Il termine batteria si riferisce a una raccolta di individui cellule, che può generare elettricità attraverso reazioni chimiche. Le celle sono classificate come entrambe primario or secondario. Nelle celle primarie le reazioni chimiche che producono il flusso di elettroni non sono reversibili, e quindi le celle non si ricaricano facilmente. Al contrario, le celle secondarie devono essere caricate prima del loro utilizzo, il che si ottiene facendo passare una corrente elettrica attraverso la cella. Le celle secondarie hanno il vantaggio di poter essere spesso ricaricate e scaricate ripetutamente durante l'uso.

La classica batteria primaria nell'uso quotidiano è la pila a secco Leclanché, così chiamata perché l'elettrolita è una pasta, non un liquido. La cella Leclanché è caratterizzata dalle batterie cilindriche utilizzate in torce elettriche, radio portatili, calcolatrici, giocattoli elettrici e simili. Negli ultimi anni, le batterie alcaline, come la cella al biossido di zinco-manganese, sono diventate più diffuse per questo tipo di utilizzo. Le batterie in miniatura o "a bottone" hanno trovato impiego in apparecchi acustici, computer, orologi, macchine fotografiche e altre apparecchiature elettroniche. La cella all'ossido di argento-zinco, la cella al mercurio, la cella zinco-aria e la cella al biossido di litio-manganese sono alcuni esempi. Vedere la figura 1 per una vista in sezione di una tipica batteria miniaturizzata alcalina.

Figura 1. Vista in sezione della batteria miniaturizzata alcalina

La classica batteria secondaria o di accumulo è la batteria al piombo, ampiamente utilizzata nel settore dei trasporti. Le batterie secondarie sono utilizzate anche nelle centrali elettriche e nell'industria. Strumenti ricaricabili a batteria, spazzolini da denti, torce elettriche e simili sono un nuovo mercato per le celle secondarie. Le celle secondarie al nichel-cadmio stanno diventando sempre più popolari, specialmente nelle celle tascabili per illuminazione di emergenza, avviamento diesel e applicazioni stazionarie e di trazione, dove l'affidabilità, la lunga durata, la frequente ricaricabilità e le prestazioni a bassa temperatura superano il loro costo aggiuntivo.

Le batterie ricaricabili in fase di sviluppo per l'uso nei veicoli elettrici utilizzano solfuro di litio-ferro, zinco-cloro e sodio-zolfo.

La tabella 1 riporta la composizione di alcune batterie comuni.

Tabella 1. Composizione delle batterie comuni

Processo di produzione

Sebbene esistano chiare differenze nella produzione dei diversi tipi di batterie, esistono diversi processi comuni: pesatura, macinazione, miscelazione, compressione ed essiccazione degli ingredienti costitutivi. Nei moderni impianti di batterie molti di questi processi sono chiusi e altamente automatizzati, utilizzando apparecchiature sigillate. Pertanto, l'esposizione ai vari ingredienti può verificarsi durante la pesatura e il caricamento e durante la pulizia dell'attrezzatura.

Negli impianti a batteria più vecchi, molte delle operazioni di macinazione, miscelazione e altre operazioni vengono eseguite manualmente, oppure il trasferimento degli ingredienti da una fase all'altra del processo viene eseguito manualmente. In questi casi il rischio di inalazione di polveri o di contatto della pelle con sostanze corrosive è elevato. Le precauzioni per le operazioni che producono polvere includono la chiusura totale e la manipolazione meccanizzata e la pesatura delle polveri, la ventilazione locale degli scarichi, la pulizia quotidiana a umido e/o l'aspirazione e l'uso di respiratori e altri dispositivi di protezione individuale durante le operazioni di manutenzione.

Anche il rumore è un pericolo, poiché le macchine di compressione e di confezionamento sono rumorose. I metodi di controllo del rumore e i programmi di conservazione dell'udito sono essenziali.

Gli elettroliti di molte batterie contengono idrossido di potassio corrosivo. La custodia e la protezione della pelle e degli occhi sono precauzioni indicate. L'esposizione può verificarsi anche alle particelle di metalli tossici come ossido di cadmio, mercurio, ossido di mercurio, nichel e composti di nichel e litio e composti di litio, che vengono utilizzati come anodi o catodi in particolari tipi di batterie. L'accumulatore al piombo, a volte indicato come accumulatore, può comportare notevoli rischi di esposizione al piombo ed è discusso separatamente nell'articolo "Fabbricazione di batterie al piombo".

Il litio metallico è altamente reattivo, quindi le batterie al litio devono essere assemblate in un'atmosfera secca per evitare che il litio reagisca con il vapore acqueo. L'anidride solforosa e il cloruro di tionile, utilizzati in alcune batterie al litio, sono pericolosi per le vie respiratorie. Il gas idrogeno, utilizzato nelle batterie al nichel-idrogeno, è un pericolo di incendio ed esplosione. Questi, così come i materiali nelle batterie di nuova concezione, richiederanno precauzioni speciali.

Cellule di Leclanché

Le batterie a secco Leclanché sono prodotte come mostrato in figura 2. L'elettrodo positivo o la miscela catodica comprende dal 60 al 70% di biossido di manganese, il resto è costituito da grafite, nero di acetilene, sali di ammonio, cloruro di zinco e acqua. Il biossido di manganese secco finemente macinato, la grafite e il nero di acetilene vengono pesati e caricati in un tritacarne; viene aggiunto l'elettrolita contenente acqua, cloruro di zinco e cloruro di ammonio e la miscela preparata viene pressata su una pressa per compresse o agglomeranti alimentata a mano. In alcuni casi l'impasto viene essiccato in forno, setacciato e riumidificato prima della pastigliatura. Le compresse vengono ispezionate e confezionate su macchine alimentate a mano dopo essere state lasciate indurire per alcuni giorni. Gli agglomerati vengono quindi posti in vassoi e immersi in elettrolita, e sono ora pronti per l'assemblaggio.

Figura 2. Produzione di batterie a celle Leclanché

L'anodo è la cassa di zinco, che viene preparata da grezzi di zinco su una pressa a caldo (oppure i fogli di zinco vengono piegati e saldati alla cassa). In grandi tini viene miscelata una pasta gelatinosa organica composta da amidi di mais e farina imbevuti di elettrolita. Gli ingredienti vengono solitamente versati da sacchi senza pesatura. La miscela viene quindi purificata con trucioli di zinco e biossido di manganese. Il cloruro di mercurio viene aggiunto all'elettrolita per formare un amalgama con l'interno del contenitore di zinco. Questa pasta formerà il mezzo conduttore o l'elettrolita.

Le celle vengono assemblate versando automaticamente la quantità necessaria di pasta gelatinosa nelle custodie di zinco per formare un rivestimento interno del manicotto sul contenitore di zinco. In alcuni casi gli astucci ricevono una cromatazione mediante versamento e svuotamento di una miscela di acido cromico e cloridrico prima dell'aggiunta della pasta gelatinosa. L'agglomerato catodico viene quindi posto in posizione al centro dell'involucro. Un'asta di carbonio è posta centralmente nel catodo per fungere da collettore di corrente.

La cella di zinco viene quindi sigillata con cera fusa o paraffina e riscaldata con una fiamma per ottenere una migliore tenuta. Le celle vengono quindi saldate insieme per formare la batteria. La reazione della batteria è:

2MnO₂ +2 NH₄Cl + Zn → ZnCl₂ + H₂O₂ + Mn₂O₃

I lavoratori possono essere esposti al biossido di manganese durante la pesatura, il caricamento del miscelatore, la macinazione, la pulizia del forno, la vagliatura, la pressatura manuale e l'avvolgimento, a seconda del grado di automazione, dell'involucro sigillato e della ventilazione di scarico locale. Nella pressatura manuale e nell'avvolgimento a umido, potrebbe esserci esposizione alla miscela umida, che può asciugarsi producendo polvere inalabile; dermatite può verificarsi dall'esposizione all'elettrolita leggermente corrosivo. Misure di igiene personale, guanti e protezione delle vie respiratorie per le operazioni di pulizia e manutenzione, docce e armadietti separati per il lavoro e l'abbigliamento civile possono ridurre questi rischi. Come accennato in precedenza, i rischi di rumore possono derivare dalla pressa di confezionamento e pastigliatura.

La miscelazione è automatica durante la produzione della pasta gelatinosa e l'unica esposizione è durante l'aggiunta dei materiali. Durante l'aggiunta di cloruro di mercurio alla pasta gelatinosa, c'è il rischio di inalazione e assorbimento cutaneo e possibile avvelenamento da mercurio. È necessario LEV o dispositivi di protezione individuale.

