operaciones de limpieza. Por lo tanto, se deben utilizar sistemas de escape adecuados para controlar tales exposiciones.
Los principales peligros de la fabricación de cables MI son la exposición al polvo, el ruido y las vibraciones. Los dos primeros están controlados por técnicas estándar descritas en otra parte. La exposición a vibraciones ocurrió en el pasado durante pavoneándose, cuando se formó una punta en el extremo del tubo ensamblado mediante la inserción manual en una máquina con martillos giratorios, de modo que la punta pudiera insertarse en la máquina de dibujo. Más recientemente, este tipo de máquina estampadora ha sido reemplazada por máquinas neumáticas, y esto ha eliminado tanto la vibración como el ruido generado por el método anterior.
La exposición al plomo durante el revestimiento de plomo debe controlarse usando LEV adecuado y prohibiendo comer, beber y fumar cigarrillos en áreas que puedan estar contaminadas con plomo. Se debe realizar un monitoreo biológico regular mediante el análisis de muestras de sangre para determinar el contenido de plomo en un laboratorio calificado.
El cresol utilizado en la fabricación de alambres esmaltados es corrosivo y tiene un olor característico en concentraciones muy bajas. Parte del poliuretano se degrada térmicamente en los hornos de esmaltado para liberar diisocianato de tolueno (TDI), un potente sensibilizador respiratorio. Se necesita un buen LEV alrededor de los hornos con posquemadores catalíticos para garantizar que el TDI no contamine el área circundante.
operaciones auxiliares
Unirse Las operaciones presentan peligros para dos grupos distintos de trabajadores: los que las fabrican y los que las usan. La fabricación implica la manipulación de un polvo fibrogénico (sílice), un sensibilizador respiratorio (isocianato) y un sensibilizador cutáneo (resina acrílica). Se debe usar LEV efectivo para controlar adecuadamente las exposiciones de los empleados, y se deben usar guantes adecuados para evitar el contacto de la piel con la resina. El principal peligro para los usuarios de los compuestos es la sensibilización de la piel a la resina. Esto puede ser difícil de controlar ya que es posible que el ensamblador no pueda evitar el contacto con la piel por completo y, a menudo, estará en un lugar remoto lejos de una fuente de agua para fines de limpieza. Por lo tanto, un limpiador de manos sin agua es esencial.
Riesgos ambientales y su prevención.
En general, la fabricación de cables no genera emisiones significativas fuera de la fábrica. Hay tres excepciones a esta regla. La primera es que la exposición a los vapores de los solventes utilizados para la impresión y otros fines se controlan mediante el uso de sistemas LEV que descargan los vapores a la atmósfera. Estas emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV) son uno de los componentes necesarios para formar smog fotoquímico y, por lo tanto, están bajo una presión cada vez mayor por parte de las autoridades reguladoras en varios países. La segunda excepción es la liberación potencial de TDI de la fabricación de alambre esmaltado. La tercera excepción es que, en varios casos, la fabricación de las materias primas utilizadas en los cables puede generar emisiones ambientales si no se toman medidas de control. Las emisiones de partículas metálicas de una refinería de cobre a fuego y de la fabricación de aleaciones de cadmio-cobre o berilio-cobre deben canalizarse a sistemas de filtro de mangas adecuados. Del mismo modo, las emisiones de partículas de los compuestos de caucho deben canalizarse a una unidad de filtro de mangas. Las emisiones de partículas, cloruro de hidrógeno y cloro provenientes de la fabricación de fibras ópticas deben canalizarse a un sistema de filtro de mangas seguido de un lavador de sosa cáustica.
Adaptado de la 3ra edición, Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.
La extracción de oro se lleva a cabo en pequeña escala por buscadores individuales (p. ej., en China y Brasil) ya gran escala en minas subterráneas (p. ej., en Sudáfrica) y en minería a cielo abierto (p. ej., en los Estados Unidos).
El método más simple de extracción de oro es el lavado, que consiste en llenar un plato circular con arena o grava aurífera, sumergirlo bajo un chorro de agua y agitarlo. La arena y la grava más ligeras se eliminan gradualmente, dejando las partículas de oro cerca del centro de la bandeja. La extracción de oro hidráulica más avanzada consiste en dirigir una poderosa corriente de agua contra la grava o arena aurífera. Esto desmenuza el material y lo lava a través de compuertas especiales en las que se deposita el oro, mientras que la grava más liviana sale flotando. Para la minería fluvial, se utilizan dragas elevadoras, que consisten en botes de fondo plano que usan una cadena de pequeños baldes para recoger material del fondo del río y vaciarlo en un contenedor de cribado (trommel). El material gira en el trommel a medida que se dirige el agua sobre él. La arena aurífera se hunde a través de perforaciones en el trommel y cae sobre mesas vibratorias para una mayor concentración.
Hay dos métodos principales para la extracción de oro del mineral. Estos son los procesos de amalgamación y cianuración. El proceso de amalgamación se basa en la capacidad del oro para alearse con mercurio metálico para formar amalgamas de consistencias variables, desde sólidas hasta líquidas. El oro se puede quitar con bastante facilidad de la amalgama destilando el mercurio. En la amalgamación interna, el oro se separa dentro del aparato de trituración al mismo tiempo que se tritura el mineral. La amalgama extraída del aparato se lava con agua en recipientes especiales para eliminar cualquier mezcla. Luego, el mercurio restante se extrae de la amalgama. En la amalgamación externa, el oro se separa fuera del aparato de trituración, en amalgamadores o esclusas (una mesa inclinada cubierta con láminas de cobre). Antes de retirar la amalgama, se agrega mercurio fresco. Luego se prensa la amalgama purificada y lavada. En ambos procesos, el mercurio se elimina de la amalgama por destilación. El proceso de fusión es raro hoy en día, excepto en la minería a pequeña escala, debido a preocupaciones ambientales.
La extracción de oro mediante cianuración se basa en la capacidad del oro para formar una sal doble soluble en agua estable KAu(CN)2 cuando se combina con cianuro de potasio en asociación con oxígeno. La pulpa resultante de la trituración del mineral de oro consta de partículas cristalinas más grandes, conocidas como arenas, y partículas amorfas más pequeñas, conocidas como limo. La arena, al ser más pesada, se deposita en el fondo del aparato y permite el paso de las soluciones (incluido el limo). El proceso de extracción de oro consiste en introducir el mineral finamente molido en una tina de lixiviación y filtrar una solución de cianuro de potasio o sodio a través de ella. El limo se separa de las soluciones de cianuro de oro mediante la adición de espesantes y por filtración al vacío. La lixiviación en pilas, en la que la solución de cianuro se vierte sobre una pila nivelada de mineral triturado grueso, se está volviendo más popular, especialmente con minerales de baja ley y relaves mineros. En ambos casos, el oro se recupera de la solución de cianuro de oro agregando polvo de aluminio o zinc. En una operación separada, se agrega ácido concentrado en un reactor de digestión para disolver el zinc o el aluminio, dejando atrás el oro sólido.
Bajo la influencia del ácido carbónico, el agua y el aire, así como los ácidos presentes en el mineral, las soluciones de cianuro se descomponen y emiten gas de cianuro de hidrógeno. Para evitarlo se añade álcali (cal o soda cáustica). El cianuro de hidrógeno también se produce cuando se agrega el ácido para disolver el aluminio o el zinc.
Otra técnica de cianuración implica el uso de carbón activado para eliminar el oro. Se agregan espesantes a la solución de cianuro de oro antes de mezclarla con carbón activado para mantener el carbón en suspensión. El carbón que contiene oro se elimina mediante cribado y el oro se extrae con cianuro alcalino concentrado en solución alcohólica. Luego, el oro se recupera por electrólisis. El carbón puede reactivarse tostándolo y el cianuro puede recuperarse y reutilizarse.
Tanto la amalgamación como la cianuración producen metal que contiene una cantidad considerable de impurezas, el contenido de oro puro rara vez supera los 900 por mil de finura, a menos que se refine electrolíticamente para producir un grado de finura de hasta 999.8 por mil y más.
El oro también se recupera como subproducto de la fundición de cobre, plomo y otros metales (ver el artículo “Fundición y refinación de cobre, plomo y zinc” en este capítulo).
Riesgos y su prevención
El mineral de oro que se encuentra en grandes profundidades se extrae mediante minería subterránea. Esto requiere medidas para evitar la formación y propagación de polvo en las operaciones mineras. La separación del oro de los minerales arsénicos da lugar a la exposición al arsénico de los trabajadores de las minas ya la contaminación del aire y del suelo con polvo que contiene arsénico.
En la extracción de mercurio del oro, los trabajadores pueden estar expuestos a altas concentraciones de mercurio en el aire cuando se coloca mercurio en las esclusas o se extrae de ellas, cuando se purifica o prensa la amalgama y cuando se destila el mercurio; se ha informado de intoxicación por mercurio entre los trabajadores de amalgamación y destilación. El riesgo de exposición al mercurio en la amalgamación se ha convertido en un problema grave en varios países del Lejano Oriente y América del Sur.
En los procesos de amalgamación, se debe colocar el mercurio en las esclusas y retirar la amalgama de manera que el mercurio no entre en contacto con la piel de las manos (utilizando palas de mango largo, ropa de protección impermeable al mercurio y pronto). El procesamiento de la amalgama y la extracción o prensado del mercurio también debe estar lo más completamente mecanizado posible, sin posibilidad de que las manos sean tocadas por el mercurio; el procesamiento de la amalgama y la destilación del mercurio deben realizarse en locales separados y aislados en los que las paredes, los techos, los pisos, los aparatos y las superficies de trabajo estén cubiertos con un material que no absorba el mercurio ni sus vapores; todas las superficies deben limpiarse regularmente para eliminar todos los depósitos de mercurio. Todos los locales destinados a operaciones que involucren el uso de mercurio deben estar equipados con ventilación por extracción general y local. Estos sistemas de ventilación deben ser particularmente eficientes en locales donde se destila mercurio. Las existencias de mercurio deben mantenerse en recipientes metálicos herméticamente cerrados bajo una campana extractora especial; se debe proporcionar a los trabajadores el equipo de protección personal necesario para trabajar con mercurio; y el aire debe controlarse sistemáticamente en los locales utilizados para la amalgama y la destilación. También debe haber seguimiento médico.
La contaminación del aire por cianuro de hidrógeno en las plantas de cianuración depende de la temperatura del aire, la ventilación, el volumen de material que se procesa, la concentración de las soluciones de cianuro en uso, la calidad de los reactivos y la cantidad de instalaciones abiertas. El examen médico de los trabajadores de las fábricas de extracción de oro ha revelado síntomas de intoxicación crónica por cianuro de hidrógeno, además de una alta frecuencia de dermatitis alérgica, eczema y pioderma (una enfermedad inflamatoria aguda de la piel con formación de pus).
La organización adecuada de la preparación de soluciones de cianuro es particularmente importante. Si no se mecaniza la apertura de los tambores que contienen sales de cianuro y la alimentación de estas sales en las tinas de disolución, puede haber una contaminación sustancial por polvo de cianuro y gas de cianuro de hidrógeno. Las soluciones de cianuro deben introducirse a través de sistemas cerrados mediante bombas dosificadoras automáticas. En las plantas de cianuración de oro, se debe mantener el grado correcto de alcalinidad en todos los aparatos de cianuración; además, los aparatos de cianuración deben estar herméticamente sellados y equipados con LEV respaldados por una adecuada ventilación general y monitoreo de fugas. Todos los aparatos de cianuración y las paredes, pisos, áreas abiertas y escaleras del local deben cubrirse con materiales no porosos y limpiarse regularmente con soluciones alcalinas débiles.
El uso de ácidos para descomponer el zinc en el procesamiento del lodo de oro puede generar cianuro de hidrógeno y arsina. Por lo tanto, estas operaciones deben realizarse en locales especialmente equipados y separados, con el uso de campanas extractoras locales.
Debería prohibirse fumar y los trabajadores deberían contar con instalaciones separadas para comer y beber. El equipo de primeros auxilios debe estar disponible y debe contener material para eliminar inmediatamente cualquier solución de cianuro que entre en contacto con el cuerpo de los trabajadores y antídotos para el envenenamiento por cianuro. Los trabajadores deben contar con ropa de protección personal impermeable a los compuestos de cianuro.
Efectos ambientales
Hay evidencia de exposición al vapor de mercurio metálico y la metilación del mercurio en la naturaleza, particularmente donde se procesa el oro. En un estudio del agua, los asentamientos y el pescado de las zonas mineras de oro de Brasil, las concentraciones de mercurio en las partes comestibles del pescado consumido localmente superaron en casi 6 veces el nivel recomendado por Brasil para el consumo humano (Palheta y Taylor 1995). En un área contaminada de Venezuela, los buscadores de oro han estado utilizando mercurio para separar el oro de la arena aurífera y los polvos de roca durante muchos años. El alto nivel de mercurio en el suelo superficial y los sedimentos de caucho del área contaminada constituye un grave riesgo laboral y de salud pública.
La contaminación por cianuro de las aguas residuales también es una gran preocupación. Las soluciones de cianuro deben tratarse antes de ser liberadas o deben recuperarse y reutilizarse. Las emisiones de gas de cianuro de hidrógeno, por ejemplo, en el reactor de digestión, se tratan con un depurador antes de salir por la chimenea.
Las lámparas constan de dos tipos básicos: lámparas de filamento (o incandescentes) y lámparas de descarga. Los componentes básicos de ambos tipos de lámparas incluyen vidrio, varias piezas de alambre de metal, un gas de relleno y, por lo general, una base. Según el fabricante de la lámpara, estos materiales se fabrican internamente o se pueden obtener de un proveedor externo. El fabricante típico de lámparas fabricará sus propias bombillas de vidrio, pero puede comprar otras piezas y lentes de fabricantes especializados o de otras compañías de lámparas.
Dependiendo del tipo de lámpara, se pueden usar una variedad de lentes. Las lámparas incandescentes y fluorescentes suelen utilizar un vidrio de cal sodada. Las lámparas de temperatura más alta usarán vidrio de borosilicato, mientras que las lámparas de descarga de alta presión usarán cuarzo o cerámica para el tubo de arco y vidrio de borosilicato para la cubierta exterior. El vidrio emplomado (que contiene aproximadamente entre un 20 y un 30 % de plomo) se suele utilizar para sellar los extremos de las bombillas de las lámparas.
Los cables utilizados como soportes o conectores en la construcción de lámparas pueden estar hechos de una variedad de materiales que incluyen acero, níquel, cobre, magnesio y hierro, mientras que los filamentos están hechos de tungsteno o aleación de tungsteno-torio. Un requisito crítico para el cable de soporte es que debe coincidir con las características de expansión del vidrio donde el cable penetra el vidrio para conducir la corriente eléctrica de la lámpara. Con frecuencia, en esta aplicación se utilizan cables conductores de varias partes.
Las bases (o tapas) suelen estar hechas de latón o aluminio, siendo el latón el material preferido cuando se requiere uso en exteriores.
Lámparas de filamento o incandescentes
Las lámparas de filamento o incandescentes son el tipo de lámpara más antiguo que aún se fabrica. Toman su nombre de la forma en que estas lámparas producen su luz: a través del calentamiento de un filamento de alambre a una temperatura lo suficientemente alta como para que brille. Si bien es posible fabricar una lámpara incandescente con casi cualquier tipo de filamento (las primeras lámparas usaban carbón), hoy en día la mayoría de estas lámparas usan un filamento hecho de metal de tungsteno.
