F.William Sunderman, Jr.
Les composés de nickel (Ni) d'intérêt comprennent oxyde de nickel (NiO), hydroxyde de nickel (Ni(OH)2), sulfure de nickel (Ni3S2), sulfate de nickel (NiSO4) et chlorure de nickel (NiCl2). Nickel carbonyle (Nico)4) est examiné dans un article séparé sur les carbonyles métalliques.
Occurrence et utilisations
Le nickel (Ni) représente 5 à 50 % du poids des météorites et se trouve dans les minerais en association avec le soufre, l'oxygène, l'antimoine, l'arsenic et/ou la silice. Les gisements de minerai d'importance commerciale sont principalement des oxydes (par exemple, des minerais de latérite contenant des oxydes mixtes de nickel/fer) et des sulfures. Pentlandite ((NiFe)9S8), le principal minéral sulfuré, est généralement déposé en association avec la pyrrhotite (Fe7S6), chalcopyrite (CuFeS2) et de petites quantités de cobalt, de sélénium, de tellure, d'argent, d'or et de platine. D'importants gisements de minerais de nickel se trouvent au Canada, en Russie, en Australie, en Nouvelle-Calédonie, en Indonésie et à Cuba.
Étant donné que le nickel, le cuivre et le fer se présentent comme des minéraux distincts dans les minerais sulfurés, des méthodes mécaniques de concentration, telles que la flottation et la séparation magnétique, sont appliquées après que le minerai a été concassé et broyé. Le concentré de nickel est converti en matte de sulfure de nickel par grillage ou frittage. La matte est raffinée par électro-obtention ou par le procédé Mond. Dans le procédé Mond, la matte est broyée, calcinée et traitée avec du monoxyde de carbone à 50 °C pour former du nickel carbonyle gazeux (Ni(CO)4), qui est ensuite décomposé à 200 à 250 °C pour déposer de la poudre de nickel pur. La production mondiale de nickel est d'environ 70 millions de kg/an.
Plus de 3,000 XNUMX alliages et composés de nickel sont produits commercialement. L'acier inoxydable et d'autres alliages Ni-Cr-Fe sont largement utilisés pour les équipements résistants à la corrosion, les applications architecturales et les ustensiles de cuisine. Le métal Monel et d'autres alliages Ni-Cu sont utilisés dans les pièces de monnaie, les machines de transformation des aliments et les équipements laitiers. Les alliages Ni-Al sont utilisés pour la production d'aimants et de catalyseurs (par exemple, le nickel de Raney). Les alliages Ni-Cr sont utilisés pour les éléments chauffants, les turbines à gaz et les moteurs à réaction. Les alliages de nickel avec des métaux précieux sont utilisés en joaillerie. Le nickel métal, ses composés et alliages ont de nombreuses autres utilisations, notamment la galvanoplastie, les bandes magnétiques et les composants informatiques, les baguettes de soudage à l'arc, les prothèses chirurgicales et dentaires, les batteries au nickel-cadmium, les pigments de peinture (par exemple, le titanate de nickel jaune), les moules pour la céramique et récipients en verre, et catalyseurs pour les réactions d'hydrogénation, les synthèses organiques et l'étape finale de méthanation de la gazéification du charbon. Les expositions professionnelles au nickel se produisent également dans les opérations de recyclage, car les matériaux contenant du nickel, en particulier de l'industrie sidérurgique, sont couramment fondus, raffinés et utilisés pour préparer des alliages de composition similaire à ceux qui sont entrés dans le processus de recyclage.
Dangers
Les risques pour la santé humaine liés aux expositions professionnelles aux composés de nickel se répartissent généralement en trois grandes catégories :
- allergie
- rhinite, sinusite et maladies respiratoires
- cancers des fosses nasales, des poumons et d'autres organes.
Les dangers pour la santé du nickel carbonyle sont examinés séparément, dans l'article sur les métaux carbonyles.