Sono anche possibili l'esposizione a fuoriuscite di acido cromico e acido cloridrico durante la cromatazione e l'esposizione a fumi di saldatura e fumi dovuti al riscaldamento del composto sigillante. La meccanizzazione del processo di cromatazione, l'uso di guanti e LEV per la termosaldatura e la saldatura sono precauzioni adeguate.

Batterie al nichel-cadmio

Il metodo più comune oggi per realizzare elettrodi di nichel-cadmio consiste nel depositare il materiale dell'elettrodo attivo direttamente in un substrato di nichel sinterizzato poroso, o piastra. (Vedi figura 3.) La piastra viene preparata premendo una pasta di polvere di nichel di qualità sinterizzata (spesso prodotta dalla decomposizione del nichel carbonile) nella griglia aperta di lamiera d'acciaio perforata nichelata (o garza di nichel o garza di acciaio nichelato) e quindi sinterizzazione o essiccazione in forno. Queste lastre possono poi essere tagliate, pesate e coniate (compresse) per scopi particolari o arrotolate a spirale per celle di tipo domestico.

Figura 3. Produzione di batterie al nichel-cadmio

La placca sinterizzata viene quindi impregnata con soluzione di nitrato di nichel per l'elettrodo positivo o nitrato di cadmio per l'elettrodo negativo. Queste placche vengono risciacquate e asciugate, immerse in idrossido di sodio per formare idrossido di nichel o idrossido di cadmio e lavate e asciugate nuovamente. Di solito il passaggio successivo consiste nell'immergere gli elettrodi positivo e negativo in una grande cella temporanea contenente dal 20 al 30% di idrossido di sodio. Vengono eseguiti cicli di carica-scarica per rimuovere le impurità e gli elettrodi vengono rimossi, lavati e asciugati.

Un modo alternativo per realizzare elettrodi di cadmio consiste nel preparare una pasta di ossido di cadmio mescolato con grafite, ossido di ferro e paraffina, che viene macinata e infine compattata tra i rulli per formare il materiale attivo. Questo viene quindi pressato in una striscia di acciaio perforata in movimento che viene essiccata, a volte compressa e tagliata in lastre. Le alette possono essere attaccate in questa fase.

I passaggi successivi riguardano l'assemblaggio di celle e batterie. Per batterie di grandi dimensioni, i singoli elettrodi vengono quindi assemblati in gruppi di elettrodi con piastre di polarità opposta interfogliate con separatori di plastica. Questi gruppi di elettrodi possono essere imbullonati o saldati insieme e collocati in un involucro di acciaio nichelato. Più recentemente sono stati introdotti gli involucri delle batterie in plastica. Le celle sono riempite con una soluzione elettrolitica di idrossido di potassio, che può contenere anche idrossido di litio. Le celle vengono quindi assemblate in batterie e imbullonate insieme. Le celle di plastica possono essere cementate o fissate insieme. Ogni cella è collegata con un connettore di piombo alla cella adiacente, lasciando un terminale positivo e negativo alle estremità della batteria.

Per le batterie cilindriche, le piastre impregnate vengono assemblate in gruppi di elettrodi avvolgendo gli elettrodi positivo e negativo, separati da un materiale inerte, in un cilindro stretto. Il cilindro dell'elettrodo viene quindi posto in una custodia metallica nichelata, viene aggiunto l'elettrolita di idrossido di potassio e la cella viene sigillata mediante saldatura.

La reazione chimica coinvolta nella carica e scarica delle batterie al nichel-cadmio è:

La principale esposizione potenziale al cadmio si verifica dalla manipolazione del nitrato di cadmio e della sua soluzione durante la produzione di pasta dalla polvere di ossido di cadmio e la manipolazione delle polveri attive essiccate. L'esposizione può verificarsi anche durante il recupero del cadmio dalle lastre di scarto. La chiusura e la pesatura e la miscelazione automatiche possono ridurre questi rischi durante le prime fasi.

Misure simili possono controllare l'esposizione ai composti del nichel. La produzione di nichel sinterizzato da nichel carbonile, sebbene effettuata in macchinari sigillati, comporta una potenziale esposizione a nichel carbonile e monossido di carbonio estremamente tossici. Il processo richiede un monitoraggio continuo per le perdite di gas.

La manipolazione di potassio caustico o idrossido di litio richiede un'adeguata ventilazione e protezione personale. La saldatura genera fumi e richiede LEV.

Effetti sulla salute e modelli di malattia

I rischi per la salute più gravi nella produzione di batterie tradizionali sono l'esposizione a piombo, cadmio, mercurio e biossido di manganese. I pericoli del piombo sono discussi altrove in questo capitolo e Enciclopedia. Il cadmio può causare malattie renali ed è cancerogeno. L'esposizione al cadmio è risultata essere diffusa negli stabilimenti statunitensi di batterie al nichel-cadmio e molti lavoratori hanno dovuto essere rimossi dal punto di vista medico in base alle disposizioni del Cadmium Standard dell'Amministrazione per la sicurezza e la salute sul lavoro a causa degli alti livelli di cadmio nel sangue e nelle urine (McDiarmid et al. 1996) . Il mercurio colpisce i reni e il sistema nervoso. L'eccessiva esposizione ai vapori di mercurio è stata dimostrata in studi su diversi impianti di batterie al mercurio (Telesca 1983). È stato dimostrato che le esposizioni al biossido di manganese sono elevate nella miscelazione e manipolazione di polveri nella produzione di pile a secco alcaline (Wallis, Menke e Chelton 1993). Ciò può provocare deficit neurofunzionali nei lavoratori in batteria (Roels et al. 1992). Le polveri di manganese possono, se assorbite in quantità eccessive, portare a disturbi del sistema nervoso centrale simili alla sindrome di Parkinson. Altri metalli preoccupanti includono nichel, litio, argento e cobalto.

Le ustioni cutanee possono derivare dall'esposizione a soluzioni di cloruro di zinco, idrossido di potassio, idrossido di sodio e idrossido di litio utilizzate negli elettroliti delle batterie.

Di ritorno

I cavi sono disponibili in una varietà di dimensioni per diversi usi, dai cavi di alimentazione di supertensione che trasportano energia elettrica a più di 100 kilovolt, fino ai cavi per le telecomunicazioni. Quest'ultimo in passato utilizzava conduttori in rame, ma questi sono stati sostituiti da cavi in ​​fibra ottica, che trasportano più informazioni in un cavo molto più piccolo. In mezzo ci sono i cavi generici utilizzati per il cablaggio domestico, altri cavi flessibili e cavi di potenza a tensioni inferiori a quelle dei cavi di sovratensione. Inoltre, ci sono cavi più specializzati come i cavi con isolamento minerale (usati dove la loro protezione intrinseca dalla combustione in caso di incendio è fondamentale, ad esempio in una fabbrica, in un hotel o a bordo di una nave), i fili smaltati (usati come cavi elettrici avvolgimenti per motori), filo metallico (usato nel collegamento a riccio di una cornetta del telefono), cavi per cucine (che storicamente usavano l'isolamento in amianto ma ora usano altri materiali) e così via.

Materiali e Processi

conduttori

Il materiale più utilizzato come conduttore nei cavi è sempre stato il rame, per la sua conduttività elettrica. Il rame deve essere raffinato fino a raggiungere un'elevata purezza prima di poter essere trasformato in un conduttore. La raffinazione del rame da minerali o rottami è un processo in due fasi:

1. raffinazione a fuoco in un grande forno per rimuovere le impurità indesiderate e fondere un anodo di rame
2. raffinazione elettrolitica in una cella elettrica contenente acido solforico, da cui si deposita sul catodo rame purissimo.

Negli impianti moderni, i catodi di rame vengono fusi in un forno a tino e continuamente fusi e laminati in barre di rame. Questa bacchetta viene trafilata alla dimensione richiesta su una trafilatrice tirando il rame attraverso una serie di stampi precisi. Storicamente, l'operazione di trafilatura è stata condotta in una posizione centrale, con molte macchine che producevano fili di diverse dimensioni. Più di recente, le fabbriche autonome più piccole hanno una propria operazione di trafilatura più piccola. Per alcune applicazioni specialistiche il conduttore di rame è placcato con un rivestimento metallico, come stagno, argento o zinco.

I conduttori in alluminio sono utilizzati nei cavi elettrici aerei dove il peso più leggero compensa ampiamente la conduttività inferiore rispetto al rame. I conduttori in alluminio sono realizzati schiacciando una billetta riscaldata di alluminio attraverso uno stampo utilizzando una pressa per estrusione.

Conduttori metallici più specializzati utilizzano leghe speciali per una particolare applicazione. Una lega di cadmio-rame è stata utilizzata per le catenarie aeree (il conduttore aereo utilizzato su una ferrovia) e per il filo metallico utilizzato in un ricevitore telefonico. Il cadmio aumenta la resistenza alla trazione rispetto al rame puro e viene utilizzato in modo che la catenaria non si pieghi tra i supporti. La lega berillio-rame viene utilizzata anche in alcune applicazioni.

