Occurrence et utilisations
Les minerais de vanadium (V) les plus importants sont la patronite (sulfure de vanadium), trouvée au Pérou, et la descloizite (vanadate de plomb-zinc), trouvée en Afrique du Sud. D'autres minerais, tels que la vanadinite, la roscoélite et la carnotite, contiennent du vanadium en quantités suffisantes pour une extraction économique. Le pétrole brut peut contenir de petites quantités de vanadium et les dépôts de gaz de combustion des fours à mazout peuvent contenir plus de 50 % de pentoxyde de vanadium. Les scories de ferrovanadium sont une autre source de métal. L'une des plus importantes sources d'exposition humaine au vanadium est les oxydes de vanadium libérés lors de la combustion de mazout.
Normalement, de petites quantités de vanadium se trouvent dans le corps humain, en particulier dans le tissu adipeux et dans le sang.
La plus grande quantité de vanadium produit est utilisée dans ferrovanadium, dont l'utilisation directe la plus importante est dans la fabrication d'acier rapide et d'acier à outils. L'ajout de 0.05 à 5 % de vanadium élimine l'oxygène et l'azote occlus de l'acier, améliore la résistance à la traction et améliore le module d'élasticité et la résistance à la rouille de l'alliage final. Dans le passé, les composés de vanadium ont été utilisés comme agents thérapeutiques en médecine. L'alliage vanadium-gallium a montré des propriétés intéressantes pour la production de champs magnétiques élevés.
Certains composés du vanadium ont une utilisation limitée dans l'industrie. Sulfate de vanadium (VSO4· 7H2O) et tétrachlorure de vanadium (VCl4) sont utilisés comme mordants dans l'industrie de la teinture. Silicates de vanadium sont utilisés comme catalyseurs. Dioxyde de vanadium (VO2) et trioxyde de vanadium (V2O3) sont employés en métallurgie. Cependant, les composés les plus significatifs en termes de risques industriels pour la santé sont pentoxyde de vanadium (V2O5) et métavanadate d'ammonium (NH4VO3).
Le pentoxyde de vanadium est obtenu à partir de la patronite. Il a longtemps été un catalyseur industriel important utilisé dans un certain nombre de procédés d'oxydation tels que ceux impliqués dans la fabrication de l'acide sulfurique, de l'acide phtalique, de l'acide maléique, etc. Il sert de révélateur photographique et d'agent de teinture dans l'industrie textile. Le pentoxyde de vanadium est également utilisé dans les colorants céramiques.
Le métavanadate d'ammonium est employé comme catalyseur au même titre que le pentoxyde de vanadium. C'est un réactif en chimie analytique et un révélateur dans l'industrie de la photographie. Le métavanadate d'ammonium est également utilisé dans la teinture et l'impression dans l'industrie textile.
Dangers
L'expérience a montré que les oxydes de vanadium et, en particulier, le pentoxyde et son dérivé le métavanadate d'ammonium provoquent des effets nocifs chez l'homme. L'exposition au pentoxyde de divanadium est possible aux points suivants de l'industrie : lorsque le pentoxyde de divanadium est utilisé sous forme particulaire dans la production de vanadium métallique ; lors de la réparation d'installations où le pentoxyde de vanadium est utilisé comme catalyseur ; et lors du nettoyage des conduits de fours à mazout dans les centrales électriques, les navires, etc. La présence de composés de vanadium dans les produits pétroliers revêt une importance particulière et, en raison de la possibilité de pollution de l'air dans l'environnement des centrales électriques au mazout, elle retient l'attention des autorités de santé publique ainsi que des personnes concernées par la santé industrielle.
L'inhalation de composés de vanadium peut produire de graves effets toxiques. La gravité des effets dépend de la concentration atmosphérique des composés de vanadium et de la durée d'exposition. Une altération de la santé peut survenir après une exposition même brève (par exemple, 1 heure) et les premiers symptômes sont un larmoiement abondant, une sensation de brûlure dans la conjonctive, une rhinite séreuse ou hémorragique, un mal de gorge, une toux, une bronchite, une expectoration et des douleurs thoraciques.
Une exposition sévère peut entraîner une pneumonie fatale ; cependant, après une exposition unique, une récupération complète se produit généralement en 1 à 2 semaines; une exposition prolongée peut produire une bronchite chronique avec ou sans emphysème. La langue peut présenter une décoloration verdâtre et les mégots de cigarettes des travailleurs du vanadium peuvent également présenter une couleur verdâtre, résultant d'interactions chimiques.
Les effets locaux chez les animaux de laboratoire sont principalement observés dans les voies respiratoires. Des effets systémiques ont été observés dans le foie, les reins, le système nerveux, le système cardiovasculaire et les organes hématopoïétiques. Les effets métaboliques comprennent l'interférence avec la biosynthèse de la cystine et du cholestérol, la dépression et la stimulation de la synthèse des phospholipides. Des concentrations plus élevées ont produit une inhibition de l'oxydation de la sérotonine. De plus, il a été démontré que le vanadate inhibe plusieurs systèmes enzymatiques. Chez l'homme, les effets systémiques de l'exposition au vanadium sont moins bien documentés, mais la réduction du cholestérol sérique a été démontrée. En milieu de travail, le vanadium et ses composés sont absorbés dans le corps humain par inhalation, principalement lors des opérations de production et de nettoyage des chaudières. L'absorption du vanadium par le tractus gastro-intestinal est faible, ne dépassant pas 1 à 2 % ; les composés de vanadium ingérés sont en grande partie éliminés avec les fèces.
Une étude a été menée pour évaluer le niveau de réactivité bronchique chez les travailleurs récemment exposés au pentoxyde de divanadium lors de l'enlèvement périodique des cendres et des mâchefers des chaudières d'une centrale électrique au mazout. Cette étude suggère que l'exposition au vanadium augmente la réactivité bronchique même sans l'apparition de symptômes bronchiques.
Mesures de sécurité et de santé
Il est important d'empêcher l'inhalation de particules de pentoxyde de vanadium en suspension dans l'air. Pour une utilisation en tant que catalyseur, le pentoxyde de vanadium peut être produit sous une forme agglomérée ou en granulés sans poussière; cependant, les vibrations dans l'usine peuvent, avec le temps, réduire une certaine proportion de poussière. Dans les procédés associés à la fabrication de vanadium métallique et dans le tamisage du catalyseur usé lors des opérations de maintenance, la fuite de poussière doit être empêchée par l'enceinte du procédé et par la fourniture d'une ventilation par aspiration. Lors du nettoyage des chaudières dans les centrales électriques et sur les navires, les préposés à l'entretien peuvent avoir à entrer dans les chaudières pour enlever la suie et effectuer des réparations. Ces travailleurs doivent porter un équipement de protection respiratoire adéquat avec un masque facial complet et une protection oculaire. Dans la mesure du possible, le nettoyage en cours de chargement doit être amélioré afin de réduire le besoin pour les travailleurs d'entrer dans les fours ; là où le nettoyage hors charge s'avère essentiel, des méthodes telles que la lance à eau, qui ne nécessitent pas d'entrée physique, devraient être essayées.