Lámparas de tungsteno. La versión doméstica común de estas lámparas consiste en una bombilla de vidrio que encierra un filamento de alambre de tungsteno. La electricidad es conducida al filamento por cables que sostienen el filamento y se extienden a través de la montura de vidrio que está sellada a la bombilla. Luego, los cables se conectan a la base de metal, con un cable soldado en el ojal central de la base y el otro conectado a la cubierta roscada. Los hilos de soporte son de composición especial, de modo que tienen las mismas características de expansión que el vidrio, evitando fugas cuando las lámparas se calientan durante el uso. El bulbo de vidrio generalmente está hecho de vidrio de cal, mientras que el soporte de vidrio es de vidrio emplomado. El dióxido de azufre se utiliza con frecuencia en la preparación de la preparación. El dióxido de azufre actúa como lubricante durante el montaje de lámparas de alta velocidad. Dependiendo del diseño de la lámpara, la bombilla puede encerrar un vacío o puede usar un gas de relleno de argón o algún otro gas no reactivo.
Las lámparas de este diseño se venden con bombillas de vidrio transparente, bombillas esmeriladas y bombillas recubiertas con una variedad de materiales. Las bombillas esmeriladas y recubiertas con un material blanco (frecuentemente arcilla o sílice amorfa) se utilizan para reducir el deslumbramiento del filamento que se encuentra en las bombillas transparentes. Las bombillas también están recubiertas con una variedad de otros revestimientos decorativos, que incluyen cerámica de colores y lacas en el exterior de las bombillas y otros colores, como amarillo o rosa, en el interior de la bombilla.
Si bien la forma típica del hogar es la más común, las lámparas incandescentes se pueden fabricar en muchas formas de bombilla, incluidos tubulares, globos y reflectores, así como en muchos tamaños y potencias, desde subminiatura hasta grandes lámparas de escenario/estudio.
Lámparas de tungsteno-halógeno. Un problema en el diseño de la lámpara de filamento de tungsteno estándar es que el tungsteno se evapora durante el uso y se condensa en la pared de vidrio más fría, oscureciéndola y reduciendo la transmisión de luz. Agregar un halógeno, como bromuro de hidrógeno o bromuro de metilo, al gas de llenado elimina este problema. El halógeno reacciona con el tungsteno, evitando que se condense en la pared de vidrio. Cuando la lámpara se enfríe, el tungsteno se volverá a depositar en el filamento. Dado que esta reacción funciona mejor a presiones de lámpara más altas, las lámparas de tungsteno-halógeno suelen contener gas a varias atmósferas de presión. Por lo general, el halógeno se agrega como parte del gas de llenado de la lámpara, generalmente en concentraciones del 2% o menos.
Las lámparas de tungsteno-halógeno también pueden usar bombillas hechas de cuarzo en lugar de vidrio. Las bombillas de cuarzo pueden soportar presiones más altas que las de vidrio. Sin embargo, las bombillas de cuarzo presentan un peligro potencial, ya que el cuarzo es transparente a la luz ultravioleta. Aunque el filamento de tungsteno produce relativamente poca luz ultravioleta, la exposición prolongada a corta distancia puede producir enrojecimiento de la piel e irritación ocular. Filtrar la luz a través de un cubreobjetos reducirá en gran medida la cantidad de luz ultravioleta y brindará protección contra el cuarzo caliente en caso de que la lámpara se rompa durante el uso.
Peligros y precauciones
En general, los mayores peligros en la producción de lámparas, independientemente del tipo de producto, se deben a los peligros de los equipos automatizados y la manipulación de bombillas y lámparas de vidrio y otros materiales. Los cortes del vidrio y la penetración en el equipo operativo son las causas más comunes de accidentes; Los problemas de manipulación de materiales, como los movimientos repetitivos o las lesiones en la espalda, son motivo de especial preocupación.
La soldadura de plomo se usa con frecuencia en las lámparas. Para lámparas utilizadas en aplicaciones de temperatura más alta, se pueden usar soldaduras que contengan cadmio. En las operaciones de montaje de lámparas automatizadas, la exposición a ambas soldaduras es mínima. Cuando se realice soldadura manual, como en operaciones de reparación o semiautomáticas, se debe monitorear la exposición al plomo o al cadmio.
Las exposiciones potenciales a materiales peligrosos durante la fabricación de lámparas han disminuido constantemente desde mediados del siglo XX. En la fabricación de lámparas incandescentes, un gran número de lámparas se grababan anteriormente con ácido fluorhídrico o soluciones salinas de bifluoruro para producir una lámpara esmerilada. Esto ha sido reemplazado en gran medida por el uso de un revestimiento de arcilla de baja toxicidad. Si bien no se reemplazó por completo, el uso de ácido fluorhídrico se redujo considerablemente. Este cambio ha reducido el riesgo de quemaduras en la piel e irritación de los pulmones debido al ácido. Los revestimientos cerámicos de colores utilizados en el exterior de algunos productos de lámparas contenían anteriormente pigmentos de metales pesados como plomo, cadmio, cobalto y otros, además de utilizar una frita de vidrio de silicato de plomo como parte de la composición. Durante los últimos años, muchos de los pigmentos de metales pesados han sido reemplazados por colorantes menos tóxicos. En los casos en que todavía se utilicen los metales pesados, se puede utilizar una forma de menor toxicidad (p. ej., cromo III en lugar de cromo VI).
Los filamentos de tungsteno enrollados continúan haciéndose enrollando el tungsteno alrededor de un alambre de mandril de molibdeno o acero. Una vez formada y sinterizada la bobina, los mandriles se disuelven utilizando ácido clorhídrico (para el acero) o una mezcla de ácido nítrico y sulfúrico para el molibdeno. Debido a las posibles exposiciones a ácidos, este trabajo se realiza de forma rutinaria en sistemas de campana o, más recientemente, en disolventes totalmente cerrados (especialmente cuando se trata de la mezcla nítrica/sulfúrica).
Los gases de relleno utilizados en las lámparas de tungsteno-halógeno se agregan a las lámparas en sistemas totalmente cerrados con poca pérdida o exposición. El uso de bromuro de hidrógeno presenta sus propios problemas debido a su naturaleza corrosiva. Se debe proporcionar LEV y se debe usar tubería resistente a la corrosión para los sistemas de suministro de gas. El alambre de tungsteno toriado (generalmente con 1 a 2% de torio) todavía se usa en algunos tipos de lámparas. Sin embargo, hay poco riesgo por el torio en forma de alambre.
El dióxido de azufre debe controlarse cuidadosamente. LEV debe usarse siempre que el material se agregue al proceso. Los detectores de fugas también pueden ser útiles en áreas de almacenamiento. Se prefiere el uso de cilindros de gas más pequeños de 75 kg en lugar de contenedores más grandes de 1,000 kg debido a las posibles consecuencias de una liberación catastrófica.
La irritación de la piel puede ser un peligro potencial debido a los fundentes de soldadura oa las resinas utilizadas en el cemento base. Algunos sistemas de cemento base utilizan paraformaldehído en lugar de resinas naturales, lo que genera una posible exposición al formaldehído durante el curado del cemento base.
Todas las lámparas utilizan un sistema químico de "recubrimiento", en el que se recubre el filamento con un material antes del ensamblaje. El propósito del getter es reaccionar y eliminar cualquier humedad u oxígeno residual en la lámpara después de que la lámpara esté sellada. Los captadores típicos incluyen nitruro de fósforo y mezclas de polvos metálicos de aluminio y circonio. Si bien el captador de nitruro de fósforo tiene un uso bastante benigno, la manipulación de polvos metálicos de aluminio y circonio puede ser un peligro de inflamabilidad. Los absorbentes se aplican húmedos en un solvente orgánico, pero si el material se derrama, los polvos metálicos secos pueden encenderse por fricción. Los incendios de metales deben extinguirse con extintores especiales Clase D y no pueden combatirse con agua, espuma u otros materiales habituales. Un tercer tipo de captador incluye el uso de fosfina o silano. Estos materiales pueden incluirse en el relleno de gas de la lámpara en baja concentración o pueden agregarse en alta concentración y “destellos” en la lámpara antes del relleno de gas final. Ambos materiales son altamente tóxicos; si se usa en alta concentración, se deben usar sistemas totalmente cerrados con detectores de fugas y alarmas en el sitio.
Lámparas y Tubos de Descarga
Las lámparas de descarga, tanto los modelos de baja como de alta presión, son más eficientes en términos de luz por vatio que las lámparas incandescentes. Las lámparas fluorescentes se han utilizado durante muchos años en edificios comerciales y han encontrado un uso cada vez mayor en el hogar. Recientemente, se han desarrollado versiones compactas de la lámpara fluorescente específicamente como reemplazo de la lámpara incandescente.
Las lámparas de descarga de alta presión se han utilizado durante mucho tiempo para el alumbrado público y de grandes superficies. También se están desarrollando versiones de bajo voltaje de estos productos.
Lámparas fluorescentes
Las lámparas fluorescentes reciben su nombre del polvo fluorescente que se usa para recubrir el interior del tubo de vidrio. Este polvo absorbe la luz ultravioleta producida por el vapor de mercurio utilizado en la lámpara, la convierte y la vuelve a emitir como luz visible.
El vidrio utilizado en esta lámpara es similar al de las lámparas incandescentes, utilizando vidrio de cal para el tubo y vidrio emplomado para los soportes de cada extremo. Actualmente se utilizan dos familias diferentes de fósforos. Los halofosfatos, a base de cloro-fluoro-fosfato de calcio o de estroncio, son los fósforos más antiguos y comenzaron a usarse ampliamente a principios de la década de 1950 cuando reemplazaron a los fósforos a base de silicato de berilio. La segunda familia de fósforos incluye fósforos hechos de tierras raras, que normalmente incluyen itrio, lantano y otros. Estos fósforos de tierras raras suelen tener un espectro de emisión estrecho y se utiliza una mezcla de estos, generalmente un fósforo rojo, azul y verde.
Los fósforos se mezclan con un sistema aglutinante, se suspenden en una mezcla orgánica o en una mezcla de agua/amoníaco y se revisten en el interior del tubo de vidrio. La suspensión orgánica utiliza acetato de butilo, acetato de butilo/nafta o xileno. Debido a las regulaciones ambientales, las suspensiones a base de agua están reemplazando a las de base orgánica. Una vez que se aplica el revestimiento, se seca sobre el tubo y el tubo se calienta a una temperatura alta para eliminar el aglutinante.
Un soporte está unido a cada extremo de la lámpara. Mercurio ahora se introduce en la lámpara. Esto puede hacerse de varias maneras. Aunque en algunas áreas el mercurio se agrega manualmente, la forma predominante es automáticamente, con la lámpara montada en forma vertical u horizontal. En máquinas verticales, el vástago de montaje en un extremo de la lámpara está cerrado. Luego, se deja caer mercurio en la lámpara desde arriba, la lámpara se llena con argón a baja presión y el vástago de montaje superior se sella, sellando completamente la lámpara. En las máquinas horizontales, el mercurio se introduce por un lado, mientras que la lámpara sale por el otro lado. Se agrega nuevamente argón a la presión adecuada y se sellan ambos extremos de la lámpara. Una vez sellados, las tapas o bases se agregan a los extremos y los cables conductores se sueldan o sueldan a los contactos eléctricos.
Se pueden utilizar otras dos formas posibles de introducir vapor de mercurio. En un sistema, el mercurio está contenido en una tira impregnada de mercurio, que libera el mercurio cuando la lámpara se enciende por primera vez. En el otro sistema, se usa mercurio líquido, pero está contenido dentro de una cápsula de vidrio que está unida a la montura. La cápsula se rompe después de que la lámpara se haya sellado y agotado, liberando así el mercurio.
Las lámparas fluorescentes compactas son versiones más pequeñas de la lámpara fluorescente estándar, que a veces incluyen la electrónica del balasto como componente integral de la lámpara. Los fluorescentes compactos generalmente usan una mezcla de fósforos de tierras raras. Algunas lámparas compactas incorporarán un encendedor que contiene pequeñas cantidades de materiales radiactivos para ayudar a encender la lámpara. Estos arrancadores luminosos suelen utilizar criptón-85, hidrógeno-3, prometio-147 o torio natural para proporcionar lo que se denomina una corriente oscura, que ayuda a que la lámpara se encienda más rápido. Esto es deseable desde el punto de vista del consumidor, donde el cliente quiere que la lámpara se encienda inmediatamente, sin parpadeo.
Peligros y precauciones
La fabricación de lámparas fluorescentes ha experimentado un número considerable de cambios. El uso temprano de un fósforo que contenía berilio se suspendió en 1949, lo que eliminó un peligro respiratorio significativo durante la producción y el uso del fósforo. En muchas operaciones, las suspensiones de fósforo a base de agua han reemplazado a las suspensiones orgánicas en el revestimiento de las lámparas fluorescentes, lo que reduce la exposición de los trabajadores y reduce la emisión de COV al medio ambiente. Las suspensiones a base de agua implican una exposición mínima al amoníaco, particularmente durante la mezcla de las suspensiones.
El mercurio sigue siendo el material de mayor preocupación durante la fabricación de lámparas fluorescentes. Si bien las exposiciones son relativamente bajas, excepto alrededor de las máquinas de escape, existe la posibilidad de una exposición significativa para los trabajadores ubicados alrededor de la máquina de escape, los mecánicos que trabajan en estas máquinas y durante las operaciones de limpieza. Debe usarse equipo de protección personal, como overoles y guantes para evitar o limitar la exposición y, cuando sea necesario, protección respiratoria, especialmente durante las actividades de mantenimiento y limpieza. Debe establecerse un programa de vigilancia biológica, incluido el análisis de orina de mercurio, para los sitios de fabricación de lámparas fluorescentes.
Los dos sistemas de fósforo actualmente en producción utilizan materiales que se considera que tienen una toxicidad relativamente baja. Si bien algunos de los aditivos de los fósforos originales (como el bario, el plomo y el manganeso) tienen límites de exposición establecidos por varias agencias gubernamentales, estos componentes suelen estar presentes en porcentajes relativamente bajos en las composiciones.
Las resinas de fenol-formaldehído se utilizan como aislantes eléctricos en las tapas de los extremos de las lámparas. El cemento normalmente incluye resinas naturales y sintéticas, que pueden incluir irritantes de la piel como la hexametilentetramina. Los equipos automatizados de mezcla y manejo limitan el potencial de contacto de estos materiales con la piel, lo que limita el potencial de irritación de la piel.
Lámparas de mercurio de alta presión
Las lámparas de mercurio de alta presión incluyen dos tipos similares: las que usan solo mercurio y las que usan una mezcla de mercurio y una variedad de haluros metálicos. El diseño básico de las lámparas es similar. Ambos tipos usan un tubo de arco de cuarzo que contendrá el mercurio o la mezcla de mercurio/haluro. Luego, este tubo de arco se encierra en una cubierta exterior dura de vidrio de borosilicato y se agrega una base de metal para proporcionar contactos eléctricos. La cubierta exterior puede ser transparente o recubierta con un material difusor o un fósforo para modificar el color de la luz.
Lámparas de mercurio contienen sólo mercurio y argón en el tubo de arco de cuarzo de la lámpara. El mercurio, a alta presión, genera luz con un alto contenido de azul y ultravioleta. El tubo de arco de cuarzo es completamente transparente a la luz ultravioleta y, en caso de que la cubierta exterior se rompa o se quite, es una poderosa fuente de luz ultravioleta que puede producir quemaduras en la piel y los ojos en las personas expuestas. Aunque el diseño típico de lámpara de mercurio seguirá funcionando si se quita la cubierta exterior, los fabricantes también ofrecen algunos modelos con un diseño fundido que dejará de funcionar si se rompe la cubierta. Durante el uso normal, el vidrio de borosilicato de la cubierta exterior absorbe un alto porcentaje de la luz ultravioleta, por lo que la lámpara intacta no representa un peligro.