Le fibre ottiche, costituite da un filamento continuo di vetro di alta qualità ottica per la trasmissione delle telecomunicazioni, sono state sviluppate all'inizio degli anni '1980. Ciò ha richiesto una tecnologia di produzione completamente nuova. Il tetracloruro di silicio viene bruciato all'interno di un tornio per depositare biossido di silicio su un grezzo. Il biossido di silicio viene convertito in vetro mediante riscaldamento in atmosfera di cloro; quindi viene disegnato a misura e viene applicato un rivestimento protettivo.

Isolamento

Molti materiali isolanti sono stati utilizzati su diversi tipi di cavi. Le tipologie più comuni sono le materie plastiche, quali PVC, polietilene, politetrafluoroetilene (PTFE) e poliammidi. In ogni caso, la plastica è formulata per soddisfare una specifica tecnica e viene applicata all'esterno del conduttore mediante una macchina di estrusione. In alcuni casi, i materiali possono essere aggiunti al composto plastico per una particolare applicazione. Alcuni cavi elettrici, ad esempio, incorporano un composto silanico per la reticolazione della plastica. Nei casi in cui il cavo verrà sepolto nel terreno, viene aggiunto un pesticida per impedire alle termiti di mangiare l'isolamento.

Alcuni cavi flessibili, in particolare quelli nelle miniere sotterranee, utilizzano l'isolamento in gomma. Sono necessarie centinaia di diverse mescole di gomma per soddisfare le diverse specifiche ed è necessaria una struttura specializzata per la mescola di gomma. La gomma viene estrusa sul conduttore. Deve anche essere vulcanizzato passando attraverso un bagno di sale di nitrito caldo o un liquido pressurizzato. Per evitare che i conduttori adiacenti isolati in gomma aderiscano tra loro, vengono tirati attraverso la polvere di talco.

Il conduttore all'interno di un cavo può essere avvolto con un isolante come carta (che potrebbe essere stata imbevuta di un olio minerale o sintetico) o mica. Viene quindi applicata una guaina esterna, tipicamente mediante estrusione di plastica.

Sono stati sviluppati due metodi di produzione di cavi ad isolamento minerale (MI). Nel primo, un tubo di rame ha un numero di conduttori di rame solidi inseriti al suo interno e lo spazio tra di essi è riempito con una polvere di ossido di magnesio. L'intero assemblaggio viene quindi tirato giù attraverso una serie di stampi alla dimensione richiesta. L'altra tecnica prevede la saldatura continua di una spirale di rame attorno a conduttori separati da polvere. In uso, la guaina esterna in rame di un cavo MI è la connessione di terra e i conduttori interni portano la corrente. Sebbene non sia necessario uno strato esterno, alcuni clienti richiedono una guaina in PVC per motivi estetici. Ciò è controproducente, poiché il vantaggio principale del cavo MI è che non brucia e una guaina in PVC annulla in qualche modo questo vantaggio.

Negli ultimi anni il comportamento dei cavi in ​​caso di incendio ha ricevuto una crescente attenzione per due ragioni:

1. La maggior parte delle gomme e delle materie plastiche, i tradizionali materiali isolanti, emettono abbondanti quantità di fumo e gas tossici in caso di incendio, e in una serie di incendi di alto profilo questa è stata la principale causa di morte.
2. Una volta che un cavo è bruciato, i conduttori toccano e fondono il circuito, e quindi l'energia elettrica viene persa. Ciò ha portato allo sviluppo di mescole a basso fumo e fuoco (LSF), sia per materiali plastici che per gomma. Occorre tener presente, tuttavia, che le migliori prestazioni in caso di incendio si otterranno sempre da un cavo MI.

Per determinati cavi viene utilizzato un certo numero di materiali specializzati. I cavi di supertensione sono riempiti d'olio sia per le proprietà di isolamento che di raffreddamento. Altri cavi utilizzano un grasso idrocarburico noto come MIND, vaselina o una guaina di piombo. I fili smaltati sono tipicamente realizzati rivestendoli con uno smalto poliuretanico sciolto in cresolo.

Fabbricazione di cavi

In molti cavi i singoli conduttori isolati sono attorcigliati insieme per formare una particolare configurazione. Un certo numero di bobine contenenti i singoli conduttori ruotano attorno ad un asse centrale mentre il cavo viene tirato attraverso la macchina, in operazioni note come spiaggiamento ed lay-up.

Alcuni cavi devono essere protetti da danni meccanici. Questo è spesso fatto da intreccio, dove un materiale è intrecciato attorno all'isolamento esterno di un cavo flessibile in modo tale che ogni trefolo si incroci ripetutamente a spirale. Un esempio di tale cavo intrecciato (almeno nel Regno Unito) è quello utilizzato sui ferri da stiro elettrici, dove il filo tessile viene utilizzato come materiale di intreccio. In altri casi si utilizza filo d'acciaio per l'intrecciatura, dove l'operazione è indicata come armature.

Operazioni accessorie

I cavi più grandi vengono forniti su bobine fino a pochi metri di diametro. Tradizionalmente, i tamburi sono di legno, ma sono stati usati anche quelli di acciaio. Un tamburo di legno è realizzato inchiodando insieme legname segato utilizzando una macchina o una pistola inchiodatrice pneumatica. Viene utilizzato un conservante rame-cromo-arsenico per evitare che il legno marcisca. I cavi più piccoli vengono solitamente forniti su una bobina di cartone.

L'operazione di collegare insieme le due estremità dei cavi, nota come giunzione, potrebbe dover essere effettuato in una località remota. Il giunto non solo deve avere un buon collegamento elettrico, ma deve anche essere in grado di resistere alle future condizioni ambientali. I composti di giunzione utilizzati sono comunemente resine acriliche e incorporano sia composti di isocianato che polvere di silice.

I connettori per cavi sono comunemente realizzati in ottone su torni automatici che li producono da barra. Le macchine sono raffreddate e lubrificate mediante un'emulsione acqua-olio. I fermacavi sono realizzati con macchine per iniezione plastica.

Pericoli e loro prevenzione

Il pericolo per la salute più diffuso nell'industria dei cavi è il rumore. Le operazioni più rumorose sono:

• trafilatura
• trecce
• la raffineria di fuoco di rame
• colata continua di barre di rame
• fabbricazione di tamburi per cavi.

In queste aree sono comuni livelli di rumore superiori a 90 dBA. Per la trafilatura e l'intrecciatura, il livello di rumore complessivo dipende dal numero e dalla posizione delle macchine e dall'ambiente acustico. Il layout della macchina dovrebbe essere pianificato per ridurre al minimo l'esposizione al rumore. Le custodie acustiche progettate con cura sono il mezzo più efficace per controllare il rumore, ma sono costose. Per la raffineria a fuoco di rame e la colata continua di barre di rame le principali fonti di rumore sono i bruciatori, che dovrebbero essere progettati per una bassa emissione sonora. Nel caso della produzione di tamburi per cavi, le pistole sparachiodi ad azionamento pneumatico sono la principale fonte di rumore, che può essere ridotto abbassando la pressione della linea dell'aria e installando silenziatori di scarico. La norma del settore nella maggior parte dei casi di cui sopra, tuttavia, è quella di fornire protezioni per l'udito ai lavoratori nelle aree interessate, ma tale protezione sarà più scomoda del solito a causa degli ambienti caldi nella raffineria di rame e nella colata continua di barre di rame. Dovrebbe essere condotta anche un'audiometria regolare per monitorare l'udito di ogni individuo.

Molti dei rischi per la sicurezza e la loro prevenzione sono gli stessi di molte altre industrie manifatturiere. Tuttavia, particolari pericoli sono presentati da alcune macchine per la produzione di cavi, in quanto hanno numerose bobine di conduttori che ruotano attorno a due assi contemporaneamente. È essenziale garantire che le protezioni della macchina siano interbloccate per impedire il funzionamento della macchina a meno che le protezioni non siano in posizione tale da impedire l'accesso alle prese di scorrimento e ad altre parti rotanti, come i grandi tamburi per cavi. Durante l'infilatura iniziale della macchina, quando può essere necessario consentire l'accesso dell'operatore all'interno della protezione della macchina, la macchina dovrebbe essere in grado di muoversi solo di pochi centimetri alla volta. Le disposizioni di interblocco possono essere ottenute disponendo di una chiave univoca che apre la protezione o deve essere inserita nella console di controllo per consentirne il funzionamento.

Dovrebbe essere effettuata una valutazione del rischio derivante da particelle volanti, ad esempio se un filo si rompe e si stacca.