Allergie. Le nickel et les composés de nickel sont parmi les causes les plus courantes de dermatite de contact allergique. Ce problème ne se limite pas aux personnes exposées professionnellement aux composés de nickel ; la sensibilisation cutanée se produit dans la population générale à la suite d'expositions à des pièces de monnaie, des bijoux, des boîtiers de montre et des fermetures de vêtements contenant du nickel. Chez les personnes exposées au nickel, la dermatite au nickel commence généralement par un érythème papuleux des mains. La peau devient progressivement eczémateuse et, au stade chronique, une lichénification se développe fréquemment. La sensibilisation au nickel provoque parfois une conjonctivite, une pneumonie à éosinophiles et des réactions locales ou systémiques aux implants contenant du nickel (p. ex. broches intraosseuses, inlays dentaires, prothèses valvulaires cardiaques et fils de stimulateur cardiaque). L'ingestion d'eau du robinet contaminée au nickel ou d'aliments riches en nickel peut aggraver l'eczéma des mains chez les personnes sensibles au nickel.
Rhinite, sinusite et maladies respiratoires. Les travailleurs des raffineries de nickel et des ateliers de nickelage électrolytique, qui sont fortement exposés à l'inhalation de poussières de nickel ou d'aérosols de composés de nickel solubles, peuvent développer des maladies chroniques des voies respiratoires supérieures, y compris la rhinite hypertrophique, la sinusite nasale, l'anosmie, la polypose nasale et la perforation des voies respiratoires supérieures. cloison nasale. Des maladies chroniques des voies respiratoires inférieures (p. ex., bronchite, fibrose pulmonaire) ont également été signalées, mais ces affections sont peu fréquentes. Rendal et al. (1994) ont signalé l'exposition aiguë mortelle d'un travailleur à l'inhalation de particules de nickel provenant d'un procédé à arc métallique; les auteurs ont souligné l'importance de porter un équipement de protection lors de l'utilisation de procédés à l'arc métallique avec des électrodes à fil de nickel.
Cancer. Des études épidémiologiques sur des travailleurs de raffineries de nickel au Canada, au Pays de Galles, en Allemagne, en Norvège et en Russie ont documenté une augmentation des taux de mortalité due aux cancers du poumon et des fosses nasales. Certains groupes de travailleurs des raffineries de nickel ont également été signalés comme ayant des incidences accrues d'autres tumeurs malignes, notamment des carcinomes du larynx, des reins, de la prostate ou de l'estomac, et des sarcomes des tissus mous, mais la signification statistique de ces observations est discutable. Les risques accrus de cancers des poumons et des fosses nasales se sont produits principalement chez les travailleurs des opérations de raffinage qui entraînent des expositions élevées au nickel, y compris la torréfaction, la fusion et l'électrolyse. Bien que ces risques de cancer aient généralement été associés à des expositions à des composés de nickel insolubles, tels que le sous-sulfure de nickel et l'oxyde de nickel, des expositions à des composés de nickel solubles ont été mises en cause chez les travailleurs de l'électrolyse.
Les études épidémiologiques sur les risques de cancer chez les travailleurs des industries utilisant du nickel ont généralement été négatives, mais des données récentes suggèrent une légère augmentation des risques de cancer du poumon chez les soudeurs, les meuleurs, les galvanoplastes et les fabricants de batteries. Ces travailleurs sont souvent exposés à des poussières et des fumées contenant des mélanges de métaux cancérigènes (par exemple, nickel et chrome, ou nickel et cadmium). Sur la base d'une évaluation d'études épidémiologiques, le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a conclu en 1990 : « Il existe suffisamment de preuves chez l'homme de la cancérogénicité du sulfate de nickel et des combinaisons de sulfures et d'oxydes de nickel rencontrés dans l'industrie du raffinage du nickel. . Il n'y a pas suffisamment de preuves chez l'homme de la cancérogénicité du nickel et des alliages de nickel. Les composés de nickel ont été classés comme cancérogènes pour l'homme (groupe 1) et le nickel métallique comme potentiellement cancérigène pour l'homme (groupe 2B).
Effets rénaux. Les travailleurs fortement exposés aux composés de nickel solubles peuvent développer un dysfonctionnement tubulaire rénal, mis en évidence par une excrétion rénale accrue de β2-microglobuline (β2M) et la N-acétyl-glucosaminidase (NAG).