Debido al alto contenido de azul del espectro de la lámpara de mercurio, el interior de la cubierta exterior suele estar recubierto con un fósforo como el fosfato de vanadato de itrio o un fósforo similar que realza el rojo.
Lámparas de halogenuros metálicos también contienen mercurio y argón en el tubo de arco, pero agregan haluros metálicos (típicamente una mezcla de sodio y escandio, posiblemente con otros). La adición de haluros metálicos mejora la salida de luz roja de la lámpara, produciendo una lámpara que tiene un espectro de luz más equilibrado.
Peligros y precauciones
Aparte del mercurio, los materiales potencialmente peligrosos que se utilizan en la producción de lámparas de mercurio de alta presión incluyen los materiales de revestimiento utilizados en las envolturas exteriores y los aditivos de haluros utilizados en las lámparas de haluros metálicos. Un material de recubrimiento es un difusor simple, el mismo que se usa en las lámparas incandescentes. Otro es un fósforo corrector de color, vanadato de itrio o fosfato de vanadato de itrio. Si bien es similar al pentóxido de vanadio, el vanadato se considera menos tóxico. La exposición a los materiales de haluros normalmente no es significativa, ya que los haluros reaccionan en el aire húmedo y deben mantenerse secos y bajo una atmósfera inerte durante la manipulación y el uso. De manera similar, aunque el sodio es un metal altamente reactivo, también debe manipularse en una atmósfera inerte para evitar la oxidación del metal.
Lámparas de sodio
Actualmente se producen dos tipos de lámparas de sodio. Las lámparas de baja presión contienen solo sodio metálico como fuente de emisión de luz y producen una luz muy amarilla. Las lámparas de sodio de alta presión utilizan mercurio y sodio para generar una luz más blanca.
Lámparas de sodio de baja presión tener un tubo de vidrio, que contiene el sodio metálico, encerrado dentro de un segundo tubo de vidrio.
Lámparas de sodio de alta presión contienen una mezcla de mercurio y sodio dentro de un tubo de arco de alúmina cerámica de alta pureza. Aparte de la composición del tubo de arco, la construcción de la lámpara de sodio de alta presión es esencialmente la misma que la de las lámparas de mercurio y de halogenuros metálicos.
Peligros y precauciones
Hay pocos peligros únicos durante la fabricación de lámparas de sodio de alta o baja presión. En ambos tipos de lámparas, el sodio debe mantenerse seco. El sodio metálico puro reaccionará violentamente con el agua, produciendo gas hidrógeno y suficiente calor para provocar la ignición. El sodio metálico que queda en el aire reaccionará con la humedad del aire y producirá una capa de óxido en el metal. Para evitar esto, el sodio generalmente se maneja en una caja de guantes, bajo una atmósfera seca de nitrógeno o argón. Para los sitios que fabrican lámparas de sodio de alta presión, se necesitan precauciones adicionales para manejar el mercurio, similares a los sitios que fabrican lámparas de mercurio de alta presión.
Problemas ambientales y de salud pública
La eliminación de desechos y/o el reciclaje de lámparas que contienen mercurio es un tema que ha recibido un alto grado de atención en muchas áreas del mundo durante los últimos años. Si bien en el mejor de los casos es una operación de "equilibrio" desde el punto de vista de los costos, actualmente existe tecnología para recuperar el mercurio de las lámparas fluorescentes y de descarga de alta presión. El reciclaje de los materiales de las lámparas en la actualidad se describe con mayor precisión como recuperación, ya que los materiales de las lámparas rara vez se reprocesan y se utilizan para fabricar lámparas nuevas. Por lo general, las piezas de metal se envían a los comerciantes de chatarra. El vidrio recuperado puede utilizarse para fabricar fibra de vidrio o bloques de vidrio o utilizarse como árido en pavimentos de cemento o asfalto. El reciclaje puede ser la alternativa de menor costo, según la ubicación y la disponibilidad de opciones de reciclaje y eliminación de desechos especiales o peligrosos.
Los balastos utilizados en las instalaciones de lámparas fluorescentes contenían anteriormente condensadores que utilizaban PCB como dieléctrico. Si bien se ha interrumpido la fabricación de balastos que contienen PCB, es posible que muchos de los balastos más antiguos todavía estén en uso debido a su larga vida útil. La eliminación de los balastos que contienen PCB puede estar regulada y puede requerir la eliminación como un desecho especial o peligroso.
La fabricación de vidrio, particularmente los vidrios de borosilicato, puede ser una fuente importante de NOx emisión a la atmósfera. Recientemente, se ha utilizado oxígeno puro en lugar de aire con quemadores de gas como un medio para reducir el NOx las emisiones.
Adaptado de la 3ra edición, Enciclopedia de Salud y Seguridad Ocupacional.
La industria de los electrodomésticos es responsable de la fabricación de una amplia variedad de equipos, incluidos los aparatos diseñados para usos audiovisuales, de cocina, de calefacción, de preparación de alimentos y de almacenamiento (refrigeración). La producción y fabricación de tales aparatos involucra muchos procesos altamente automatizados que pueden tener riesgos para la salud y patrones de enfermedades asociados.
Procesos de manufactura
Los materiales utilizados en la fabricación de electrodomésticos se pueden clasificar en:
En la tabla 1 se muestran ejemplos de los materiales incluidos en las cuatro categorías mencionadas.
Tabla 1. Ejemplos de materiales utilizados en la fabricación de electrodomésticos
Metales |
Dieléctricos |
Pinturas/acabados |
Química |
Acero |
Materiales inorgánicos (p. ej., mica) |
Pinturas |
ácidos |
Aluminio |
Plásticos (p. ej., PVC) |
Lacas |
Álcalis |
Lidera |
Caucho |
Barnices |
disolventes |
Cadmio |
Materiales silico-orgánicos |
Tratamientos resistentes a la corrosión |
|
Mercurio |
Otros polímeros (p. ej., nailon) |
Nota: el plomo y el mercurio son cada vez menos comunes en la fabricación de electrodomésticos
Los materiales utilizados en la industria de los electrodomésticos deben satisfacer requisitos exigentes, incluida la capacidad de soportar la manipulación que probablemente se encuentre en el funcionamiento normal, la capacidad de soportar la fatiga del metal y la capacidad de no verse afectado por ningún otro proceso o tratamiento que pueda el aparato es peligroso de usar inmediatamente o después de un período prolongado de tiempo.
Los materiales utilizados en la industria a menudo se reciben en la etapa de ensamblaje de los electrodomésticos después de haber pasado por varios procesos de fabricación, cada uno de los cuales es probable que tenga sus propios peligros y problemas de salud. Los detalles de estos peligros y problemas se consideran en los capítulos correspondientes en otras partes de este Enciclopedia.
Los procesos de fabricación variarán de un producto a otro, pero en general seguirán el flujo de producción que se muestra en la figura 1. Este gráfico también muestra los peligros asociados con los diferentes procesos.
Figura 1. Secuencia y peligros del proceso de fabricación
Problemas de salud y seguridad
Fuego y explosión
Muchos de los disolventes, pinturas y aceites aislantes que se utilizan en la industria son sustancias inflamables. Estos materiales deben almacenarse en locales secos y frescos, preferiblemente en un edificio a prueba de incendios separado de las instalaciones de producción. Los contenedores deben estar claramente etiquetados y las diferentes sustancias bien separadas o almacenadas separadamente según lo requieran sus puntos de inflamación y su clase de riesgo. En el caso de materiales aislantes y plásticos, es importante obtener información sobre la combustibilidad o características de fuego de cada nueva sustancia utilizada. El circonio en polvo, que ahora se usa en cantidades significativas en la industria, también es un peligro de incendio.
Las cantidades de sustancias inflamables que salen de los almacenes deben mantenerse al mínimo necesario para la producción. Cuando se trasvasan líquidos inflamables, pueden formarse cargas de electricidad estática, por lo que todos los recipientes deben estar conectados a tierra. Se deben proporcionar dispositivos de extinción de incendios y se debe instruir al personal del almacén en su uso.
La pintura de componentes generalmente se lleva a cabo en cabinas de pintura especialmente construidas, que deben tener un equipo de extracción y ventilación adecuado que, cuando se usa con equipo de protección personal (PPE), creará un entorno de trabajo seguro.
Durante la soldadura, se deben tomar precauciones especiales contra incendios.
Accidentes
La recepción, almacenamiento y expedición de materias primas, componentes y productos terminados pueden dar lugar a accidentes por tropiezos, caídas, caída de objetos, carretillas elevadoras, etc. El manejo manual de materiales también puede crear problemas ergonómicos que pueden aliviarse mediante la automatización siempre que sea posible.
Dado que se emplean numerosos procesos diferentes en la industria, los riesgos de accidentes variarán de un taller a otro en la planta. Durante la producción de componentes, habrá peligros para las máquinas en el uso de máquinas herramienta, prensas eléctricas, máquinas de moldeo por inyección de plástico, etc., y es esencial proteger la maquinaria de manera eficiente. Durante la galvanoplastia, se deben tomar precauciones contra las salpicaduras de productos químicos corrosivos. Durante el ensamblaje de componentes, el movimiento constante de los componentes de un proceso a otro significa que el peligro de accidentes debido al transporte en la planta y al equipo de manejo mecánico es alto.
Las pruebas de calidad no dan lugar a ningún problema especial de seguridad. Sin embargo, las pruebas de rendimiento requieren precauciones especiales, ya que las pruebas a menudo se llevan a cabo en aparatos semiacabados o sin aislamiento. Durante las pruebas eléctricas, todos los componentes activos, conductores, terminales e instrumentos de medición deben protegerse para evitar contactos accidentales. El lugar de trabajo debe estar protegido, prohibirse la entrada de personas no autorizadas y colocarse avisos de advertencia. En las áreas de pruebas eléctricas, se recomienda especialmente la provisión de interruptores de emergencia, y los interruptores deben estar en una posición prominente para que, en caso de emergencia, todo el equipo pueda desconectarse inmediatamente.
Para probar los aparatos que emiten rayos x o contienen sustancias radiactivas, existen normas de protección radiológica. Un supervisor competente debe ser responsable de la observancia de los reglamentos.
Existen riesgos especiales en el uso de gases comprimidos, equipos de soldadura, láseres, planta de impregnación, equipos de pintura por pulverización, hornos de recocido y templado e instalaciones eléctricas de alta tensión.
Durante todas las actividades de reparación y mantenimiento, los programas adecuados de bloqueo/etiquetado son esenciales.
Peligros para la salud
Las enfermedades profesionales asociadas con la fabricación de equipos eléctricos domésticos son relativamente escasas y normalmente no se consideran graves. Los problemas que existen se caracterizan por:
Siempre que sea posible, los disolventes altamente tóxicos y los compuestos clorados deberían sustituirse por sustancias menos peligrosas; bajo ninguna circunstancia se debe emplear benceno o tetracloruro de carbono como disolventes. El envenenamiento por plomo puede superarse mediante la sustitución de materiales o técnicas más seguras y la aplicación estricta de procedimientos de trabajo seguros, higiene personal y supervisión médica. Cuando exista el peligro de exposición a concentraciones peligrosas de contaminantes atmosféricos, el aire del lugar de trabajo debe controlarse regularmente y, cuando sea necesario, tomar las medidas apropiadas, como la instalación de un sistema de escape. El riesgo de ruido puede reducirse encerrando las fuentes de ruido, el uso de materiales absorbentes de sonido en las salas de trabajo o el uso de protección personal para los oídos.
Los ingenieros de seguridad y los médicos industriales deben ser llamados en la etapa de diseño y planificación de nuevas plantas u operaciones, y los peligros de los procesos o máquinas deben eliminarse antes de que se inicien los procesos. Esto debe ir seguido de una inspección regular de máquinas, herramientas, plantas, equipos de transporte, dispositivos de extinción de incendios, talleres y áreas de prueba, etc.
La participación de los trabajadores en el esfuerzo de seguridad es esencial, y los supervisores deben asegurarse de que el equipo de protección personal esté disponible y se use cuando sea necesario. Debe prestarse especial atención a la formación en seguridad de los nuevos trabajadores, ya que estos representan una proporción relativamente alta de los accidentes.
Los trabajadores deben someterse a un examen médico previo a la colocación y, cuando exista la posibilidad de una exposición peligrosa, un examen periódico según sea necesario.
Muchos procesos en la producción de componentes individuales implicarán el rechazo de material de desecho (p. ej., "virutas" de láminas o barras de metal), y la eliminación de dichos materiales debe realizarse de acuerdo con los requisitos de seguridad. Además, si dichos residuos del proceso no pueden devolverse al productor o fabricante para su reciclaje, entonces su eliminación posterior debe realizarse mediante procesos aprobados para evitar la contaminación ambiental.
Los principales problemas ambientales asociados a la fabricación de aparatos y equipos eléctricos se relacionan con la contaminación y el tratamiento de los materiales desechados durante los procesos de fabricación, junto con el reciclaje, en lo posible, del producto completo cuando llega al final de su vida útil.
Baterías
El escape de aire contaminado con ácido, álcali, plomo, cadmio y otros materiales potencialmente dañinos a la atmósfera y la contaminación del agua por la fabricación de baterías debe evitarse en la medida de lo posible y, cuando esto no sea posible, debe controlarse para garantizar el cumplimiento de la legislación pertinente.
El uso de baterías puede generar problemas de salud pública. Las fugas de baterías de plomo-ácido o alcalinas pueden provocar quemaduras por el electrolito. La recarga de baterías grandes de plomo-ácido puede producir gas hidrógeno, un peligro de incendio y explosión en áreas cerradas. La liberación de cloruro de tionilo o dióxido de azufre de las grandes baterías de litio puede implicar la exposición a dióxido de azufre, neblina de ácido clorhídrico, litio en llamas, etc., y ha causado al menos una muerte (Ducatman, Ducatman y Barnes 1988). Esto también podría ser un peligro durante la fabricación de estas baterías.
Los fabricantes de baterías se han dado cuenta de la creciente preocupación ambiental por la eliminación de baterías que contienen metales pesados tóxicos al depositarlas en vertederos o incinerarlas con otra basura. Las fugas de metales tóxicos de los vertederos de desechos o, alternativamente, los escapes de las chimeneas de los incineradores de desechos pueden provocar la contaminación del agua y el aire. Por lo tanto, los fabricantes reconocieron la necesidad de reducir el contenido de mercurio de las baterías, en particular, dentro de los límites permitidos por la tecnología moderna. La campaña para la eliminación del mercurio comenzó antes de la legislación introducida en la Unión Europea, la Directiva sobre baterías de la CE.
El reciclaje es otra forma de lidiar con la contaminación ambiental. Las baterías de níquel-cadmio se pueden reciclar con relativa facilidad. La recuperación de cadmio es muy eficiente y se reutiliza en la construcción de baterías de níquel-cadmio. Posteriormente, el níquel se utilizará en la industria siderúrgica. La economía inicial sugería que el reciclaje de baterías de níquel-cadmio no era rentable, pero se espera que los avances tecnológicos mejoren la situación. Las pilas de óxido de mercurio, que están cubiertas por la Directiva sobre pilas de la CE, se han utilizado principalmente en audífonos y se están reemplazando normalmente por pilas de litio o zinc-aire. Las celdas de óxido de plata se reciclan, especialmente en la industria de la joyería, debido al valor del contenido de plata.
Al reciclar materiales nocivos, se debe tener un cuidado similar al que se ejerce durante los procesos de fabricación. Durante el reciclaje de baterías de plata, por ejemplo, los trabajadores pueden estar expuestos a vapor de mercurio y óxido de plata.