Le protezioni dovrebbero preferibilmente essere progettate per impedire fisicamente a tali particelle di raggiungere l'operatore. Ove ciò non sia possibile, devono essere fornite e indossate adeguate protezioni per gli occhi. Le operazioni di trafilatura sono spesso designate come aree in cui è necessario utilizzare la protezione per gli occhi.

conduttori

In qualsiasi processo con metallo caldo, come una raffineria di rame o la fusione di barre di rame, è necessario impedire all'acqua di entrare in contatto con il metallo fuso per evitare un'esplosione. Il caricamento del forno può provocare la fuoriuscita di fumi di ossido di metallo nell'ambiente di lavoro. Questo dovrebbe essere controllato utilizzando un'efficace ventilazione di scarico locale sopra lo sportello di ricarica. Analogamente, è necessario controllare adeguatamente i canali di colata attraverso i quali il metallo fuso passa dal forno alla macchina di colata e la stessa macchina di colata.

Il pericolo principale nella raffineria elettrolitica è la nebbia di acido solforico che si sviluppa da ciascuna cella. Le concentrazioni nell'aria devono essere mantenute al di sotto di 1 mg/m³ da un'adeguata ventilazione per evitare irritazioni.

Durante la colata di barre di rame, un ulteriore pericolo può essere rappresentato dall'uso di pannelli isolanti o coperte per conservare il calore attorno alla ruota di colata. I materiali ceramici possono aver sostituito l'amianto in tali applicazioni, ma le stesse fibre ceramiche devono essere maneggiate con grande cura per evitare esposizioni. Tali materiali diventano più friabili (ossia, si rompono facilmente) dopo l'uso quando sono stati influenzati dal calore e l'esposizione a fibre respirabili trasportate dall'aria è il risultato della loro manipolazione.

Un pericolo insolito si presenta nella produzione di cavi elettrici in alluminio. Una sospensione di grafite in olio pesante viene applicata al pistone della pressa di estrusione per evitare che la billetta di alluminio aderisca al pistone. Poiché il montone è caldo, parte di questo materiale viene bruciato e sale nello spazio del tetto. A condizione che non ci sia operatore di gru a ponte nelle vicinanze e che i ventilatori da tetto siano montati e funzionanti, non dovrebbero esserci rischi per la salute dei lavoratori.

La produzione di una lega di rame-cadmio o di una lega di rame-berillio può presentare rischi elevati per i dipendenti coinvolti. Poiché il cadmio bolle ben al di sotto del punto di fusione del rame, i fumi di ossido di cadmio appena generati verranno generati in grandi quantità ogni volta che il cadmio viene aggiunto al rame fuso (che deve essere per produrre la lega). Il processo può essere eseguito in sicurezza solo con una progettazione molto attenta della ventilazione di scarico locale. Allo stesso modo la fabbricazione della lega berillio-rame richiede una grande attenzione ai dettagli, poiché il berillio è il più tossico di tutti i metalli tossici e ha i limiti di esposizione più severi.

La produzione di fibre ottiche è un'operazione altamente specializzata e ad alta tecnologia. Le sostanze chimiche utilizzate presentano rischi particolari e il controllo dell'ambiente di lavoro richiede la progettazione, l'installazione e la manutenzione di complessi sistemi di ventilazione LEV e di processo. Questi sistemi devono essere controllati da serrande di controllo monitorate da computer. I principali rischi chimici provengono da cloro, acido cloridrico e ozono. Inoltre, i solventi utilizzati per la pulizia delle trafile devono essere maneggiati in cappe aspiranti e deve essere evitato il contatto della pelle con le resine a base di acrilato utilizzate per rivestire le fibre.

Isolamento

Sia le operazioni di compounding plastico che di compounding gomma presentano pericoli particolari che devono essere adeguatamente controllati (vedi cap Industria della gomma). Sebbene l'industria dei cavi possa utilizzare composti diversi rispetto ad altre industrie, le tecniche di controllo sono le stesse.

Quando vengono riscaldati, i composti plastici emetteranno una miscela complessa di prodotti di degradazione termica, la cui composizione dipenderà dal composto plastico originale e dalla temperatura a cui è sottoposto. Alla normale temperatura di lavorazione degli estrusori di plastica, i contaminanti aerodispersi sono in genere un problema relativamente piccolo, ma è prudente installare una ventilazione sopra lo spazio tra la testa dell'estrusore e il canale dell'acqua utilizzato per raffreddare il prodotto, principalmente per controllare l'esposizione allo ftalato plastificanti comunemente usati nel PVC. La fase dell'operazione che potrebbe giustificare ulteriori indagini è durante un passaggio. L'operatore deve posizionarsi sopra la testa dell'estrusore per rimuovere il composto plastico ancora caldo, quindi far scorrere il nuovo composto attraverso (e sul pavimento) finché non fuoriesce solo il nuovo colore e il cavo è centralizzato nella testa dell'estrusore. Può essere difficile progettare un LEV efficace durante questa fase quando l'operatore è così vicino alla testa dell'estrusore.

Il politetrafluoroetilene (PTFE) ha il suo rischio speciale. Può causare febbre da fumi di polimero, che presenta sintomi simili a quelli dell'influenza. La condizione è temporanea, ma dovrebbe essere prevenuta controllando adeguatamente l'esposizione al composto riscaldato.

L'uso della gomma nella produzione di cavi ha presentato un livello di rischio inferiore rispetto ad altri usi della gomma, come nell'industria dei pneumatici. In entrambe le industrie l'uso di un antiossidante (Nonox S) contenente β-naftilammina, fino al suo ritiro nel 1949, ha provocato casi di cancro alla vescica fino a 30 anni dopo in coloro che erano stati esposti prima della data del ritiro, ma nessuno in solo quelli occupati dopo il 1949. L'industria dei cavi, tuttavia, non ha registrato l'aumento dell'incidenza di altri tumori, in particolare del polmone e dello stomaco, osservato nell'industria dei pneumatici. Il motivo è quasi certamente che nella produzione di cavi le macchine di estrusione e vulcanizzazione sono chiuse e l'esposizione dei dipendenti ai fumi di gomma e alla polvere di gomma era generalmente molto inferiore rispetto all'industria dei pneumatici. Un'esposizione di potenziale preoccupazione nelle fabbriche di cavi in ​​gomma è l'uso del talco. È importante assicurarsi che venga utilizzata solo la forma non fibrosa del talco (cioè che non contenga tremolite fibrosa) e che il talco sia applicato in una scatola chiusa con ventilazione di scarico locale.

Molti cavi sono stampati con segni di identificazione. Dove vengono utilizzate le moderne stampanti video jet il rischio per la salute è quasi certamente trascurabile a causa delle ridottissime quantità di solvente utilizzato. Altre tecniche di stampa, tuttavia, possono comportare esposizioni significative ai solventi, sia durante la normale produzione, sia più comunemente durante le operazioni di pulizia. Per controllare tali esposizioni dovrebbero pertanto essere utilizzati sistemi di scarico adeguati.

I principali rischi derivanti dalla realizzazione di cavi MI sono l'esposizione alla polvere, il rumore e le vibrazioni. I primi due di questi sono controllati da tecniche standard descritte altrove. L'esposizione alle vibrazioni si è verificata in passato durante svasatura, quando si formava una punta all'estremità del tubo assemblato mediante inserimento manuale in una macchina a martelli rotanti, in modo che la punta potesse essere inserita nella trafilatrice. Più recentemente questo tipo di martellatrice è stata sostituita con quelle pneumatiche, e questo ha eliminato sia le vibrazioni che il rumore generato dal vecchio metodo.

L'esposizione al piombo durante la guaina di piombo dovrebbe essere controllata utilizzando un LEV adeguato e proibendo di mangiare, bere e fumare sigarette nelle aree che potrebbero essere contaminate dal piombo. Dovrebbe essere effettuato un monitoraggio biologico regolare analizzando i campioni di sangue per il contenuto di piombo presso un laboratorio qualificato.

Il cresolo utilizzato nella fabbricazione dei fili smaltati è corrosivo e ha un odore caratteristico a concentrazioni molto basse. Una parte del poliuretano viene degradata termicamente nei forni di smaltatura per rilasciare toluene diisocianato (TDI), un potente sensibilizzante respiratorio. È necessario un buon LEV intorno ai forni con postcombustori catalitici per garantire che il TDI non inquini l'area circostante.