Mesures de sécurité et de santé
Un protocole général de surveillance de la santé des travailleurs exposés au nickel a été proposé en 1994 par la Nickel Producers Environmental Research Association (NiPERA) et le Nickel Development Institute (NiDI). Les éléments clés sont les suivants :
Évaluation préalable à l'embauche. Les objectifs de cet examen sont d'identifier les conditions médicales préexistantes qui peuvent influencer l'embauche et le placement, et de fournir des données de base pour les changements fonctionnels, physiologiques ou pathologiques ultérieurs. L'évaluation comprend (i) des antécédents médicaux et professionnels détaillés, en mettant l'accent sur les problèmes pulmonaires, les expositions aux toxines pulmonaires, les allergies passées ou présentes (en particulier au nickel), l'asthme et les habitudes personnelles (par exemple, le tabagisme, la consommation d'alcool), (ii) l'examen physique complet examen, avec attention aux problèmes respiratoires et cutanés et (iii) détermination des équipements de protection respiratoire pouvant être portés.
La radiographie pulmonaire, les tests de la fonction pulmonaire, les tests audiométriques et les tests de vision peuvent être inclus. Les tests de patch cutané pour la sensibilité au nickel ne sont pas systématiquement effectués, car de tels tests pourraient éventuellement sensibiliser le sujet. Si l'organisation mène un programme de surveillance biologique pour les travailleurs exposés au nickel (voir ci-dessous), les concentrations de nickel de base dans l'urine ou le sérum sont obtenues lors de l'évaluation préalable au placement.
Évaluation périodique. Les objectifs des examens médicaux périodiques, généralement effectués chaque année, sont de surveiller l'état de santé général du travailleur et de répondre aux préoccupations liées au nickel. L'examen comprend l'historique des maladies récentes, l'examen des symptômes, l'examen physique et la réévaluation de la capacité du travailleur à utiliser l'équipement de protection respiratoire requis pour des tâches particulières. Les symptômes pulmonaires sont évalués par un questionnaire standard pour la bronchite chronique. La radiographie pulmonaire peut être légalement requise dans certains pays ; tests de la fonction pulmonaire (p. ex., capacité vitale forcée (FVC) et volume expiratoire maximal en 1 seconde (FEV1) sont généralement laissées à l'appréciation du médecin. Des procédures périodiques de détection du cancer (p. ex., rhinoscopie, radiographie des sinus nasaux, biopsie de la muqueuse nasale, études cytologiques exfoliatives) peuvent être indiquées chez les travailleurs exposés à des risques élevés dans le raffinage du nickel.
Surveillance biologique. Les analyses des concentrations de nickel dans les échantillons d'urine et de sérum peuvent refléter les expositions récentes des travailleurs au nickel métallique et aux composés de nickel solubles, mais ces dosages ne fournissent pas de mesures fiables de la charge corporelle totale en nickel. Les utilisations et les limites de la surveillance biologique des travailleurs exposés au nickel ont été résumées par Sunderman et al. (1986). Un rapport technique sur l'analyse du nickel dans les fluides corporels a été publié en 1994 par la Commission de toxicologie de l'Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC). Le National Maximum Workplace Concentration Committee (NMWCC) des Pays-Bas a proposé que la concentration de nickel dans l'urine de 40 µg/g de créatinine ou la concentration de nickel dans le sérum de 5 µg/l (toutes deux mesurées dans des échantillons obtenus à la fin d'une semaine de travail ou d'un quart de travail) soient a envisagé des limites d'avertissement pour une enquête plus approfondie sur les travailleurs exposés au nickel métallique ou aux composés de nickel solubles. Si un programme de surveillance biologique est mis en œuvre, il devrait compléter un programme de surveillance environnementale, de sorte que les données biologiques ne soient pas utilisées comme substitut pour les estimations d'exposition. Une méthode standard pour l'analyse du nickel dans l'air du lieu de travail a été développée en 1995 par le UK Health and Safety Executive.
Traitement. Lorsqu'un groupe de travailleurs a accidentellement bu de l'eau fortement contaminée par du chlorure de nickel et du sulfate de nickel, un traitement conservateur avec des fluides intraveineux pour induire la diurèse s'est avéré efficace (Sunderman et al. 1988). La meilleure thérapie pour la dermatite au nickel consiste à éviter l'exposition, en accordant une attention particulière aux pratiques d'hygiène au travail. La thérapie de l'empoisonnement aigu au nickel carbonyle est discutée dans l'article sur les métaux carbonyles.