La reparación y el reciclaje de baterías de plomo-ácido pueden resultar no solo en el envenenamiento por plomo entre los trabajadores y, a veces, en sus familias, sino también en una extensa contaminación por plomo del medio ambiente (Matte et al. 1989). En muchos países, particularmente en el Caribe y América Latina, las placas de plomo de las baterías de los automóviles se queman para producir óxido de plomo para el vidriado de la cerámica.
Fabricación de cables eléctricos
La fabricación de cables eléctricos tiene tres fuentes principales de contaminación: vapores de disolventes, liberación potencial de diisocianato de tolueno procedente de la fabricación de cables esmaltados y emisiones ambientales durante la fabricación de los materiales utilizados en los cables. Todo esto requiere controles ambientales apropiados.
Fabricación de lámparas y tubos eléctricos
Las principales preocupaciones ambientales aquí son la eliminación de desechos y/o el reciclaje de lámparas que contienen mercurio y la eliminación de PCB de los balastos de lámparas fluorescentes. La fabricación de vidrio también puede ser una fuente importante de emisión de óxidos de nitrógeno a la atmósfera.
Electrodomésticos
Dado que la industria de los electrodomésticos es en gran medida una industria de ensamblaje, los problemas ambientales son mínimos, con la principal excepción de las pinturas y los solventes utilizados como revestimientos de superficies. Deben instituirse medidas estándar de control de la contaminación de acuerdo con las reglamentaciones ambientales.
El reciclaje de aparatos eléctricos implica la separación de los equipos recuperados en diferentes materiales, como cobre y acero dulce, que se pueden reutilizar, lo cual se analiza en otra parte de este Enciclopedia.
La industria de fundición y refinación de metales procesa minerales metálicos y chatarra para obtener metales puros. Las industrias metalúrgicas procesan los metales para fabricar componentes de máquinas, maquinaria, instrumentos y herramientas que son necesarios para otras industrias, así como para los demás sectores de la economía. Varios tipos de metales y aleaciones se utilizan como materiales de partida, incluido el material laminado (barras, tiras, secciones ligeras, láminas o tubos) y el material trefilado (barras, secciones ligeras, tubos o alambre). Las técnicas básicas de procesamiento de metales incluyen:
Se utiliza una amplia variedad de técnicas para acabar los metales, incluido el esmerilado y pulido, la limpieza con chorro abrasivo y muchas técnicas de acabado y revestimiento de superficies (galvanoplastia, galvanización, tratamiento térmico, anodizado, recubrimiento en polvo, etc.).
La fundición, o fundición de metales, consiste en verter metal fundido en el interior hueco de un molde resistente al calor que es la forma exterior o negativa del patrón del objeto de metal deseado. El molde puede contener un núcleo para determinar las dimensiones de cualquier cavidad interna en la colada final. El trabajo de fundición comprende:
Los principios básicos de la tecnología de fundición han cambiado poco en miles de años. Sin embargo, los procesos se han vuelto más mecanizados y automáticos. Los patrones de madera han sido reemplazados por metal y plástico, se han desarrollado nuevas sustancias para producir machos y moldes y se utiliza una amplia gama de aleaciones. El proceso de fundición más destacado es el moldeo en arena del hierro.
Hierro, acero, latón y bronce son metales fundidos tradicionales. El sector más grande de la industria de la fundición produce fundiciones de hierro gris y dúctil. Las fundiciones de hierro gris utilizan hierro o arrabio (lingotes nuevos) para hacer fundiciones de hierro estándar. Las fundiciones de hierro dúctil agregan magnesio, cerio u otros aditivos (a menudo llamados aditivos de cucharón) a las cucharas de metal fundido antes del vertido para hacer fundiciones de hierro nodular o maleable. Los diferentes aditivos tienen poco impacto en las exposiciones en el lugar de trabajo. El acero y el hierro maleable conforman el resto del sector industrial de fundición ferrosa. Los principales clientes de las fundiciones ferrosas más grandes son las industrias automotriz, de construcción y de implementos agrícolas. El empleo en la fundición de hierro ha disminuido a medida que los bloques de motor se vuelven más pequeños y se pueden verter en un solo molde, y que el hierro fundido se sustituye por aluminio. Las fundiciones no ferrosas, especialmente la fundición de aluminio y las operaciones de fundición a presión, tienen mucho empleo. Las fundiciones de latón, tanto independientes como las que producen para la industria de equipos de plomería, son un sector en contracción que, sin embargo, sigue siendo importante desde la perspectiva de la salud ocupacional. En los últimos años, el titanio, el cromo, el níquel y el magnesio, e incluso metales más tóxicos como el berilio, el cadmio y el torio, se utilizan en productos de fundición.
Aunque se puede suponer que la industria de la fundición de metales comienza con la refundición de material sólido en forma de lingotes o lingotes de metal, la industria del hierro y el acero en las grandes unidades puede estar tan integrada que la división es menos obvia. Por ejemplo, el alto horno comercial puede convertir toda su producción en arrabio, pero en una planta integrada se puede usar algo de hierro para producir piezas fundidas, participando así en el proceso de fundición, y el hierro del alto horno puede tomarse fundido para convertirlo. en acero, donde puede ocurrir lo mismo. De hecho, existe una sección separada del comercio del acero conocida por este motivo como moldeo de lingotes. En la fundición normal de hierro, la refundición del arrabio también es un proceso de refinado. En las fundiciones no ferrosas, el proceso de fusión puede requerir la adición de metales y otras sustancias y, por lo tanto, constituye un proceso de aleación.
En el sector de la fundición de hierro predominan los moldes elaborados con arena silícea ligada con arcilla. Los núcleos que tradicionalmente se producían horneando arena de sílice ligada con aceites vegetales o azúcares naturales han sido sustancialmente reemplazados. La tecnología de fundición moderna ha desarrollado nuevas técnicas para producir moldes y machos.
En general, los peligros para la salud y la seguridad de las fundiciones se pueden clasificar por tipo de fundición de metal, proceso de moldeo, tamaño de la fundición y grado de mecanización.
Vista general del proceso
Sobre la base de los dibujos del diseñador, se construye un patrón que se ajusta a la forma externa de la fundición de metal acabada. De la misma forma, se elabora una caja de machos que producirá machos adecuados para dictar la configuración interna del artículo final. La fundición en arena es el método más utilizado, pero hay otras técnicas disponibles. Estos incluyen: fundición en molde permanente, utilizando moldes de hierro o acero; fundición a presión, en la que el metal fundido, a menudo una aleación ligera, se fuerza en un molde de metal bajo presiones de 70 a 7,000 kgf/cm2; y fundición de inversión, donde se hace un patrón de cera de cada fundición que se va a producir y se cubre con refractario que formará el molde en el que se vierte el metal. El proceso de “espuma perdida” utiliza patrones de espuma de poliestireno en arena para hacer fundiciones de aluminio.
Los metales o aleaciones se funden y preparan en un horno que puede ser de cubilote, rotatorio, de reverbero, de crisol, de arco eléctrico, de canal o de inducción sin núcleo (ver tabla 1). Se realizan los análisis metalúrgicos o químicos pertinentes. El metal fundido se vierte en el molde ensamblado ya sea a través de una cuchara o directamente desde el horno. Cuando el metal se ha enfriado, se retira el material del molde y del núcleo (sacudida, decapado o golpe de gracia) y se limpia y reviste la fundición (después, granallado o hidrochorreado y otras técnicas abrasivas). Ciertas fundiciones pueden requerir soldadura, tratamiento térmico o pintura antes de que el artículo terminado cumpla con las especificaciones del comprador.
Tabla 1. Tipos de hornos de fundición.
Horno |
Descripción |
Horno de cúpula |
Un horno de cúpula es un horno alto y vertical, abierto en la parte superior con puertas con bisagras en la parte inferior. Se carga desde arriba con capas alternas de coque, caliza y metal; el metal fundido se elimina por la parte inferior. Los peligros especiales incluyen monóxido de carbono y calor. |
Horno de arco eléctrico |
El horno se carga con lingotes, chatarra, metales aleados y fundentes. Se produce un arco entre tres electrodos y la carga de metal, fundiendo el metal. Una escoria con fundentes cubre la superficie del metal fundido para evitar la oxidación, refinar el metal y proteger el techo del horno del calor excesivo. Cuando está listo, se elevan los electrodos y se inclina el horno para verter el metal fundido en la cuchara receptora. Los peligros especiales incluyen humos metálicos y ruido. |
Horno de inducción |
Un horno de inducción funde el metal haciendo pasar una alta corriente eléctrica a través de bobinas de cobre en el exterior del horno, induciendo una corriente eléctrica en el borde exterior de la carga de metal que calienta el metal debido a la alta resistencia eléctrica de la carga de metal. La fusión progresa desde el exterior de la carga hacia el interior. Los peligros especiales incluyen vapores metálicos. |
horno de crisol |
El crisol o recipiente que contiene la carga de metal se calienta con un quemador de gas o aceite. Cuando está listo, el crisol se saca del horno y se inclina para verterlo en moldes. Los peligros especiales incluyen monóxido de carbono, humos metálicos, ruido y calor. |
Horno rotatorio |
Horno cilíndrico giratorio largo e inclinado que se carga desde la parte superior y se enciende desde el extremo inferior. |
horno de canal |
Un tipo de horno de inducción. |
horno de reverbero |
Este horno horizontal consta de una chimenea en un extremo, separada de la carga de metal por un tabique bajo llamado puente de fuego, y una chimenea en el otro extremo. El metal se mantiene alejado del contacto con el combustible sólido. Tanto la chimenea como la carga metálica están cubiertas por un techo en arco. La llama en su camino desde la chimenea hasta la chimenea se refleja hacia abajo o reverbera sobre el metal debajo, derritiéndolo. |
Riesgos tales como el peligro derivado de la presencia de metal caliente son comunes a la mayoría de las fundiciones, independientemente del proceso de fundición particular empleado. Los peligros también pueden ser específicos de un proceso de fundición en particular. Por ejemplo, el uso de magnesio presenta riesgos de llamaradas que no se encuentran en otras industrias de fundición de metales. Este artículo enfatiza las fundiciones de hierro, que contienen la mayoría de los peligros típicos de las fundiciones.
La fundición mecanizada o de producción emplea los mismos métodos básicos que la fundición de hierro convencional. Cuando el moldeado se realiza, por ejemplo, con una máquina y las piezas fundidas se limpian con granallado o con hidrochorro, la máquina suele tener dispositivos de control de polvo integrados y se reduce el riesgo de polvo. Sin embargo, la arena se mueve con frecuencia de un lugar a otro en un transportador de banda abierta, y los puntos de transferencia y los derrames de arena pueden ser fuentes de cantidades considerables de polvo en el aire; en vista de las altas tasas de producción, la carga de polvo en el aire puede ser incluso mayor que en la fundición convencional. Una revisión de los datos de muestreo de aire a mediados de la década de 1970 mostró niveles de polvo más altos en las grandes fundiciones estadounidenses que en las pequeñas fundiciones muestreadas durante el mismo período. La instalación de campanas extractoras sobre los puntos de transferencia en las cintas transportadoras, combinada con una limpieza escrupulosa, debe ser una práctica normal. El transporte por sistemas neumáticos a veces es económicamente posible y da como resultado un sistema de transporte prácticamente libre de polvo.
Fundiciones de hierro
Para simplificar, se puede suponer que una fundición de hierro comprende las siguientes seis secciones:
En muchas fundiciones, casi cualquiera de estos procesos puede llevarse a cabo simultánea o consecutivamente en la misma área del taller.
En una fundición de producción típica, el hierro pasa de la fusión al vertido, el enfriamiento, el desmoldado, la limpieza y el envío como una fundición terminada. La arena se cicla desde la mezcla de arena, el moldeado, el desmoldado y de vuelta a la mezcla de arena. La arena se agrega al sistema desde la fabricación del núcleo, que comienza con arena nueva.
Derretir y verter
La industria de fundición de hierro depende en gran medida del horno de cubilote para la fundición y el refinado de metales. La cúpula es un alto horno vertical, abierto en la parte superior con puertas batientes en la parte inferior, revestido con refractario y cargado con coque, chatarra y piedra caliza. Se sopla aire a través de la carga desde las aberturas (toberas) en la parte inferior; la combustión del coque calienta, funde y purifica el hierro. Los materiales de carga se introducen en la parte superior de la cúpula mediante una grúa durante la operación y deben almacenarse a mano, generalmente en recintos o contenedores en el patio adyacente a la maquinaria de carga. El orden y la supervisión eficiente de las pilas de materias primas son esenciales para minimizar el riesgo de lesiones por deslizamiento de objetos pesados. A menudo se utilizan grúas con electroimanes grandes o pesos pesados para reducir la chatarra a tamaños manejables para cargarla en la cúpula y para llenar las tolvas de carga. La cabina de la grúa debe estar bien protegida y los operadores debidamente capacitados.
Los empleados que manipulan materias primas deben usar guantes de cuero y botas protectoras. La carga descuidada puede sobrellenar la tolva y causar derrames peligrosos. Si se encuentra que el proceso de carga es demasiado ruidoso, el ruido del impacto de metal contra metal se puede reducir colocando revestimientos de goma que amortigüen el ruido en los contenedores y contenedores de almacenamiento. La plataforma de carga está necesariamente por encima del nivel del suelo y puede presentar un peligro a menos que esté nivelada y tenga una superficie antideslizante y rieles fuertes alrededor y cualquier abertura en el piso.
Las cúpulas generan grandes cantidades de monóxido de carbono, que puede escaparse de las puertas de carga y ser arrastrado por las corrientes de Foucault locales. El monóxido de carbono es invisible, inodoro y puede producir rápidamente niveles ambientales tóxicos. Los empleados que trabajen en la plataforma de carga o en las pasarelas circundantes deben estar bien capacitados para reconocer los síntomas del envenenamiento por monóxido de carbono. Se necesita un monitoreo tanto continuo como puntual de los niveles de exposición. Los aparatos de respiración autónomos y el equipo de reanimación deben mantenerse listos y los operadores deben recibir instrucciones sobre su uso. Cuando se lleva a cabo un trabajo de emergencia, se debe desarrollar y hacer cumplir un sistema de monitoreo de contaminantes en la entrada a espacios confinados. Todo el trabajo debe ser supervisado.
Las cúpulas se suelen colocar en parejas o grupos, de modo que mientras una se repara, las demás funcionan. El período de uso debe basarse en la experiencia con la durabilidad de los refractarios y en las recomendaciones de ingeniería. Los procedimientos deben elaborarse con anticipación para desconectar el hierro y para apagar cuando se desarrollen puntos calientes o si el sistema de enfriamiento de agua está desactivado. La reparación de la cúpula implica necesariamente la presencia de empleados en el interior de la propia cúpula para reparar o renovar los revestimientos refractarios. Estas asignaciones se deben considerar como entradas a espacios confinados y se deben tomar las precauciones apropiadas. También se deben tomar precauciones para evitar la descarga de material a través de las puertas de carga en esos momentos. Para proteger a los trabajadores de la caída de objetos, deben usar cascos de seguridad y, si trabajan en altura, arneses de seguridad.