Operazioni accessorie

Giunzione le operazioni presentano rischi per due distinti gruppi di lavoratori: quelli che li realizzano e quelli che li utilizzano. La fabbricazione comporta la manipolazione di una polvere fibrogena (silice), un sensibilizzante delle vie respiratorie (isocianato) e un sensibilizzante della pelle (resina acrilica). È necessario utilizzare un LEV efficace per controllare adeguatamente l'esposizione dei dipendenti e indossare guanti adeguati per evitare il contatto della pelle con la resina. Il pericolo principale per gli utilizzatori dei composti è la sensibilizzazione della pelle alla resina. Questo può essere difficile da controllare poiché il jointer potrebbe non essere in grado di evitare del tutto il contatto con la pelle e spesso si troverà in una posizione remota lontano da una fonte d'acqua per scopi di pulizia. Un detergente per le mani senz'acqua è quindi essenziale.

Rischi ambientali e loro prevenzione

In linea di massima, la produzione di cavi non comporta emissioni significative al di fuori della fabbrica. Ci sono tre eccezioni a questa regola. Il primo è che l'esposizione ai vapori di solventi utilizzati per la stampa e altri scopi è controllata mediante l'uso di sistemi LEV che scaricano i vapori nell'atmosfera. Tali emissioni di composti organici volatili (COV) sono uno dei componenti necessari per formare lo smog fotochimico, e quindi sono sottoposte a crescenti pressioni da parte delle autorità di regolamentazione in un certo numero di paesi. La seconda eccezione è il potenziale rilascio di TDI dalla produzione di filo smaltato. La terza eccezione è che in un certo numero di casi la fabbricazione delle materie prime utilizzate nei cavi può provocare emissioni ambientali se non vengono prese misure di controllo. Le emissioni di particolato metallico da una raffineria di rame e dalla produzione di leghe cadmio-rame o berillio-rame dovrebbero essere convogliate ciascuna verso adeguati sistemi di filtri a manica. Allo stesso modo, qualsiasi emissione di particolato dalla mescola di gomma dovrebbe essere convogliata in un'unità filtro a maniche. Le emissioni di particolato, acido cloridrico e cloro derivanti dalla produzione di fibre ottiche dovrebbero essere convogliate in un sistema di filtri a maniche seguito da uno scrubber con soda caustica.

Di ritorno

Le lampade sono costituite da due tipi fondamentali: lampade a incandescenza (o ad incandescenza) e lampade a scarica. I componenti di base di entrambi i tipi di lampada includono vetro, vari pezzi di filo metallico, un gas di riempimento e solitamente una base. A seconda del produttore della lampada, questi materiali sono prodotti internamente o possono essere ottenuti da un fornitore esterno. Il tipico produttore di lampade produrrà i propri bulbi di vetro, ma potrebbe acquistare altre parti e vetri da produttori specializzati o altre aziende di lampade.

A seconda del tipo di lampada, è possibile utilizzare una varietà di occhiali. Le lampade a incandescenza e fluorescenti utilizzano tipicamente un vetro soda-calcico. Le lampade a temperature più elevate utilizzeranno un vetro borosilicato, mentre le lampade a scarica ad alta pressione utilizzeranno quarzo o ceramica per il tubo ad arco e vetro borosilicato per l'involucro esterno. Il vetro al piombo (contenente circa il 20-30% di piombo) viene generalmente utilizzato per sigillare le estremità dei bulbi delle lampade.

I fili utilizzati come supporti o connettori nella costruzione delle lampade possono essere realizzati con una varietà di materiali tra cui acciaio, nichel, rame, magnesio e ferro, mentre i filamenti sono realizzati in lega di tungsteno o tungsteno-torio. Un requisito fondamentale per il filo di supporto è che deve corrispondere alle caratteristiche di espansione del vetro in cui il filo penetra nel vetro per condurre la corrente elettrica per la lampada. Spesso in questa applicazione vengono utilizzati cavi conduttori in più parti.

Le basi (o cappucci) sono tipicamente realizzate in ottone o alluminio, l'ottone è il materiale preferito quando è richiesto l'uso all'aperto.

Lampade a filamento o ad incandescenza

Le lampade a filamento o ad incandescenza sono il tipo di lampada più antico ancora in produzione. Prendono il nome dal modo in cui queste lampade producono la loro luce: attraverso il riscaldamento di un filamento di filo a una temperatura sufficientemente alta da farlo brillare. Sebbene sia possibile produrre una lampada a incandescenza con quasi tutti i tipi di filamento (le prime lampade utilizzavano il carbonio), oggi la maggior parte di tali lampade utilizza un filamento di tungsteno metallico.

Lampade al tungsteno. La versione domestica comune di queste lampade è costituita da un bulbo di vetro che racchiude un filamento di filo di tungsteno. L'elettricità è condotta al filamento da fili che supportano il filamento e si estendono attraverso il supporto di vetro che è sigillato alla lampadina. I fili vengono quindi collegati alla base metallica, con un filo saldato all'occhiello centrale della base, l'altro collegato al guscio filettato. I fili di sostegno sono di composizione speciale, in modo da avere le stesse caratteristiche di dilatazione del vetro, evitando perdite quando le lampade si surriscaldano durante l'uso. Il bulbo di vetro è tipicamente realizzato in vetro lime, mentre il supporto del vetro è in vetro al piombo. L'anidride solforosa viene spesso utilizzata nella preparazione del supporto. L'anidride solforosa funge da lubrificante durante l'assemblaggio della lampada ad alta velocità. A seconda del design della lampada, il bulbo può racchiudere un vuoto o può utilizzare un gas di riempimento di argon o qualche altro gas non reattivo.

Le lampade di questo design sono vendute utilizzando lampadine in vetro trasparente, lampadine smerigliate e lampadine rivestite con una varietà di materiali. Le lampadine smerigliate e quelle rivestite con un materiale bianco (spesso argilla o silice amorfa) vengono utilizzate per ridurre l'abbagliamento del filamento trovato con lampadine trasparenti. I bulbi sono inoltre rivestiti con una varietà di altri rivestimenti decorativi, tra cui ceramiche colorate e lacche all'esterno dei bulbi e altri colori, come il giallo o il rosa, all'interno del bulbo.

Mentre la tipica forma domestica è la più comune, le lampade a incandescenza possono essere realizzate in molte forme di lampadine, tra cui tubolari, globi e riflettori, nonché in molte dimensioni e potenze, dalle subminiaturizzate alle grandi lampade da palcoscenico/studio.

Lampade alogene al tungsteno. Un problema nella progettazione della lampada a filamento di tungsteno standard è che il tungsteno evapora durante l'uso e si condensa sulla parete di vetro più fredda, oscurandola e riducendo la trasmissione della luce. L'aggiunta di un alogeno, come l'acido bromidrico o il bromuro di metile, al gas di riempimento elimina questo problema. L'alogeno reagisce con il tungsteno, impedendogli di condensarsi sulla parete di vetro. Quando la lampada si raffredda, il tungsteno si depositerà nuovamente sul filamento. Poiché questa reazione funziona meglio a pressioni della lampada più elevate, le lampade alogene al tungsteno contengono tipicamente gas a pressioni di diverse atmosfere. Tipicamente l'alogeno viene aggiunto come parte del gas di riempimento della lampada, solitamente a concentrazioni del 2% o inferiori.

Le lampade alogene al tungsteno possono anche utilizzare lampadine in quarzo invece che in vetro. Le lampadine al quarzo possono sopportare pressioni più elevate rispetto a quelle in vetro. Le lampadine al quarzo presentano tuttavia un potenziale pericolo, poiché il quarzo è trasparente alla luce ultravioletta. Sebbene il filamento di tungsteno produca relativamente poco ultravioletto, l'esposizione prolungata a distanza ravvicinata può produrre arrossamento della pelle e causare irritazione agli occhi. Filtrare la luce attraverso un vetro di copertura ridurrà notevolmente la quantità di ultravioletti, oltre a fornire protezione dal quarzo caldo nel caso in cui la lampada si rompa durante l'uso.

Pericoli e precauzioni

Nel complesso, i rischi maggiori nella produzione di lampade, indipendentemente dal tipo di prodotto, sono dovuti ai rischi delle apparecchiature automatizzate e alla manipolazione di lampadine e lampade di vetro e altro materiale. I tagli dal vetro e il contatto con le apparecchiature operative sono le cause più comuni di incidenti; i problemi di movimentazione dei materiali, come i movimenti ripetitivi o le lesioni alla schiena, destano particolare preoccupazione.

La saldatura al piombo viene spesso utilizzata sulle lampade. Per le lampade utilizzate in applicazioni a temperature più elevate, è possibile utilizzare saldature contenenti cadmio. Nelle operazioni automatizzate di assemblaggio di lampade, l'esposizione a entrambe queste saldature è minima. Quando si esegue la saldatura a mano, come nelle operazioni di riparazione o semiautomatiche, è necessario monitorare l'esposizione al piombo o al cadmio.

