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:

1. Refinación. Producción de alúmina a partir de bauxita por el proceso Bayer en el que la bauxita se digiere a alta temperatura y presión en una solución fuerte de sosa cáustica. El hidrato resultante se cristaliza y se calcina hasta el óxido en un horno o calcinador de lecho fluido.
2. Reducción. Reducción de alúmina a metal de aluminio virgen empleando el proceso electrolítico Hall-Heroult usando electrodos de carbón y fundente de criolita.

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

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.

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