Los trabajadores de colada de cúpulas (transferencia de metal fundido desde el pozo de la cúpula a un horno de mantenimiento o cucharón) deben observar rigurosas medidas de protección personal. Las gafas y la ropa protectora son esenciales. Los protectores oculares deben resistir impactos de alta velocidad y metal fundido. Se debe tener mucho cuidado para evitar que la escoria fundida restante (los desechos no deseados que se eliminan de la masa fundida con la ayuda de los aditivos de piedra caliza) y el metal entren en contacto con el agua, lo que provocaría una explosión de vapor. Los golpeadores y supervisores deben asegurarse de que cualquier persona que no participe en la operación de la cúpula permanezca fuera del área de peligro, que está delimitada por un radio de aproximadamente 4 m desde la boca de la cúpula. La delimitación de una zona de entrada prohibida no autorizada es un requisito legal según las Regulaciones británicas de fundiciones de hierro y acero de 1953.
Cuando finaliza el recorrido de la cúpula, se deja caer la parte inferior de la cúpula para eliminar la escoria no deseada y otros materiales que aún se encuentran dentro de la carcasa antes de que los empleados puedan realizar el mantenimiento refractario de rutina. Dejar caer el fondo de la cúpula es una operación hábil y peligrosa que requiere supervisión capacitada. Es imprescindible un suelo refractario o una capa de arena seca sobre la que dejar caer los escombros. Si ocurre un problema, como puertas inferiores de cúpula atascadas, se debe tener mucho cuidado para evitar riesgos de quemaduras a los trabajadores por el metal caliente y la escoria.
El metal candente visible es un peligro para los ojos de los trabajadores debido a la emisión de radiación infrarroja y ultravioleta, cuya exposición prolongada puede causar cataratas.
La cuchara debe secarse antes de llenarla con metal fundido, para evitar explosiones de vapor; debe establecerse un período satisfactorio de calentamiento de la llama.
Los empleados en las secciones de metal y vertido de la fundición deben contar con cascos, protección para los ojos y careta polarizada, ropa aluminizada como delantales, polainas o polainas (cubiertas para la parte inferior de las piernas y los pies) y botas. El uso de equipo de protección debe ser obligatorio y debe haber instrucciones adecuadas sobre su uso y mantenimiento. Se necesitan altos estándares de limpieza y exclusión de agua en la mayor medida posible en todas las áreas donde se manipula metal fundido.
Cuando se cuelgan cucharones grandes de grúas o transportadores aéreos, se deben emplear dispositivos de control positivo de los cucharones para garantizar que no se derrame el metal si el operador suelta su agarre. Los ganchos que sostienen cucharones de metal fundido deben someterse a pruebas periódicas de fatiga del metal para evitar fallas.
En las fundiciones de producción, el molde ensamblado se mueve a lo largo de un transportador mecánico hasta una estación de vertido ventilada. El vertido puede realizarse desde un cucharón controlado manualmente con asistencia mecánica, un cucharón indexado controlado desde una cabina o puede ser automático. Normalmente, la estación de vertido está provista de una campana de compensación con suministro de aire directo. El molde vertido avanza a lo largo de la cinta transportadora a través de un túnel de enfriamiento agotado hasta que se desmolda. En fundiciones de taller más pequeñas, los moldes se pueden verter en un piso de fundición y dejar que se quemen allí. En esta situación, la cuchara debe estar equipada con una campana extractora móvil.
La extracción y el transporte de hierro fundido y la carga de hornos eléctricos generan exposición al óxido de hierro y otros vapores de óxidos metálicos. El vertido en el molde enciende y piroliza los materiales orgánicos, generando grandes cantidades de monóxido de carbono, humo, hidrocarburos aromáticos polinucleares (HAP) cancerígenos y productos de pirólisis de los materiales del núcleo que pueden ser cancerígenos y también sensibilizadores respiratorios. Los moldes que contienen grandes núcleos de caja fría unidos con poliuretano liberan un humo denso e irritante que contiene isocianatos y aminas. El principal control de riesgos para la quema de moho es una estación de vertido y un túnel de enfriamiento con escape local.
En fundiciones con ventiladores de techo para operaciones de vertido de escape, se pueden encontrar altas concentraciones de humos metálicos en las regiones superiores donde se ubican las cabinas de las grúas. Si las cabinas tienen un operador, las cabinas deben estar cerradas y provistas de aire acondicionado filtrado.
Haciendo patrones
La creación de patrones es un oficio altamente calificado que traduce los planos de diseño bidimensionales en un objeto tridimensional. Los patrones de madera tradicionales se fabrican en talleres estándar que contienen herramientas manuales y equipos eléctricos de corte y cepillado. En este caso, se deben tomar todas las medidas razonablemente practicables para reducir el ruido en la mayor medida posible, y se deben proporcionar protectores auditivos adecuados. Es importante que los empleados sean conscientes de las ventajas de utilizar dicha protección.
Las máquinas motorizadas de corte y acabado de madera son fuentes obvias de peligro y, a menudo, no se pueden instalar protecciones adecuadas sin evitar que la máquina funcione en absoluto. Los empleados deben estar bien versados en el procedimiento operativo normal y también deben recibir instrucciones sobre los peligros inherentes al trabajo.
El aserrado de madera puede generar exposición al polvo. Se deben instalar sistemas de ventilación eficientes para eliminar el polvo de madera de la atmósfera del taller de patrones. En ciertas industrias que utilizan maderas duras, se ha observado cáncer nasal. Esto no ha sido estudiado en la industria de fundición.
La fundición en moldes metálicos permanentes, al igual que la fundición a presión, ha supuesto un avance importante en la industria de la fundición. En este caso, la creación de patrones se reemplaza en gran medida por métodos de ingeniería y es realmente una operación de fabricación de troqueles. La mayoría de los peligros de la fabricación de patrones y los riesgos de la arena se eliminan, pero se reemplazan por el riesgo inherente al uso de algún tipo de material refractario para recubrir el troquel o el molde. En el trabajo moderno de fundición a presión, se hace un uso cada vez mayor de machos de arena, en cuyo caso los peligros del polvo de la fundición de arena todavía están presentes.
Moulding
El proceso de moldeo más común en la industria de fundición de hierro utiliza el molde tradicional de “arena verde” hecho de arena de sílice, polvo de carbón, arcilla y aglomerantes orgánicos. Otros métodos de producción de moldes están adaptados de la fabricación de machos: termoendurecibles, autoendurecibles en frío y endurecidos con gas. Estos métodos y sus peligros se discutirán en la fabricación de machos. También se pueden utilizar moldes permanentes o el proceso de espuma perdida, especialmente en la industria de fundición de aluminio.
En las fundiciones de producción, se integran y mecanizan la mezcla de arena, el moldeado, el montaje de moldes, el vertido y el desmoldado. La arena del desmolde se recicla nuevamente a la operación de mezcla de arena, donde se agregan agua y otros aditivos y la arena se mezcla en molinillos para mantener las propiedades físicas deseadas.
Para facilitar el montaje, los patrones (y sus moldes) se fabrican en dos partes. En la fabricación manual de moldes, los moldes se encierran en marcos de metal o madera llamados matraces. La mitad inferior del patrón se coloca en el matraz inferior (el arrastrar), y primero se vierte arena fina y luego arena gruesa alrededor del patrón. La arena se compacta en el molde mediante un proceso de sacudida, eslinga de arena o presión. El matraz superior (el enfrentar) se prepara de manera similar. Los espaciadores de madera se colocan en la cubierta para formar los canales de bebedero y de elevación, que son la vía por la que el metal fundido fluye hacia la cavidad del molde. Se quitan los patrones, se inserta el núcleo y luego se ensamblan y sujetan las dos mitades del molde, listas para verter. En las fundiciones de producción, las cajas de arrastre y de frente se preparan en un transportador mecánico, los núcleos se colocan en la caja de arrastre y el molde se ensambla por medios mecánicos.
El polvo de sílice es un problema potencial dondequiera que se manipule arena. La arena de moldeo suele estar húmeda o mezclada con resina líquida y, por lo tanto, es menos probable que sea una fuente importante de polvo respirable. A veces se agrega un agente separador como el talco para facilitar la eliminación del patrón del molde. El talco respirable causa talcosis, un tipo de neumoconiosis. Los agentes de separación están más extendidos donde se emplea el moldeado manual; en los procesos más grandes y automáticos rara vez se ven. A veces se rocían productos químicos sobre la superficie del molde, se suspenden o disuelven en alcohol isopropílico, que luego se quema para dejar el compuesto, generalmente un tipo de grafito, que recubre el molde para lograr una fundición con un acabado superficial más fino. Esto implica un riesgo de incendio inmediato, y todos los empleados involucrados en la aplicación de estos recubrimientos deben contar con ropa protectora ignífuga y protección para las manos, ya que los solventes orgánicos también pueden causar dermatitis. Los recubrimientos deben aplicarse en una cabina ventilada para evitar que los vapores orgánicos escapen al lugar de trabajo. También se deben observar precauciones estrictas para garantizar que el alcohol isopropílico se almacene y use con seguridad. Debe transferirse a un recipiente pequeño para su uso inmediato, y los recipientes de almacenamiento más grandes deben mantenerse alejados del proceso de combustión.
La fabricación manual de moldes puede implicar la manipulación de objetos grandes y voluminosos. Los moldes en sí son pesados, al igual que las cajas de moldeo o los matraces. A menudo se levantan, mueven y apilan a mano. Las lesiones en la espalda son comunes y se necesitan asistencias eléctricas para que los empleados no tengan que levantar objetos demasiado pesados para transportarlos de manera segura.
Los diseños estandarizados están disponibles para recintos de mezcladores, transportadores y estaciones de vertido y desmoldado con volúmenes de escape y velocidades de captura y transporte adecuados. El cumplimiento de dichos diseños y el mantenimiento preventivo estricto de los sistemas de control lograrán el cumplimiento de los límites reconocidos internacionalmente para la exposición al polvo.
Fabricación de machos
Los núcleos insertados en el molde determinan la configuración interna de una fundición hueca, como la camisa de agua de un bloque de motor. El núcleo debe soportar el proceso de colado pero al mismo tiempo no debe ser tan fuerte como para resistir la remoción del colado durante la etapa de extracción.
Antes de la década de 1960, las mezclas de núcleo incluían arena y aglutinantes, como aceite de linaza, melaza o dextrina (arena aceitosa). La arena se empaquetó en una caja de núcleo con una cavidad en forma de núcleo y luego se secó en un horno. Los hornos centrales desarrollan productos de pirólisis nocivos y requieren un sistema de chimenea adecuado y bien mantenido. Normalmente, las corrientes de convección dentro del horno serán suficientes para asegurar una eliminación satisfactoria de los humos del lugar de trabajo, aunque contribuyen enormemente a la contaminación del aire. el peligro es menor; en algunos casos, sin embargo, pequeñas cantidades de acroleína en los vapores pueden ser una molestia considerable. Los machos pueden ser tratados con un “recubrimiento acampanado” para mejorar el acabado superficial de la fundición, lo que exige las mismas precauciones que en el caso de los moldes.
El moldeo en caja caliente o carcasa y la fabricación de machos son procesos termoendurecibles que se utilizan en las fundiciones de hierro. La arena nueva se puede mezclar con resina en la fundición, o la arena recubierta con resina se puede enviar en bolsas para agregarla a la máquina de fabricación de machos. La arena de resina se inyecta en un patrón de metal (la caja del núcleo). Luego, el patrón se calienta, mediante fuegos directos de gas natural en el proceso de caja caliente o por otros medios para moldear y machos de carcasa. Las cajas calientes suelen utilizar una resina termoendurecible de alcohol furfurílico (furano), urea o fenol-formaldehído. El moldeado de carcasa utiliza una resina de urea o fenol-formaldehído. Después de un breve tiempo de curado, el núcleo se endurece considerablemente y puede ser empujado fuera de la placa modelo por los pasadores eyectores. La fabricación de núcleos de carcasa y caja caliente genera una exposición sustancial al formaldehído, que es un carcinógeno probable, y otros contaminantes, según el sistema. Las medidas de control para el formaldehído incluyen suministro de aire directo en la estación del operador, extracción local en la caja de núcleos, recinto y extracción local en la estación de almacenamiento de núcleos y resinas de baja emisión de formaldehído. El control satisfactorio es difícil de lograr. Se debe proporcionar vigilancia médica para enfermedades respiratorias a los trabajadores de la fabricación de machos. Debe evitarse el contacto de la resina de fenol o urea-formaldehído con la piel o los ojos porque las resinas son irritantes o sensibilizantes y pueden causar dermatitis. El lavado abundante con agua ayudará a evitar el problema.
Los sistemas de endurecimiento de fraguado en frío (sin cocción) actualmente en uso incluyen: resinas de urea y fenol-formaldehído catalizadas por ácido con y sin alcohol furfurílico; isocianatos alquídicos y fenólicos; Fascold; silicatos de fraguado automático; inoset; arena de cemento y arena fluida o moldeable. Los endurecedores de fraguado en frío no requieren calentamiento externo para fraguar. Los isocianatos empleados en los aglutinantes se basan normalmente en isocianato de metileno difenilo (MDI), que, si se inhala, puede actuar como irritante o sensibilizador respiratorio, provocando asma. Se recomienda el uso de guantes y gafas protectoras al manipular o usar estos compuestos. Los propios isocianatos deben almacenarse cuidadosamente en recipientes sellados en condiciones secas a una temperatura entre 10 y 30 °C. Los recipientes de almacenamiento vacíos deben llenarse y remojarse durante 24 horas con una solución de carbonato de sodio al 5% para neutralizar cualquier químico residual que quede en el tambor. La mayoría de los principios generales de limpieza deben aplicarse estrictamente a los procesos de moldeo de resina, pero se debe tener la mayor precaución al manipular los catalizadores utilizados como agentes de fraguado. Los catalizadores para las resinas de fenol e isocianato de aceite suelen ser aminas aromáticas basadas en compuestos de piridina, que son líquidos con un olor acre. Pueden causar irritación severa de la piel y daño renal y hepático y también pueden afectar el sistema nervioso central. Estos compuestos se suministran como aditivos separados (aglutinante de tres partes) o se mezclan con los materiales de aceite, y se debe proporcionar LEV en las etapas de mezclado, moldeado, fundición y extracción. Para algunos otros procesos sin cocción, los catalizadores utilizados son ácidos fosfóricos o varios ácidos sulfónicos, que también son tóxicos; deben protegerse adecuadamente contra accidentes durante el transporte o el uso.
La fabricación de machos endurecidos con gas comprende el dióxido de carbono (CO2)-silicato y los procesos Isocure (o “Ashland”). Muchas variaciones del CO2-El proceso de silicato se ha desarrollado desde la década de 1950. Este proceso se ha utilizado generalmente para la producción de moldes y machos medianos a grandes. La arena del núcleo es una mezcla de silicato de sodio y arena de sílice, generalmente modificada agregando sustancias como melaza como agentes de descomposición. Una vez que se llena la caja del núcleo, el núcleo se cura pasando dióxido de carbono a través de la mezcla del núcleo. Esto forma carbonato de sodio y gel de sílice, que actúa como aglutinante.
El silicato de sodio es una sustancia alcalina y puede ser nocivo si entra en contacto con la piel o los ojos o si se ingiere. Es recomendable prever una ducha de emergencia cerca de las zonas donde se manipulen grandes cantidades de silicato de sodio y llevar siempre guantes. Se debe ubicar una fuente de lavado de ojos fácilmente disponible en cualquier área de fundición donde se use silicato de sodio. El co2 puede suministrarse como sólido, líquido o gas. Cuando se suministre en cilindros o tanques a presión, se deben tomar muchas precauciones de limpieza, como almacenamiento de cilindros, mantenimiento de válvulas, manejo, etc. También existe el riesgo del propio gas, ya que puede reducir la concentración de oxígeno en el aire en espacios cerrados.