Le potenziali esposizioni a materiali pericolosi durante la produzione di lampade sono costantemente diminuite dalla metà del XX secolo. Nella produzione di lampade a incandescenza, un gran numero di lampade in precedenza veniva inciso con acido fluoridrico o soluzioni di sale bifluoruro per produrre una lampada smerigliata. Questo è stato in gran parte sostituito dall'uso di un rivestimento in argilla a bassa tossicità. Sebbene non completamente sostituito, l'uso dell'acido fluoridrico è stato notevolmente ridotto. Questo cambiamento ha ridotto il rischio di ustioni alla pelle e irritazioni polmonari dovute all'acido. I rivestimenti colorati in ceramica utilizzati all'esterno di alcuni prodotti per lampade contenevano in precedenza pigmenti di metalli pesanti come piombo, cadmio, cobalto e altri, oltre a utilizzare una fritta di vetro silicato di piombo come parte della composizione. Negli ultimi anni, molti dei pigmenti di metalli pesanti sono stati sostituiti da coloranti meno tossici. Nei casi in cui i metalli pesanti sono ancora utilizzati, può essere utilizzata una forma di tossicità inferiore (ad esempio, cromo III invece di cromo VI).

I filamenti di tungsteno a spirale continuano a essere realizzati avvolgendo il tungsteno attorno a un filo di molibdeno o di un mandrino in acciaio. Una volta che la bobina è stata formata e sinterizzata, i mandrini vengono dissolti usando acido cloridrico (per l'acciaio) o una miscela di acido nitrico e solforico per il molibdeno. A causa delle potenziali esposizioni agli acidi, questo lavoro viene abitualmente svolto in sistemi a cappa o, più recentemente, in dissolutori totalmente chiusi (specialmente dove è coinvolta la miscela nitrico/solforica).

I gas di riempimento utilizzati nelle lampade alogene al tungsteno vengono aggiunti alle lampade in sistemi completamente chiusi con poca perdita o esposizione. L'uso del bromuro di idrogeno presenta i propri problemi a causa della sua natura corrosiva. È necessario fornire LEV e utilizzare tubazioni resistenti alla corrosione per i sistemi di erogazione del gas. Il filo di tungsteno toriato (di solito dall'1 al 2% di torio) è ancora utilizzato in alcuni tipi di lampade. Tuttavia, c'è poco rischio dal torio sotto forma di filo.

L'anidride solforosa deve essere attentamente controllata. LEV dovrebbe essere utilizzato ovunque il materiale venga aggiunto al processo. I rilevatori di perdite possono essere utili anche nelle aree di stoccaggio. L'uso di bombole di gas più piccole da 75 kg è preferito rispetto a contenitori più grandi da 1,000 kg a causa delle potenziali conseguenze di un rilascio catastrofico.

L'irritazione della pelle può essere un potenziale pericolo a causa dei flussi di saldatura o delle resine utilizzate nel cemento di base. Alcuni sistemi di cemento di base utilizzano paraformaldeide invece di resine naturali, con conseguente potenziale esposizione alla formaldeide durante l'indurimento del cemento di base.

Tutte le lampade utilizzano un sistema chimico "gettering", in cui un materiale viene rivestito sul filamento prima dell'assemblaggio. Lo scopo del getter è quello di reagire e rimuovere qualsiasi residuo di umidità o ossigeno nella lampada dopo che la lampada è stata sigillata. I getter tipici includono nitruro di fosforo e miscele di polveri metalliche di alluminio e zirconio. Mentre il getter al nitruro di fosforo è abbastanza benigno nell'uso, la manipolazione di polveri metalliche di alluminio e zirconio può rappresentare un rischio di infiammabilità. I getter vengono applicati bagnati in un solvente organico, ma se il materiale viene versato, le polveri metalliche secche possono essere incendiate per attrito. Gli incendi di metalli devono essere spenti con appositi estintori di classe D e non possono essere spenti con acqua, schiuma o altri materiali usuali. Un terzo tipo di getter include l'uso di fosfina o silano. Questi materiali possono essere inclusi nel riempimento di gas della lampada a bassa concentrazione o possono essere aggiunti ad alta concentrazione e "lampeggiati" nella lampada prima del riempimento di gas finale. Entrambi questi materiali sono altamente tossici; se utilizzato ad alta concentrazione, nel sito devono essere utilizzati sistemi completamente chiusi con rilevatori di perdite e allarmi.

Lampade e tubi a scarica

Le lampade a scarica, sia a bassa che ad alta pressione, sono più efficienti in termini di luce per watt rispetto alle lampade a incandescenza. Le lampade fluorescenti sono state utilizzate per molti anni negli edifici commerciali e stanno trovando sempre più impiego in casa. Recentemente, sono state sviluppate versioni compatte della lampada fluorescente appositamente per sostituire la lampada a incandescenza.

Le lampade a scarica ad alta pressione sono state a lungo utilizzate per l'illuminazione stradale e di grandi aree. Sono in fase di sviluppo anche versioni a basso wattaggio di questi prodotti.

Lampade fluorescenti

Le lampade fluorescenti prendono il nome dalla polvere fluorescente utilizzata per rivestire l'interno del tubo di vetro. Questa polvere assorbe la luce ultravioletta prodotta dal vapore di mercurio utilizzato nella lampada, la converte e la riemette come luce visibile.

Il vetro utilizzato in questa lampada è simile a quello utilizzato nelle lampade a incandescenza, utilizzando vetro lime per il tubo e vetro al piombo per i supporti su ciascuna estremità. Attualmente sono in uso due diverse famiglie di fosfori. Gli alofosfati, a base di cloro-fluoro-fosfato di calcio o di stronzio, sono i fosfori più antichi, entrati in uso diffuso all'inizio degli anni '1950 quando sostituirono i fosfori a base di silicato di berillio. La seconda famiglia di fosfori comprende fosfori prodotti da terre rare, tipicamente tra cui ittrio, lantanio e altri. Questi fosfori di terre rare hanno in genere uno spettro di emissione ristretto e viene utilizzata una miscela di questi, generalmente un fosforo rosso, blu e verde.

I fosfori vengono miscelati con un sistema legante, sospesi in una miscela organica o in una miscela di acqua/ammoniaca e rivestiti all'interno del tubo di vetro. La sospensione organica utilizza acetato di butile, acetato di butile/nafta o xilene. A causa delle normative ambientali, le sospensioni a base acquosa stanno sostituendo quelle a base organica. Una volta applicato il rivestimento, viene asciugato sul tubo e il tubo viene riscaldato ad alta temperatura per rimuovere il legante.

Un supporto è fissato a ciascuna estremità della lampada. Il mercurio è ora introdotto nella lampada. Può essere fatto in tanti modi. Sebbene in alcune zone il mercurio venga aggiunto manualmente, il modo predominante è quello automatico, con la lampada montata verticalmente o orizzontalmente. Sulle macchine verticali, lo stelo di montaggio su un'estremità della lampada è chiuso. Quindi il mercurio viene fatto cadere nella lampada dall'alto, la lampada viene riempita con argon a bassa pressione e lo stelo del supporto superiore viene sigillato, sigillando completamente la lampada. Nelle macchine orizzontali il mercurio viene immesso da un lato, mentre la lampada viene espulsa dall'altro. L'argon viene nuovamente aggiunto alla giusta pressione ed entrambe le estremità della lampada vengono sigillate. Una volta sigillati, i cappucci o le basi vengono aggiunti alle estremità e i conduttori vengono quindi saldati o saldati ai contatti elettrici.

Possono essere utilizzati altri due modi possibili per introdurre il vapore di mercurio. In un sistema, il mercurio è contenuto in una striscia impregnata di mercurio, che rilascia il mercurio quando la lampada viene accesa per la prima volta. Nell'altro sistema viene utilizzato mercurio liquido, ma è contenuto all'interno di una capsula di vetro fissata alla montatura. La capsula si rompe dopo che la lampada è stata sigillata ed esaurita, rilasciando così il mercurio.

Le lampade fluorescenti compatte sono versioni più piccole della lampada fluorescente standard, a volte includono l'elettronica del reattore come componente integrale della lampada. Le lampade fluorescenti compatte generalmente utilizzano una miscela di fosfori di terre rare. Alcune lampade compatte incorporeranno un dispositivo di avviamento a bagliore contenente piccole quantità di materiali radioattivi per facilitare l'accensione della lampada. Questi avviatori luminosi utilizzano tipicamente krypton-85, idrogeno-3, promezio-147 o torio naturale per fornire quella che viene chiamata corrente oscura, che aiuta la lampada ad avviarsi più velocemente. Ciò è auspicabile dal punto di vista del consumatore, in cui il cliente desidera che la lampada si avvii immediatamente, senza sfarfallio.