El proceso Isocure se utiliza para machos y moldes. Este es un sistema de fraguado con gas en el que una resina, frecuentemente fenol-formaldehído, se mezcla con un diisocianato (p. ej., MDI) y arena. Esto se inyecta en la caja central y luego se gasifica con una amina, generalmente trietilamina o dimetiletilamina, para provocar la reacción de reticulación y fraguado. Las aminas, a menudo vendidas en bidones, son líquidos altamente volátiles con un fuerte olor a amoníaco. Existe un riesgo muy real de incendio o explosión, y se debe tener mucho cuidado, especialmente cuando el material se almacena a granel. El efecto característico de estas aminas es provocar halovisión e inflamación corneal, aunque también afectan al sistema nervioso central, donde pueden provocar convulsiones, parálisis y, en ocasiones, la muerte. Si parte de la amina entra en contacto con los ojos o la piel, las medidas de primeros auxilios deben incluir el lavado con abundante agua durante al menos 15 minutos y atención médica inmediata. En el proceso Isocure, la amina se aplica como vapor en un portador de nitrógeno, y el exceso de amina se lava a través de una torre de ácido. Las fugas de la caja de machos son la causa principal de la alta exposición, aunque también es significativa la emisión de gases de amina de los machos fabricados. Se debe tener mucho cuidado en todo momento al manipular este material, y se debe instalar un equipo de ventilación de escape adecuado para eliminar los vapores de las áreas de trabajo.
Sacudido, extracción de fundición y extracción de testigos
Después de que el metal fundido se haya enfriado, la fundición en bruto debe retirarse del molde. Este es un proceso ruidoso, que normalmente expone a los operadores muy por encima de 90 dBA durante una jornada laboral de 8 horas. Deben proporcionarse protectores auditivos si no es factible reducir la salida de ruido. La mayor parte del molde se separa de la pieza fundida generalmente por un impacto brusco. Con frecuencia, la caja de moldeo, el molde y la fundición se dejan caer sobre una rejilla vibratoria para desalojar la arena (sacudida). Luego, la arena cae a través de la rejilla a una tolva o a un transportador donde puede someterse a separadores magnéticos y reciclarse para su molienda, tratamiento y reutilización, o simplemente desecharse. A veces, se puede usar chorro de agua en lugar de una rejilla, creando menos polvo. El núcleo se extrae aquí, también a veces utilizando corrientes de agua a alta presión.
Luego se retira la fundición y se transfiere a la siguiente etapa de la operación de extracción. A menudo, las piezas fundidas pequeñas se pueden quitar de la mufla mediante un proceso de "perforación" antes de la sacudida, lo que produce menos polvo. La arena genera niveles peligrosos de polvo de sílice porque ha estado en contacto con metal fundido y, por lo tanto, está muy seca. El metal y la arena permanecen muy calientes. Se necesita protección para los ojos. Las superficies para caminar y trabajar deben mantenerse libres de chatarra, que es un peligro de tropiezo, y de polvo, que puede volver a suspenderse para representar un peligro de inhalación.
Se han llevado a cabo relativamente pocos estudios para determinar qué efecto, si es que tienen alguno, tienen los nuevos aglutinantes de núcleos sobre la salud del operador de descorazonado en particular. Los furanos, alcohol furfurílico y ácido fosfórico, resinas de urea y fenol-formaldehído, silicato de sodio y dióxido de carbono, no-bakes, aceite de linaza modificado y MDI, todos sufren algún tipo de descomposición térmica cuando se exponen a las temperaturas de los metales fundidos.
Aún no se han realizado estudios sobre el efecto de la partícula de sílice recubierta de resina en el desarrollo de neumoconiosis. No se sabe si estos recubrimientos tendrán un efecto inhibidor o acelerador de las lesiones del tejido pulmonar. Se teme que los productos de reacción del ácido fosfórico puedan liberar fosfina. Los experimentos con animales y algunos estudios seleccionados han demostrado que el efecto del polvo de sílice en el tejido pulmonar se acelera mucho cuando la sílice se trata con un ácido mineral. Las resinas de urea y fenol-formaldehído pueden liberar fenoles, aldehídos y monóxido de carbono libres. Los azúcares agregados para aumentar la colapsabilidad producen cantidades significativas de monóxido de carbono. Los no horneados liberarán isocianatos (p. ej., MDI) y monóxido de carbono.
Desbarbado (limpieza)
La limpieza de la fundición, o desbarbado, se lleva a cabo después del desmoldado y la extracción del núcleo. Los diversos procesos involucrados se designan de diversas formas en diferentes lugares, pero pueden clasificarse en términos generales de la siguiente manera:
La extracción del bebedero es la primera operación de vendaje. Hasta la mitad del metal fundido en el molde no forma parte de la fundición final. El molde debe incluir depósitos, cavidades, alimentadores y bebedero para que se llene de metal para completar el objeto colado. El bebedero por lo general se puede quitar durante la etapa de extracción, pero a veces esto debe llevarse a cabo como una etapa separada de la operación de desbarbado o desbaste. La extracción del bebedero se realiza a mano, generalmente golpeando la fundición con un martillo. Para reducir el ruido, los martillos metálicos se pueden sustituir por unos revestidos de goma y los transportadores revestidos con la misma goma amortiguadora del ruido. Los fragmentos de metal caliente se desprenden y representan un peligro para los ojos. Se debe usar protección para los ojos. Normalmente, los bebederos desprendidos deben devolverse a la región de carga de la planta de fusión y no debe permitirse que se acumulen en la sección de desbarbado de la fundición. Después del despulpado (pero a veces antes), la mayoría de las piezas fundidas se granallan o se voltean para eliminar los materiales del molde y quizás para mejorar el acabado de la superficie. Los barriles que caen generan altos niveles de ruido. Pueden ser necesarios recintos, que también pueden requerir LEV.
Los métodos de preparación en las fundiciones de acero, hierro y no ferrosas son muy similares, pero existen dificultades especiales en la preparación y desbarbado de las fundiciones de acero debido a las mayores cantidades de arena fundida quemada en comparación con las fundiciones de hierro y no ferrosas. La arena fundida en fundiciones de acero grandes puede contener cristobalita, que es más tóxica que el cuarzo que se encuentra en la arena virgen.
El granallado sin aire o el volteo de las piezas fundidas antes del astillado y el esmerilado son necesarios para evitar la sobreexposición al polvo de sílice. La fundición debe estar libre de polvo visible, aunque aún se puede generar un riesgo de sílice al esmerilar si la sílice se quema en la superficie metálica aparentemente limpia de la fundición. La granalla es propulsada centrífugamente en la fundición y no se requiere ningún operador dentro de la unidad. La cabina de chorreado debe estar ventilada para que no se escape polvo visible. Solo cuando hay una avería o deterioro de la cabina de granallado y/o del ventilador y del colector hay un problema de polvo.
Se puede usar agua, agua y arena o granallado a presión para eliminar la arena adherida al someter la fundición a un chorro de agua a alta presión o granalla de hierro o acero. El chorro de arena ha sido prohibido en varios países (p. ej., el Reino Unido) debido al riesgo de silicosis a medida que las partículas de arena se vuelven cada vez más finas y la fracción respirable aumenta continuamente. El agua o perdigones se descarga a través de una pistola y claramente puede presentar un riesgo para el personal si no se maneja correctamente. Las voladuras deben realizarse siempre en un espacio aislado y cerrado. Todos los recintos de voladura deben inspeccionarse a intervalos regulares para garantizar que el sistema de extracción de polvo esté funcionando y que no haya fugas a través de las cuales la granalla o el agua puedan escapar hacia la fundición. Los cascos de los blasters deben ser aprobados y mantenidos cuidadosamente. Es recomendable colocar un aviso en la puerta de la cabina, advirtiendo a los empleados que se están realizando voladuras y que está prohibido el ingreso no autorizado. En determinadas circunstancias, se pueden instalar en las puertas cerrojos de retardo vinculados al motor de accionamiento del granallado, lo que hace imposible abrir las puertas hasta que haya cesado el granallado.
Se utiliza una variedad de herramientas de esmerilado para alisar la fundición rugosa. Las muelas abrasivas se pueden montar en máquinas de pie o de pedestal o en amoladoras portátiles o de bastidor móvil. Las amoladoras de pedestal se utilizan para piezas de fundición más pequeñas que se pueden manipular con facilidad; las amoladoras portátiles, las muelas de disco de superficie, las muelas de copa y las muelas de cono se utilizan para una serie de propósitos, incluido el alisado de las superficies internas de las piezas fundidas; Las amoladoras de bastidor oscilante se usan principalmente en fundiciones grandes que requieren una gran cantidad de remoción de metal.
Otras fundiciones
fundición de acero
La producción en la fundición de acero (a diferencia de una acería básica) es similar a la de la fundición de hierro; sin embargo, las temperaturas del metal son mucho más altas. Esto significa que la protección de los ojos con lentes de colores es esencial y que la sílice en el molde se convierte por calor en tridimita o cristobalita, dos formas de sílice cristalina que son particularmente peligrosas para los pulmones. La arena a menudo se quema en la fundición y debe eliminarse por medios mecánicos, lo que da lugar a un polvo peligroso; en consecuencia, son esenciales sistemas eficaces de extracción de polvo y protección respiratoria.
Fundición de aleación ligera
La fundición de aleaciones ligeras utiliza principalmente aleaciones de aluminio y magnesio. Estos a menudo contienen pequeñas cantidades de metales que pueden emitir gases tóxicos en determinadas circunstancias. Los humos deben analizarse para determinar sus constituyentes cuando la aleación pueda contener tales componentes.
En las fundiciones de aluminio y magnesio, la fusión se realiza comúnmente en hornos de crisol. Se recomiendan ventilaciones de escape alrededor de la parte superior de la olla para eliminar los humos. En los hornos de aceite, la combustión incompleta debido a quemadores defectuosos puede dar lugar a que se liberen al aire productos como el monóxido de carbono. Los humos del horno pueden contener hidrocarburos complejos, algunos de los cuales pueden ser cancerígenos. Durante la limpieza de hornos y chimeneas existe el riesgo de exposición al pentóxido de vanadio concentrado en el hollín del horno procedente de los depósitos de petróleo.
El espato flúor se usa comúnmente como fundente en la fundición de aluminio y se pueden liberar cantidades significativas de polvo de fluoruro al medio ambiente. En ciertos casos se ha utilizado cloruro de bario como fundente para aleaciones de magnesio; esta es una sustancia significativamente tóxica y, en consecuencia, requiere un cuidado considerable en su uso. Las aleaciones ligeras pueden desgasificarse ocasionalmente pasando dióxido de azufre o cloro (o compuestos patentados que se descomponen para producir cloro) a través del metal fundido; Para esta operación se requiere ventilación de escape y equipo de protección respiratoria. Con el fin de reducir la velocidad de enfriamiento del metal caliente en el molde, se coloca una mezcla de sustancias (generalmente aluminio y óxido de hierro) que reaccionan de manera altamente exotérmica en el tubo vertical del molde. Esta mezcla de "termita" emite humos densos que se ha demostrado que son inocuos en la práctica. Cuando los humos son de color marrón, se puede generar alarma por sospecha de presencia de óxidos de nitrógeno; sin embargo, esta sospecha es infundada. El aluminio finamente dividido que se produce durante el acabado de las piezas fundidas de aluminio y magnesio constituye un grave peligro de incendio y se deben utilizar métodos húmedos para la recolección de polvo.
La fundición de magnesio conlleva un riesgo potencial considerable de incendio y explosión. El magnesio fundido se encenderá a menos que se mantenga una barrera protectora entre él y la atmósfera; el azufre fundido se emplea ampliamente para este propósito. Los trabajadores de fundición que aplican el polvo de azufre al crisol a mano pueden desarrollar dermatitis y deben estar provistos de guantes hechos de tela ignífuga. El azufre en contacto con el metal arde constantemente, por lo que se desprenden cantidades considerables de anhídrido sulfuroso. Se debe instalar ventilación de escape. Se debe informar a los trabajadores del peligro de que una olla o cucharón de magnesio fundido se incendie, lo que puede dar lugar a una densa nube de óxido de magnesio finamente dividido. Todos los trabajadores de la fundición de magnesio deben usar ropa protectora de materiales ignífugos. La ropa cubierta con polvo de magnesio no debe guardarse en armarios sin control de humedad, ya que puede producirse una combustión espontánea. El polvo de magnesio debe eliminarse de la ropa. La tiza francesa se usa mucho para preparar moldes en las fundiciones de magnesio; el polvo debe ser controlado para prevenir la talcosis. Los aceites penetrantes y los polvos para espolvorear se emplean en la inspección de fundiciones de aleaciones ligeras para la detección de grietas.
Se han introducido colorantes para mejorar la eficacia de estas técnicas. Se ha descubierto que ciertos tintes rojos se absorben y excretan en el sudor, lo que ensucia la ropa personal; aunque esta condición es una molestia, no se han observado efectos sobre la salud.
Fundiciones de latón y bronce
Los humos de metales tóxicos y el polvo de las aleaciones típicas son un peligro especial de las fundiciones de latón y bronce. Las exposiciones al plomo por encima de los límites seguros en las operaciones de fusión, vertido y acabado son comunes, especialmente cuando las aleaciones tienen una composición alta en plomo. El peligro del plomo en la limpieza de hornos y eliminación de escoria es particularmente agudo. La sobreexposición al plomo es frecuente en la fundición y el vertido y también puede ocurrir en la molienda. Los humos de zinc y cobre (los constituyentes del bronce) son las causas más comunes de la fiebre de los humos metálicos, aunque la afección también se ha observado en trabajadores de fundición que utilizan magnesio, aluminio, antimonio, etc. Algunas aleaciones de alta resistencia contienen cadmio, que puede causar neumonía química por exposición aguda y daño renal y cáncer de pulmón por exposición crónica.
Proceso de molde permanente
La fundición en moldes permanentes de metal, como en la fundición a presión, ha sido un desarrollo importante en la fundición. En este caso, la creación de patrones se reemplaza en gran medida por métodos de ingeniería y es realmente una operación de hundimiento. La mayoría de los peligros de la fabricación de patrones se eliminan así y los riesgos de la arena también se eliminan, pero se reemplazan por un grado de riesgo inherente al uso de algún tipo de material refractario para recubrir la matriz o el molde. En el trabajo moderno de fundición a presión, se hace un uso cada vez mayor de machos de arena, en cuyo caso los peligros del polvo de la fundición de arena todavía están presentes.
fundición a presión
El aluminio es un metal común en la fundición a presión. Los herrajes para automóviles, como las molduras cromadas, suelen ser de zinc fundido, seguidos de cobre, níquel y cromo. El riesgo de fiebre por humos metálicos de los humos de zinc debe controlarse constantemente, al igual que la neblina de ácido crómico.
Las máquinas de fundición a presión presentan todos los peligros comunes a las prensas hidráulicas. Además, el trabajador puede estar expuesto a la neblina de aceites utilizados como lubricantes para troqueles y debe estar protegido contra la inhalación de estas neblinas y el peligro de la ropa saturada de aceite. Los fluidos hidráulicos resistentes al fuego utilizados en las prensas pueden contener compuestos organofosforados tóxicos, y se debe tener especial cuidado durante los trabajos de mantenimiento en los sistemas hidráulicos.
Fundición de precisión
Las fundiciones de precisión se basan en el proceso de fundición a la cera perdida o de inversión, en el que los patrones se fabrican mediante el moldeo por inyección de cera en un troquel; estos patrones se recubren con un polvo refractario fino que sirve como material de revestimiento del molde, y luego la cera se funde antes de la fundición o mediante la introducción del propio metal de fundición.
La eliminación de la cera presenta un riesgo de incendio definitivo, y la descomposición de la cera produce acroleína y otros productos de descomposición peligrosos. Los hornos de quemado de cera deben estar adecuadamente ventilados. Se ha utilizado tricloroetileno para eliminar los últimos restos de cera; este solvente puede acumularse en bolsas en el molde o ser absorbido por el material refractario y vaporizarse o descomponerse durante el vertido. La inclusión de materiales refractarios de microfusión de asbesto debe eliminarse debido a los peligros del asbesto.
Problemas de salud y patrones de enfermedad
Las fundiciones se destacan entre los procesos industriales debido a una mayor tasa de mortalidad derivada de los derrames y explosiones de metal fundido, el mantenimiento de la cúpula, incluida la caída del fondo y los peligros de monóxido de carbono durante el revestimiento. Las fundiciones informan una mayor incidencia de lesiones por cuerpos extraños, contusiones y quemaduras y una menor proporción de lesiones musculoesqueléticas que otras instalaciones. También tienen los niveles más altos de exposición al ruido.
Un estudio de varias docenas de lesiones mortales en fundiciones reveló las siguientes causas: aplastamiento entre los carros transportadores del molde y las estructuras de los edificios durante el mantenimiento y la solución de problemas, aplastamiento mientras se limpiaban las trituradoras que se activaron de forma remota, quemaduras de metal fundido después de la falla de la grúa, agrietamiento del molde, transferencia desbordante cucharón, erupción de vapor en un cucharón sin secar, caídas desde grúas y plataformas de trabajo, electrocución por equipos de soldadura, aplastamiento por vehículos de manipulación de materiales, quemaduras por caída desde el fondo del cubilote, atmósfera con alto contenido de oxígeno durante la reparación del cubilote y sobreexposición al monóxido de carbono durante la reparación del cubilote.
Ruedas abrasivas
El estallido o rotura de muelas abrasivas puede causar lesiones graves o fatales: los espacios entre la muela y el resto en las amoladoras de pedestal pueden atrapar y aplastar la mano o el antebrazo. Los ojos sin protección están en riesgo en todas las etapas. Los resbalones y caídas, especialmente cuando se transportan cargas pesadas, pueden ser causados por pisos obstruidos o mal mantenidos. Las lesiones en los pies pueden deberse a la caída de objetos o la caída de cargas. Esguinces y torceduras pueden resultar del esfuerzo excesivo al levantar y cargar. Los aparatos de elevación mal mantenidos pueden fallar y hacer que los materiales caigan sobre los trabajadores. Las descargas eléctricas pueden ser el resultado de equipos eléctricos mal mantenidos o desenterrados (sin conexión a tierra), especialmente herramientas portátiles.
Todas las partes peligrosas de la maquinaria, especialmente las ruedas abrasivas, deben tener protección adecuada, con bloqueo automático si se quita la protección durante el procesamiento. Deben eliminarse los espacios peligrosos entre la rueda y el resto en las amoladoras de pedestal, y debe prestarse mucha atención a todas las precauciones en el cuidado y mantenimiento de las ruedas abrasivas y en la regulación de su velocidad (se requiere especial cuidado con las ruedas portátiles). Se debe hacer cumplir el mantenimiento estricto de todo el equipo eléctrico y los arreglos de conexión a tierra adecuados. Los trabajadores deberían ser instruidos en las técnicas correctas de elevación y transporte y deberían saber cómo sujetar cargas a ganchos de grúa y otros dispositivos de elevación. También se debe proporcionar EPP adecuado, como protectores para los ojos y la cara y protección para los pies y las piernas. Se deben tomar medidas para primeros auxilios rápidos, incluso para lesiones menores, y atención médica competente cuando sea necesario.
Dust
Las enfermedades causadas por el polvo son prominentes entre los trabajadores de las fundiciones. Las exposiciones a la sílice a menudo se acercan a los límites de exposición prescritos o los superan, incluso en operaciones de limpieza bien controladas en fundiciones de producción modernas y donde las piezas fundidas están libres de polvo visible. Las exposiciones muchas veces por encima del límite ocurren cuando las piezas fundidas tienen polvo o los gabinetes tienen fugas. Las sobreexposiciones son probables cuando el polvo visible escapa por la ventilación durante el desmoldado, la preparación de arena o la reparación de refractarios.
La silicosis es el principal peligro para la salud en el taller de tallado de acero; una neumoconiosis mixta es más prevalente en el deshuesado de hierro (Landrigan et al. 1986). En la fundición, la prevalencia aumenta con la duración de la exposición y los niveles más altos de polvo. Existe alguna evidencia de que las condiciones en las fundiciones de acero son más propensas a causar silicosis que las de las fundiciones de hierro debido a los niveles más altos de sílice libre presente. Los intentos de establecer un nivel de exposición en el que no ocurra silicosis no han sido concluyentes; el umbral es probablemente inferior a 100 microgramos/m3 y tal vez tan bajo como la mitad de esa cantidad.
En la mayoría de los países, la aparición de nuevos casos de silicosis está disminuyendo, en parte debido a los cambios en la tecnología, el abandono de la arena de sílice en las fundiciones y el abandono de los ladrillos de sílice y la adopción de revestimientos básicos para hornos en la fundición de acero. Una de las principales razones es el hecho de que la automatización se ha traducido en el empleo de menos trabajadores en la producción de acero y las fundiciones. Sin embargo, la exposición al polvo de sílice respirable sigue siendo obstinadamente alta en muchas fundiciones, y en países donde los procesos requieren mucha mano de obra, la silicosis sigue siendo un problema importante.
La silicotuberculosis ha sido reportada durante mucho tiempo en trabajadores de fundición. Donde ha disminuido la prevalencia de la silicosis, ha habido una caída paralela en los casos notificados de tuberculosis, aunque esa enfermedad no se ha erradicado por completo. En países donde los niveles de polvo se han mantenido altos, los procesos polvorientos requieren mucha mano de obra y la prevalencia de tuberculosis en la población general es elevada, la tuberculosis sigue siendo una causa importante de muerte entre los trabajadores de fundición.
Muchos trabajadores que padecen neumoconiosis también tienen bronquitis crónica, a menudo asociada con enfisema; muchos investigadores han pensado durante mucho tiempo que, al menos en algunos casos, las exposiciones ocupacionales pueden haber influido. También se ha informado que el cáncer de pulmón, la neumonía lobular, la bronconeumonía y la trombosis coronaria están asociados con la neumoconiosis en trabajadores de fundición.
Una revisión reciente de estudios de mortalidad de trabajadores de fundición, incluida la industria automotriz estadounidense, mostró un aumento de las muertes por cáncer de pulmón en 14 de 15 estudios. Debido a que se encuentran altas tasas de cáncer de pulmón entre los trabajadores de salas de limpieza donde el peligro principal es la sílice, es probable que también se encuentren exposiciones mixtas.
Los estudios de carcinógenos en el entorno de la fundición se han concentrado en los hidrocarburos aromáticos policíclicos formados en la descomposición térmica de los aditivos y aglutinantes de la arena. Se ha sugerido que metales como el cromo y el níquel, y polvos como el sílice y el asbesto, también pueden ser responsables de parte del exceso de mortalidad. Las diferencias en la química de moldeo y fabricación de machos, el tipo de arena y la composición de las aleaciones de hierro y acero pueden ser responsables de los diferentes niveles de riesgo en diferentes fundiciones (IARC 1984).
Se encontró un aumento de la mortalidad por enfermedad respiratoria no maligna en 8 de 11 estudios. También se registraron muertes por silicosis. Los estudios clínicos encontraron cambios en los rayos X característicos de la neumoconiosis, déficits de la función pulmonar característicos de la obstrucción y aumento de los síntomas respiratorios entre los trabajadores de las modernas fundiciones de producción "limpia". Estos fueron el resultado de exposiciones posteriores a la década de 960 y sugieren fuertemente que los riesgos para la salud que prevalecen en las fundiciones más antiguas aún no se han eliminado.
La prevención de los trastornos pulmonares es esencialmente una cuestión de control del polvo y el humo; la solución generalmente aplicable es proporcionar una buena ventilación general junto con LEV eficiente. Los sistemas de bajo volumen y alta velocidad son los más adecuados para algunas operaciones, particularmente las muelas abrasivas portátiles y las herramientas neumáticas.
Los cinceles manuales o neumáticos utilizados para eliminar la arena quemada producen mucho polvo finamente dividido. Cepillar el exceso de materiales con cepillos de alambre giratorios o cepillos manuales también produce mucho polvo; Se requiere VEL.
Las medidas de control de polvo se adaptan fácilmente a las amoladoras de pie y de bastidor móvil. El rectificado portátil de piezas fundidas pequeñas se puede llevar a cabo en bancos ventilados por extracción, o se puede aplicar ventilación a las propias herramientas. El cepillado también se puede realizar en un banco ventilado. El control del polvo en fundiciones grandes presenta un problema, pero se ha logrado un progreso considerable con los sistemas de ventilación de alta velocidad y bajo volumen. Se necesita instrucción y capacitación en su uso para superar las objeciones de los trabajadores que encuentran estos sistemas engorrosos y se quejan de que su visión del área de trabajo se ve afectada.
El desbarbado y desbarbado de fundiciones muy grandes donde la ventilación local es impracticable debe hacerse en un área separada y aislada y en un momento en que haya pocos trabajadores presentes. Se debe proporcionar a cada trabajador un equipo de protección personal adecuado que se limpie y repare regularmente, junto con instrucciones sobre su uso adecuado.
Desde la década de 1950, se han introducido una variedad de sistemas de resinas sintéticas en las fundiciones para unir arena en machos y moldes. Estos generalmente comprenden un material base y un catalizador o endurecedor que inicia la polimerización. Muchas de estas sustancias químicas reactivas son sensibilizantes (p. ej., isocianatos, alcohol furfurílico, aminas y formaldehído) y ahora se han relacionado con casos de asma ocupacional entre los trabajadores de las fundiciones. En un estudio, 12 de 78 trabajadores de fundición expuestos a resinas Pepset (caja fría) tenían síntomas asmáticos y, de estos, seis tenían una marcada disminución en las tasas de flujo de aire en una prueba de provocación con diisocianato de metilo (Johnson et al. 1985). ).
Soldadura
La soldadura en talleres de desbarbado expone a los trabajadores a vapores metálicos con el consiguiente peligro de toxicidad y fiebre del metal, según la composición de los metales involucrados. La soldadura en hierro fundido requiere una varilla de níquel y genera exposición a los vapores de níquel. La antorcha de plasma produce una cantidad considerable de vapores metálicos, ozono, óxido de nitrógeno y radiación ultravioleta, y genera altos niveles de ruido.
Se puede proporcionar un banco con ventilación de escape para soldar piezas de fundición pequeñas. Es difícil controlar las exposiciones durante las operaciones de soldadura o quemado en fundiciones grandes. Un enfoque exitoso consiste en crear una estación central para estas operaciones y proporcionar LEV a través de un conducto flexible colocado en el punto de soldadura. Esto requiere capacitar al trabajador para mover el conducto de un lugar a otro. Una buena ventilación general y, cuando sea necesario, el uso de EPP ayudará a reducir la exposición general al polvo y al humo.
Ruido y vibración
Los niveles más altos de ruido en la fundición generalmente se encuentran en las operaciones de desmontaje y limpieza; son mayores en las fundiciones mecanizadas que en las manuales. El propio sistema de ventilación puede generar exposiciones cercanas a los 90 dBA.
Los niveles de ruido en el desbaste de fundiciones de acero pueden estar en el rango de 115 a 120 dBA, mientras que los que se encuentran realmente en el desbarbado de hierro fundido están en el rango de 105 a 115 dBA. La Asociación Británica de Investigación de Fundición de Acero estableció que las fuentes de ruido durante el desbarbado incluyen:
Las estrategias de control de ruido varían según el tamaño de la fundición, el tipo de metal, el área de trabajo disponible, el uso de herramientas portátiles y otros factores relacionados. Se dispone de determinadas medidas básicas para reducir la exposición al ruido de personas y colaboradores, entre las que se encuentran el aislamiento en tiempo y espacio, cerramientos completos, tabiques fonoabsorbentes parciales, ejecución de obras sobre superficies fonoabsorbentes, deflectores, paneles y capotas de absorbentes u otros materiales acústicos. Se deben observar las pautas para los límites de exposición diarios seguros y, como último recurso, se pueden usar dispositivos de protección personal.
Un banco de desbarbado desarrollado por la Asociación Británica de Investigación de Fundición de Acero reduce el ruido del astillado entre 4 y 5 dBA. Este banco incorpora un sistema de escape para eliminar el polvo. Esta mejora es alentadora y da la esperanza de que, con un mayor desarrollo, serán posibles reducciones de ruido aún mayores.
Síndrome de vibración mano-brazo
Las herramientas vibratorias portátiles pueden causar el fenómeno de Raynaud (síndrome de vibración mano-brazo, HAVS). Esto es más frecuente en los desbastadores de acero que en los de hierro y más frecuente entre los que utilizan herramientas rotativas. La tasa vibratoria crítica para la aparición de este fenómeno está entre 2,000 y 3,000 revoluciones por minuto y en el rango de 40 a 125 Hz.
Ahora se cree que el HAVS tiene efectos sobre varios otros tejidos del antebrazo además de los nervios periféricos y los vasos sanguíneos. Se asocia con el síndrome del túnel carpiano y cambios degenerativos en las articulaciones. Un estudio reciente de astilladoras y trituradoras de acerías mostró que tenían el doble de probabilidades de desarrollar la contractura de Dupuytren que un grupo de comparación (Thomas y Clarke 1992).
La vibración transmitida a las manos del trabajador puede reducirse considerablemente mediante: la selección de herramientas diseñadas para reducir los rangos dañinos de frecuencia y amplitud; dirección del puerto de escape lejos de la mano; uso de múltiples capas de guantes o un guante aislante; y acortamiento del tiempo de exposición por cambios en las operaciones de trabajo, herramientas y períodos de descanso.
Problemas oculares
Algunos de los polvos y productos químicos que se encuentran en las fundiciones (p. ej., isocianatos, formaldehído y aminas terciarias, como dimetiletilamina, trietilamina, etc.) son irritantes y han sido responsables de síntomas visuales entre los trabajadores expuestos. Estos incluyen picazón, ojos llorosos, visión nublada o borrosa o la llamada “visión gris azulada”. Sobre la base de la aparición de estos efectos, se ha recomendado reducir las exposiciones medias ponderadas en el tiempo por debajo de 3 ppm.
Otros problemas
Las exposiciones al formaldehído en o por encima del límite de exposición de EE. UU. se encuentran en operaciones bien controladas de fabricación de machos en caja caliente. Se pueden encontrar exposiciones muchas veces por encima del límite cuando el control de riesgos es deficiente.
El asbesto se ha usado ampliamente en la industria de la fundición y, hasta hace poco, se usaba a menudo en ropa protectora para trabajadores expuestos al calor. Sus efectos se han encontrado en encuestas de rayos X de trabajadores de fundición, tanto entre trabajadores de producción como de mantenimiento que han estado expuestos al asbesto; una encuesta transversal encontró la afectación pleural característica en 20 de 900 trabajadores del acero (Kronenberg et al. 1991).
Exámenes periódicos
Se deben proporcionar exámenes médicos periódicos y previos a la colocación, incluida una encuesta de síntomas, radiografías de tórax, pruebas de función pulmonar y audiogramas, para todos los trabajadores de la fundición, con un seguimiento adecuado si se detectan hallazgos cuestionables o anormales. Los efectos combinados del humo del tabaco sobre el riesgo de problemas respiratorios entre los trabajadores de las fundiciones exigen la inclusión de consejos sobre el abandono del hábito de fumar en un programa de educación y promoción de la salud.