Pericoli e precauzioni

La produzione di lampade fluorescenti ha visto un numero considerevole di cambiamenti. L'uso iniziale di un fosforo contenente berillio fu interrotto nel 1949, eliminando un rischio respiratorio significativo durante la produzione e l'uso del fosforo. In molte operazioni, le sospensioni di fosforo a base acquosa hanno sostituito le sospensioni organiche nel rivestimento delle lampade fluorescenti, riducendo l'esposizione dei lavoratori e riducendo l'emissione di COV nell'ambiente. Le sospensioni a base acquosa comportano un'esposizione minima all'ammoniaca, in particolare durante la miscelazione delle sospensioni.

Il mercurio rimane il materiale di maggiore preoccupazione durante la produzione di lampade fluorescenti. Mentre le esposizioni sono relativamente basse tranne che intorno alle macchine di scarico, esiste il potenziale per un'esposizione significativa ai lavoratori di stanza intorno alla macchina di scarico, ai meccanici che lavorano su queste macchine e durante le operazioni di pulizia. Devono essere utilizzati dispositivi di protezione individuale, come tute e guanti per evitare o limitare l'esposizione e, ove necessario, protezione respiratoria, soprattutto durante le attività di manutenzione e pulizia. Dovrebbe essere stabilito un programma di monitoraggio biologico, che includa l'analisi delle urine del mercurio, per i siti di produzione di lampade fluorescenti.

I due sistemi di fosfori attualmente in produzione utilizzano materiali considerati a tossicità relativamente bassa. Mentre alcuni degli additivi ai fosfori progenitori (come bario, piombo e manganese) hanno limiti di esposizione stabiliti da varie agenzie governative, questi componenti sono solitamente presenti in percentuali relativamente basse nelle composizioni.

Le resine fenolo-formaldeide sono utilizzate come isolanti elettrici nei terminali delle lampade. Il cemento include tipicamente resine naturali e sintetiche, che possono includere sostanze irritanti per la pelle come esametilen-tetrammina. Le apparecchiature automatizzate per la miscelazione e la manipolazione limitano il potenziale contatto con la pelle di questi materiali, limitando così il potenziale di irritazione cutanea.

Lampade al mercurio ad alta pressione

Le lampade al mercurio ad alta pressione includono due tipi simili: quelle che utilizzano solo mercurio e quelle che utilizzano una miscela di mercurio e una varietà di alogenuri metallici. Il design di base delle lampade è simile. Entrambi i tipi utilizzano un tubo ad arco di quarzo che conterrà il mercurio o la miscela di mercurio/alogenuro. Questo tubo ad arco viene quindi racchiuso in un rivestimento esterno in vetro borosilicato duro e viene aggiunta una base metallica per fornire contatti elettrici. La guaina esterna può essere trasparente o rivestita con un materiale diffondente o un fosforo per modificare il colore della luce.

Lampade al mercurio contengono solo mercurio e argon nel tubo ad arco di quarzo della lampada. Il mercurio, ad alta pressione, genera luce con un alto contenuto di blu e ultravioletti. Il tubo ad arco di quarzo è completamente trasparente alla luce UV e, nel caso in cui il rivestimento esterno venga rotto o rimosso, è una potente fonte di luce UV che può produrre ustioni alla pelle e agli occhi nelle persone esposte. Anche se il tipico design della lampada al mercurio continuerà a funzionare se il rivestimento esterno viene rimosso, i produttori offrono anche alcuni modelli con un design fuso che smetterà di funzionare se il rivestimento è rotto. Durante il normale utilizzo, il vetro borosilicato della guaina esterna assorbe un'alta percentuale della luce UV, in modo che la lampada intatta non rappresenti un pericolo.

A causa dell'elevato contenuto di blu dello spettro della lampada al mercurio, l'interno del rivestimento esterno è spesso rivestito con un fosforo come il fosfato di ittrio vanadato o un simile fosforo che accentua il rosso.

Lampade ad alogenuri metallici contengono anche mercurio e argon nel tubo ad arco, ma aggiungono alogenuri metallici (tipicamente una miscela di sodio e scandio, possibilmente con altri). L'aggiunta degli alogenuri metallici migliora l'emissione di luce rossa della lampada, producendo una lampada che ha uno spettro luminoso più equilibrato.

Pericoli e precauzioni

Oltre al mercurio, i materiali potenzialmente pericolosi utilizzati nella produzione di lampade al mercurio ad alta pressione includono i materiali di rivestimento utilizzati sugli involucri esterni e gli additivi agli alogenuri utilizzati nelle lampade ad alogenuri metallici. Un materiale di rivestimento è un semplice diffusore, lo stesso utilizzato nelle lampade a incandescenza. Un altro è un fosforo che corregge il colore, ittrio vanadato o fosfato di ittrio vanadato. Sebbene simile al pentossido di vanadio, il vanadato è considerato meno tossico. L'esposizione ai materiali alogenuri normalmente non è significativa, poiché gli alogenuri reagiscono in aria umida e devono essere mantenuti asciutti e in atmosfera inerte durante la manipolazione e l'uso. Allo stesso modo, sebbene il sodio sia un metallo altamente reattivo, anch'esso deve essere maneggiato in un'atmosfera inerte per evitare l'ossidazione del metallo.

Lampade al sodio

Attualmente vengono prodotti due tipi di lampade al sodio. Le lampade a bassa pressione contengono solo sodio metallico come sorgente luminosa e producono una luce molto gialla. Le lampade al sodio ad alta pressione utilizzano mercurio e sodio per generare una luce più bianca.

Lampade al sodio a bassa pressione hanno un tubo di vetro, che contiene il sodio metallico, racchiuso in un secondo tubo di vetro.

Lampade al sodio ad alta pressione contengono una miscela di mercurio e sodio all'interno di un tubo ad arco di allumina ceramica ad alta purezza. A parte la composizione del tubo ad arco, la costruzione della lampada al sodio ad alta pressione è essenzialmente la stessa delle lampade al mercurio e agli alogenuri metallici.

Pericoli e precauzioni

Ci sono pochi rischi unici durante la produzione di lampade al sodio ad alta o bassa pressione. In entrambi i tipi di lampada, il sodio deve essere mantenuto asciutto. Il sodio metallico puro reagirà violentemente con l'acqua, producendo idrogeno gassoso e calore sufficiente a provocare l'accensione. Il sodio metallico lasciato nell'aria reagirà con l'umidità nell'aria, producendo un rivestimento di ossido sul metallo. Per evitare ciò, il sodio viene solitamente maneggiato in un vano portaoggetti, in atmosfera secca di azoto o argon. Per i siti che producono lampade al sodio ad alta pressione, sono necessarie ulteriori precauzioni per gestire il mercurio, simili a quelle dei siti che producono lampade al mercurio ad alta pressione.

Problemi ambientali e di salute pubblica

Lo smaltimento dei rifiuti e/o il riciclaggio delle lampade contenenti mercurio è un problema che ha ricevuto un alto grado di attenzione in molte aree del mondo negli ultimi anni. Mentre nella migliore delle ipotesi si tratta di un'operazione di "break even" dal punto di vista dei costi, attualmente esiste una tecnologia per recuperare il mercurio dalle lampade fluorescenti ea scarica ad alta pressione. Il riciclaggio dei materiali delle lampade attualmente è descritto più accuratamente come recupero, poiché i materiali delle lampade vengono raramente rielaborati e utilizzati per realizzare nuove lampade. In genere, le parti metalliche vengono inviate ai rivenditori di rottami metallici. Il vetro recuperato può essere utilizzato per realizzare vetroresina o blocchi di vetro o utilizzato come aggregato nelle pavimentazioni in cemento o asfalto. Il riciclaggio può essere l'alternativa a basso costo, a seconda dell'ubicazione e della disponibilità di opzioni di riciclaggio e di smaltimento dei rifiuti pericolosi o speciali.

I reattori utilizzati nelle installazioni di lampade fluorescenti in precedenza contenevano condensatori che utilizzavano PCB come dielettrico. Sebbene la produzione di reattori contenenti PCB sia stata interrotta, molti dei reattori più vecchi potrebbero essere ancora in uso a causa della loro lunga aspettativa di vita. Lo smaltimento dei reattori contenenti PCB può essere regolamentato e può richiedere lo smaltimento come rifiuto speciale o pericoloso.

La produzione di vetro, in particolare i vetri borosilicati, può essere una fonte significativa di NO_x emissione in atmosfera. Recentemente, l'ossigeno puro invece dell'aria è stato utilizzato con bruciatori a gas come mezzo per ridurre il NO_x emissioni.

Di ritorno

Adattato dalla 3a edizione, Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.

L'industria degli elettrodomestici è responsabile della produzione di un'ampia gamma di apparecchiature, compresi apparecchi progettati per usi audiovisivi, di cottura, riscaldamento, preparazione e conservazione degli alimenti (refrigerazione). La produzione e la fabbricazione di tali apparecchi implicano molti processi altamente automatizzati che possono essere associati a rischi per la salute e modelli di malattie.

Processo di produzione

I materiali utilizzati nella fabbricazione di elettrodomestici possono essere classificati in:

1. metalli utilizzati tipicamente per i conduttori elettrici nei cavi e nella struttura e/o intelaiatura degli apparecchi
2. materiali dielettrici o isolanti utilizzati per prevenire il contatto accidentale con apparecchiature elettriche sotto tensione
3. vernici e finiture
4. prodotti chimici.

Esempi di materiali compresi nelle quattro categorie richiamate sono riportati nella tabella 1.

Tabella 1. Esempi di materiali utilizzati nella fabbricazione di elettrodomestici

Nota: Piombo e mercurio sono sempre meno comuni nella produzione di elettrodomestici

I materiali utilizzati nell'industria degli elettrodomestici devono soddisfare requisiti rigorosi, tra cui la capacità di resistere alla manipolazione probabile che si verificherà durante il normale funzionamento, la capacità di resistere alla fatica del metallo e la capacità di non essere influenzati da qualsiasi altro processo o trattamento che potrebbe rendere l'apparecchio pericoloso da utilizzare immediatamente o dopo un periodo di tempo prolungato.

I materiali utilizzati nell'industria vengono spesso ricevuti nella fase di assemblaggio dell'elettrodomestico avendo già subito diversi processi di fabbricazione, ciascuno dei quali può presentare rischi e problemi di salute propri. I dettagli di questi pericoli e problemi sono considerati nei capitoli appropriati altrove in questo Enciclopedia.

I processi di produzione varieranno da prodotto a prodotto, ma in generale seguiranno il flusso di produzione mostrato nella figura 1. Questo grafico mostra anche i pericoli associati ai diversi processi.

Figura 1. Sequenza e pericoli del processo di produzione

Problemi di salute e sicurezza

Incendio ed esplosione

Molti dei solventi, delle vernici e degli oli isolanti utilizzati nell'industria sono sostanze infiammabili. Questi materiali devono essere immagazzinati in locali freschi e asciutti, preferibilmente in un edificio ignifugo separato dall'impianto di produzione. I contenitori devono essere chiaramente etichettati e le diverse sostanze devono essere ben separate o conservate separatamente, come richiesto dai loro punti di infiammabilità e dalla loro classe di rischio. Nel caso di materiali isolanti e materie plastiche, è importante ottenere informazioni sulla combustibilità o sulle caratteristiche al fuoco di ogni nuova sostanza utilizzata. Anche lo zirconio in polvere, che oggi viene utilizzato in quantità significative nell'industria, è a rischio di incendio.

Le quantità di sostanze infiammabili emesse dai magazzini dovrebbero essere mantenute al minimo richiesto per la produzione. Durante la travasazione di liquidi infiammabili si possono formare cariche di elettricità statica, pertanto tutti i contenitori devono essere collegati a terra. Devono essere forniti mezzi antincendio e il personale del magazzino deve essere istruito sul loro uso.

La verniciatura dei componenti viene solitamente eseguita in cabine di verniciatura appositamente costruite, che devono disporre di adeguati dispositivi di aspirazione e ventilazione che, se utilizzati con dispositivi di protezione individuale (DPI), creeranno un ambiente di lavoro sicuro.

Durante la saldatura, devono essere prese speciali precauzioni antincendio.

incidenti

La ricezione, lo stoccaggio e la spedizione di materie prime, componenti e prodotti finiti possono dar luogo a incidenti che comportano inciampi e cadute, caduta di oggetti, carrelli elevatori e così via. La movimentazione manuale dei materiali può anche creare problemi ergonomici che possono essere alleviati dall'automazione quando possibile.

Poiché nell'industria vengono impiegati numerosi processi diversi, i rischi di incidenti variano da negozio a negozio nello stabilimento. Durante la produzione di componenti ci saranno rischi per le macchine nell'uso di macchine utensili, presse elettriche, macchine per lo stampaggio a iniezione di materie plastiche e così via, ed è essenziale un'efficiente protezione dei macchinari. Durante la galvanica, è necessario prendere precauzioni contro gli schizzi di sostanze chimiche corrosive. Durante l'assemblaggio dei componenti, il costante movimento dei componenti da un processo all'altro comporta un elevato rischio di incidenti dovuti al trasporto all'interno dello stabilimento e alle attrezzature di movimentazione meccanica.

I test di qualità non danno luogo a particolari problemi di sicurezza. Tuttavia, i test prestazionali richiedono particolari precauzioni poiché i test vengono spesso eseguiti su apparecchi semilavorati o non isolati. Durante i test elettrici, tutti i componenti in tensione, i conduttori, i terminali e gli strumenti di misura devono essere protetti per evitare contatti accidentali. Il posto di lavoro dovrebbe essere schermato, l'ingresso di persone non autorizzate vietato e avvisi affissi. Nelle aree di collaudo elettrico, è particolarmente consigliabile la fornitura di interruttori di emergenza, e gli interruttori dovrebbero essere in una posizione prominente in modo che in caso di emergenza tutte le apparecchiature possano essere immediatamente diseccitate.

Per testare apparecchi che emettono raggi X o contengono sostanze radioattive, esistono norme di protezione dalle radiazioni. Un supervisore competente dovrebbe essere responsabile dell'osservanza delle norme.

Esistono rischi particolari nell'uso di gas compressi, apparecchiature di saldatura, laser, impianti di impregnazione, apparecchiature di verniciatura a spruzzo, forni di ricottura e tempra e impianti elettrici ad alta tensione.

Durante tutte le attività di riparazione e manutenzione, sono essenziali adeguati programmi di lockout/tagout.

Rischi per la salute

Le malattie professionali associate alla fabbricazione di apparecchiature elettriche domestiche sono relativamente basse e normalmente non considerate gravi. Tali problemi che esistono sono caratterizzati da:

• lo sviluppo di malattie della pelle dovute all'uso di solventi, oli da taglio, indurenti utilizzati con resina epossidica e bifenili policlorurati (PCB)
• l'insorgenza di silicosi dovuta all'inalazione di silice nella sabbiatura (sebbene la sabbia venga sempre più sostituita da agenti di sabbiatura meno tossici come corindone, graniglia d'acciaio o graniglia)
• problemi di salute dovuti all'inalazione di vapori di solventi durante la verniciatura e lo sgrassaggio e avvelenamento da piombo dovuto all'uso di pigmenti al piombo, smalti, ecc.
• diversi livelli di rumore prodotti durante i processi.

Ove possibile, i solventi altamente tossici ei composti clorurati dovrebbero essere sostituiti da sostanze meno pericolose; in nessun caso il benzene o il tetracloruro di carbonio devono essere impiegati come solventi. L'avvelenamento da piombo può essere superato sostituendo materiali o tecniche più sicuri e applicando rigorosamente procedure di lavoro sicure, igiene personale e supervisione medica. Laddove esista il pericolo di esposizione a concentrazioni pericolose di contaminanti atmosferici, l'aria sul posto di lavoro dovrebbe essere regolarmente monitorata e, ove necessario, dovrebbero essere prese misure appropriate come l'installazione di un sistema di scarico. Il rischio di rumore può essere ridotto mediante la chiusura delle fonti di rumore, l'uso di materiali fonoassorbenti nei locali di lavoro o l'uso di protezioni acustiche personali.

Ingegneri della sicurezza e medici industriali dovrebbero essere chiamati in fase di progettazione e pianificazione di nuovi impianti o operazioni, e i rischi dei processi o delle macchine dovrebbero essere eliminati prima che i processi vengano avviati. Ciò dovrebbe essere seguito da un'ispezione regolare di macchine, strumenti, impianti, mezzi di trasporto, dispositivi antincendio, officine e aree di prova e così via.

La partecipazione dei lavoratori allo sforzo per la sicurezza è essenziale e i supervisori devono garantire che i dispositivi di protezione individuale siano disponibili e indossati ove necessario. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla formazione in materia di sicurezza dei nuovi lavoratori, poiché questi rappresentano una percentuale relativamente elevata di infortuni.

I lavoratori devono sottoporsi a una visita medica prima del collocamento e, laddove vi sia la possibilità di un'esposizione pericolosa, a un esame periodico, se necessario.

Molti processi nella produzione di singoli componenti comporteranno lo scarto di materiale di scarto (ad es. "sfrido" da lamiere o barre metalliche) e lo smaltimento di tali materiali deve essere conforme ai requisiti di sicurezza. Inoltre, se tali rifiuti di processo non possono essere restituiti al produttore o al fabbricante per il riciclaggio, il loro successivo smaltimento deve avvenire mediante processi approvati al fine di evitare l'inquinamento ambientale.

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