Conclusión
Las fundiciones han sido una operación industrial esencial durante siglos. A pesar de los continuos avances tecnológicos, presentan a los trabajadores una panoplia de peligros para la seguridad y la salud. Debido a que los peligros continúan existiendo incluso en las plantas más modernas con programas ejemplares de prevención y control, proteger la salud y el bienestar de los trabajadores sigue siendo un desafío constante para la gerencia y para los trabajadores y sus representantes. Esto sigue siendo difícil tanto en las recesiones de la industria (cuando las preocupaciones por la salud y la seguridad de los trabajadores tienden a dar paso a las restricciones económicas) como en tiempos de auge (cuando la demanda de una mayor producción puede conducir a atajos potencialmente peligrosos en los procesos). Por lo tanto, la educación y la capacitación en el control de peligros siguen siendo una necesidad constante.
Vista general del proceso
La formación de piezas metálicas mediante la aplicación de altas fuerzas de compresión y tracción es común en toda la fabricación industrial. En las operaciones de estampado, el metal, generalmente en forma de láminas, tiras o bobinas, se moldea en formas específicas a temperatura ambiente mediante cizallamiento, prensado y estiramiento entre matrices, generalmente en una serie de uno o más pasos de impacto discretos. El acero laminado en frío es el material de partida en muchas operaciones de estampado que crean piezas de chapa en la industria automotriz y de electrodomésticos, entre otras. Aproximadamente el 15% de los trabajadores de la industria automotriz trabajan en operaciones o plantas de estampado.
En la forja, la fuerza de compresión se aplica a bloques preformados (piezas en blanco) de metal, generalmente calentados a altas temperaturas, también en uno o más pasos discretos de prensado. La forma de la pieza final está determinada por la forma de las cavidades en el troquel o troqueles de metal utilizados. Con matrices de impresión abiertas, como en la forja con martillo, la pieza en bruto se comprime entre una matriz unida al yunque inferior y el pistón vertical. Con troqueles de impresión cerrados, como en la forja en prensa, la pieza en bruto se comprime entre el troquel inferior y un troquel superior unido al ariete.
Las forjas de martillo de caída utilizan un cilindro de vapor o aire para levantar el martillo, que luego se deja caer por gravedad o es impulsado por vapor o aire. El operador controla manualmente el número y la fuerza de los golpes del martillo. El operador a menudo sostiene el extremo frío de la culata mientras opera el martillo de caída. La forja con martillo alguna vez representó alrededor de dos tercios de toda la forja realizada en los Estados Unidos, pero hoy en día es menos común.
Las forjas de prensa utilizan un ariete mecánico o hidráulico para dar forma a la pieza con un solo golpe lento y controlado (ver figura 1). La forja en prensa generalmente se controla automáticamente. Se puede realizar en caliente oa temperatura normal (forja en frío, extrusión). Una variación del forjado normal es el laminado, donde se utilizan aplicaciones continuas de fuerza y el operador gira la pieza.
Figura 1. Prensa de forja
Los lubricantes para troqueles se rocían o se aplican de otro modo a las caras de los troqueles y las superficies en blanco antes y entre golpes de martillo o prensa.
Las piezas de máquinas de alta resistencia, como ejes, coronas dentadas, pernos y componentes de suspensión de vehículos, son productos de forja de acero comunes. Los componentes de aeronaves de alta resistencia, como los largueros de las alas, los discos de las turbinas y el tren de aterrizaje, se forjan con aleaciones de aluminio, titanio o níquel y acero. Aproximadamente el 3% de los trabajadores automotrices están en operaciones o plantas de forja.
Las condiciones de trabajo
Muchos peligros comunes en la industria pesada están presentes en las operaciones de estampado y forjado. Estos incluyen lesiones por esfuerzos repetitivos (RSI, por sus siglas en inglés) por manipulación y procesamiento repetidos de piezas y operación de controles de máquinas, como los botones de la palma de la mano. Las piezas pesadas ponen a los trabajadores en riesgo de sufrir problemas de espalda y hombros, así como trastornos musculoesqueléticos de las extremidades superiores. Los operadores de prensas en plantas de estampado automotriz tienen índices de RSI que son comparables a los de los trabajadores de plantas de ensamblaje en trabajos de alto riesgo. La vibración y el ruido de alto impulso están presentes en la mayoría de las operaciones de estampado y algunas de forja (p. ej., martillo neumático o de vapor), lo que provoca pérdida de la audición y posibles enfermedades cardiovasculares; estos se encuentran entre los entornos industriales de mayor ruido (más de 100 dBA). Al igual que en otras formas de sistemas impulsados por automatización, las cargas de energía de los trabajadores pueden ser altas, según las piezas manipuladas y las tasas de ciclo de la máquina.
Las lesiones catastróficas que resultan de movimientos imprevistos de la máquina son comunes en el estampado y la forja. Estos pueden deberse a: (1) fallas mecánicas de los sistemas de control de la máquina, como los mecanismos de embrague en situaciones en las que se espera que los trabajadores estén dentro del entorno operativo de la máquina (un diseño de proceso inaceptable); (2) deficiencias en el diseño o el rendimiento de la máquina que invitan a intervenciones no programadas del trabajador, como mover piezas atascadas o desalineadas; o (3) procedimientos de mantenimiento inadecuados y de alto riesgo realizados sin el bloqueo adecuado de toda la red de máquinas involucrada, incluida la automatización de transferencia de piezas y las funciones de otras máquinas conectadas. La mayoría de las redes de máquinas automatizadas no están configuradas para un bloqueo rápido, eficiente y efectivo o para una resolución de problemas segura.
Las neblinas de los aceites lubricantes de las máquinas generadas durante el funcionamiento normal son otro peligro genérico para la salud en las operaciones de prensas de estampado y forjado accionadas por aire comprimido, lo que puede poner a los trabajadores en riesgo de enfermedades respiratorias, dermatológicas y digestivas.
Problemas de Salud y Seguridad
Stamping
Las operaciones de estampado tienen un alto riesgo de laceración severa debido al manejo requerido de piezas con bordes afilados. Posiblemente peor es el manejo de la chatarra resultante de los perímetros cortados y las secciones de piezas troqueladas. La chatarra generalmente se recolecta mediante tolvas y transportadores alimentados por gravedad. Eliminar atascos ocasionales es una actividad de alto riesgo.
Los peligros químicos específicos del estampado generalmente surgen de dos fuentes principales: compuestos de trefilado (es decir, lubricantes para troqueles) en operaciones de prensado reales y emisiones de soldadura del ensamblaje de las piezas estampadas. Se requieren compuestos de dibujo (DC) para la mayoría de los estampados. El material se rocía o se enrolla sobre una lámina de metal y el propio evento de estampado genera más neblina. Al igual que otros fluidos para trabajar metales, los compuestos de trefilado pueden ser aceites puros o emulsiones de aceite (aceites solubles). Los componentes incluyen fracciones de aceite de petróleo, agentes lubricantes especiales (p. ej., derivados de ácidos grasos animales y vegetales, aceites y ceras clorados), alcanolaminas, sulfonatos de petróleo, boratos, espesantes derivados de la celulosa, inhibidores de la corrosión y biocidas. Las concentraciones de niebla en el aire en las operaciones de estampado pueden alcanzar las de las operaciones típicas de maquinado, aunque estos niveles tienden a ser más bajos en promedio (0.05 a 2.0 mg/mXNUMX).3). Sin embargo, la niebla visible y la película de aceite acumulada en las superficies de los edificios suelen estar presentes, y el contacto con la piel puede ser mayor debido a la manipulación extensiva de las piezas. Las exposiciones con mayor probabilidad de presentar peligros son los aceites clorados (posible cáncer, enfermedad hepática, trastornos de la piel), colofonia o derivados de ácidos grasos de tall oil (sensibilizadores), fracciones de petróleo (cánceres digestivos) y, posiblemente, formaldehído (de biocidas) y nitrosaminas (de alcanolaminas y nitrito de sodio, ya sea como ingredientes de DC o en los revestimientos superficiales del acero entrante). Se ha observado cáncer digestivo elevado en dos plantas de estampado automotriz. Las floraciones microbiológicas en los sistemas que aplican CD al enrollarlos sobre láminas de metal desde un depósito abierto pueden presentar riesgos para los trabajadores por problemas respiratorios y dermatológicos análogos a los de las operaciones de mecanizado.
La soldadura de piezas estampadas se realiza a menudo en plantas de estampado, normalmente sin lavado intermedio. Esto produce emisiones que incluyen humos metálicos y productos de pirólisis y combustión del compuesto de trefilado y otros residuos de la superficie. Las operaciones típicas de soldadura (principalmente por resistencia) en las plantas de estampado generan concentraciones totales de partículas en el aire en el rango de 0.05 a 4.0 mg/m3. El contenido de metal (como humos y óxidos) suele constituir menos de la mitad de ese material particulado, lo que indica que hasta 2.0 mg/m3 es un desecho químico pobremente caracterizado. El resultado es una neblina visible en muchas áreas de soldadura de plantas de estampado. La presencia de derivados clorados y otros ingredientes orgánicos genera serias preocupaciones sobre la composición del humo de soldadura en estos entornos y aboga fuertemente por los controles de ventilación. La aplicación de otros materiales antes de la soldadura (como imprimación, pintura y adhesivos tipo epoxi), algunos de los cuales luego se sueldan, aumenta la preocupación. Las actividades de reparación de la producción de soldadura, que generalmente se realizan manualmente, a menudo presentan exposiciones más altas a estos mismos contaminantes del aire. Se han observado tasas excesivas de cáncer de pulmón entre soldadores en una planta de estampado automotriz.
Forjando
Al igual que el estampado, las operaciones de forjado pueden presentar un alto riesgo de laceración cuando los trabajadores manipulan piezas forjadas o recortan las rebabas o los bordes no deseados de las piezas. La forja de alto impacto también puede expulsar fragmentos, escamas o herramientas, causando lesiones. En algunas actividades de forja, el trabajador agarra la pieza de trabajo con tenazas durante los pasos de presión o impacto, lo que aumenta el riesgo de lesiones musculoesqueléticas. En la forja, a diferencia de la estampación, los hornos para calentar piezas (para forja y recocido), así como depósitos de piezas forjadas en caliente, suelen estar cerca. Estos crean potencial para condiciones de alto estrés por calor. Factores adicionales en el estrés por calor son la carga metabólica del trabajador durante el manejo manual de materiales y, en algunos casos, el calor de los productos de combustión de los lubricantes para troqueles a base de aceite.
La mayoría de las piezas de forja requieren lubricación y tiene la característica adicional de que el lubricante entra en contacto con piezas de alta temperatura. Esto provoca la pirólisis y la aerosolización inmediatas no solo en los troqueles, sino también posteriormente a partir de las piezas humeantes en los recipientes de refrigeración. Los ingredientes lubricantes para matrices de forja pueden incluir lechadas de grafito, espesantes poliméricos, emulsionantes de sulfonato, fracciones de petróleo, nitrato de sodio, nitrito de sodio, carbonato de sodio, silicato de sodio, aceites de silicona y biocidas. Estos se aplican como aerosoles o, en algunas aplicaciones, con un hisopo. Los hornos utilizados para calentar el metal que se va a forjar suelen ser de petróleo o gas, o son hornos de inducción. Las emisiones pueden resultar de hornos alimentados con combustible con tiro inadecuado y de hornos de inducción no ventilados cuando el metal entrante tiene contaminantes en la superficie, como aceite o inhibidores de corrosión, o si, antes de la forja, fue lubricado para corte o aserrado (como en el caso de la barra). En los EE. UU., las concentraciones totales de partículas en el aire en las operaciones de forja suelen oscilar entre 0.1 y 5.0 mg/m3 y varían ampliamente dentro de las operaciones de forjado debido a las corrientes de convección térmica. Se observó una tasa elevada de cáncer de pulmón entre los trabajadores de forja y tratamiento térmico de dos plantas de fabricación de cojinetes de bolas.
Prácticas de salud y seguridad
Pocos estudios han evaluado los efectos reales en la salud de los trabajadores expuestos al estampado o la forja. No se ha realizado una caracterización exhaustiva del potencial de toxicidad de la mayoría de las operaciones de rutina, incluida la identificación y medición de los agentes tóxicos prioritarios. La evaluación de los efectos a largo plazo en la salud de la tecnología de lubricación de troqueles desarrollada en las décadas de 1960 y 1970 solo se ha vuelto factible recientemente. Como resultado, la regulación de estas exposiciones se basa en estándares genéricos de polvo o partículas totales, como 5.0 mg/m3 en los EE.UU. Si bien es probable que sea adecuado en algunas circunstancias, no se puede demostrar que este estándar sea adecuado para muchas aplicaciones de estampado y forjado.
Cierta reducción en las concentraciones de neblina de lubricante de troquel es posible con un manejo cuidadoso del procedimiento de aplicación tanto en estampado como en forja. Se prefiere la aplicación con rodillo en el estampado cuando sea factible, y es beneficioso usar una presión de aire mínima en los rociadores. Se debe investigar la posible eliminación de ingredientes peligrosos prioritarios. Los recintos con colectores de neblina y presión negativa pueden ser muy eficaces, pero pueden ser incompatibles con la manipulación de piezas. Filtrar el aire liberado de los sistemas de aire de alta presión en las prensas reduciría la neblina de aceite de la prensa (y el ruido). El contacto con la piel en las operaciones de estampado se puede reducir con la automatización y un buen equipo de protección personal, que brinde protección contra laceraciones y la saturación de líquidos. Para la soldadura de plantas de estampado, es muy recomendable lavar las piezas antes de soldar, y los recintos parciales con LEV reducirían sustancialmente los niveles de humo.
Los controles para reducir el estrés por calor en el estampado y la forja en caliente incluyen minimizar la cantidad de manejo manual de materiales en áreas de alta temperatura, proteger los hornos para reducir la radiación de calor, minimizar la altura de las puertas y ranuras del horno y usar ventiladores de enfriamiento. La ubicación de los ventiladores de enfriamiento debe ser una parte integral del diseño del movimiento del aire para controlar la exposición a la niebla y el estrés por calor; de lo contrario, el enfriamiento puede obtenerse solo a expensas de exposiciones más altas.
La mecanización del manejo de materiales, el cambio de la forja con martillo a la prensa cuando sea posible y el ajuste del ritmo de trabajo a niveles ergonómicamente prácticos pueden reducir la cantidad de lesiones musculoesqueléticas.
Los niveles de ruido se pueden reducir mediante una combinación de cambio de forja de martillo a prensa cuando sea posible, recintos bien diseñados y silenciamiento de los sopladores del horno, embragues de aire, conductos de aire y manipulación de piezas. Se debe instituir un programa de conservación de la audición.
El EPP necesario incluye protección para la cabeza, protección para los pies, gafas protectoras, protectores auditivos (alrededor del ruido excesivo), delantales y polainas resistentes al calor y al aceite (con un uso intensivo de lubricantes para troqueles a base de aceite) y protección infrarroja para los ojos y la cara (alrededor de hornos).
Peligros ambientales para la salud
Los peligros ambientales que surgen de las plantas de estampado, relativamente menores en comparación con los de otros tipos de plantas, incluyen la eliminación de compuestos de trefilado de desecho y soluciones de lavado y el escape del humo de soldadura sin una limpieza adecuada. Históricamente, algunas plantas de forja han causado una degradación aguda de la calidad del aire local con humo de forja y polvo de escamas. Sin embargo, con una capacidad de limpieza de aire adecuada, esto no tiene por qué ocurrir. La disposición de la chatarra de estampado y la cascarilla de forja que contiene lubricantes para troqueles es otro problema potencial.
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