第3版からの改作、 労働安全衛生百科事典.
金属の製造と精製では、一連のさまざまな物理的および化学的反応によって、価値のある成分が価値のない材料から分離されます。 最終製品は、制御された量の不純物を含む金属です。 一次製錬では鉱石精鉱から直接金属を生産し、二次製錬ではスクラップやプロセス廃棄物から金属を生産します。 スクラップには、規格外または使い古された金属部品、バー、ターニング、シート、およびワイヤの小片が含まれますが、リサイクルすることができます (この章の記事「金属の再生利用」を参照してください)。
プロセスの概要
精錬金属の製造には、一般に XNUMX つの金属回収技術が使用されます。 乾式冶金 & 湿式冶金. 乾式冶金プロセスでは、熱を使用して目的の金属を他の材料から分離します。 これらのプロセスは、溶融時の鉱石成分の酸化電位、融点、蒸気圧、密度および/または混和性の違いを使用します。 湿式冶金技術は、水溶液中の構成成分の溶解度および/または電気化学的特性の違いを利用する技術を使用して、目的の金属を他の材料から分離するという点で、乾式冶金プロセスとは異なります。
パイロメタル
乾式金属処理中の鉱石 受益者 （破砕、粉砕、浮遊および乾燥によって濃縮されます）、バグハウスダストやフラックスなどの他の材料と一緒に焼結または焙焼（焼成）されます。 次に、精鉱は溶鉱炉で製錬または溶融され、目的の金属が不純な溶融地金に融合されます。 次に、この地金は、金属を望ましいレベルの純度に精製するために、4 番目の高温金属プロセスを受けます。 鉱石または地金が加熱されるたびに、廃棄物が生成されます。 換気やプロセス ガスからの粉塵は、バグフィルターに取り込まれ、残留金属含有量に応じて、廃棄されるかプロセスに戻されます。 ガス中の硫黄も捕捉され、濃度が XNUMX% 以上になると硫酸になります。 鉱石の産地とその残留金属含有量に応じて、金や銀などのさまざまな金属が副産物として生成されることもあります。
焙煎は重要な高温冶金プロセスです。 硫酸焙焼は、コバルトと亜鉛の生産に使用されます。 その目的は、金属を分離して、さらなる湿式冶金処理のために水溶性の形態に変換できるようにすることです。
硫化鉱の製錬により、部分的に酸化された金属精鉱 (つや消し) が生成されます。 製錬では、価値のない材料、通常は鉄がフラックス材料と一緒にスラグを形成し、酸化物に変換されます。 有価金属は、変換炉で行われる変換段階で金属の形をとります。 この方法は、銅とニッケルの生産に使用されます。 鉄、フェロクロム、鉛、マグネシウム、および鉄化合物は、鉱石を木炭とフラックス (石灰岩) で還元することによって生成されます。製錬プロセスは通常、電気炉で行われます。 (参照してください 鉄鋼業 アルミニウム製造に使用される溶融塩電解は、乾式冶金プロセスのもう XNUMX つの例です。
金属の乾式冶金処理に必要な高温は、化石燃料を燃焼させるか、鉱石自体の発熱反応を利用して得られます (フラッシュ製錬プロセスなど)。 自溶製錬プロセスは、鉱石精鉱の鉄と硫黄を酸化する省エネ乾式製錬プロセスの一例です。 発熱反応と熱回収システムを組み合わせることで、製錬のためのエネルギーを大幅に節約できます。 このプロセスの高い硫黄回収率は、環境保護にも有益です。 最近建設された銅とニッケルの精錬所のほとんどは、このプロセスを使用しています。
水分冶金
湿式冶金プロセスの例としては、浸出、沈殿、電解還元、イオン交換、膜分離、および溶媒抽出があります。 湿式冶金プロセスの第 XNUMX 段階は、硫酸などを使用して、価値の低い材料から価値のある金属を浸出させることです。 浸出の前に前処理（硫酸塩焙煎など）が行われることがよくあります。 浸出プロセスは、多くの場合、高圧、酸素の添加、または高温を必要とします。 浸出は、電気で行うこともできます。 浸出溶液から、目的の金属またはその化合物が、さまざまな方法を使用した沈殿または還元によって回収されます。 還元は、例えば、ガスを用いたコバルトおよびニッケルの生産で行われます。
水溶液中の金属の電気分解も、湿式冶金プロセスであると考えられています。 電気分解の過程で、金属イオンは金属に還元されます。 金属は弱酸溶液中にあり、そこから電流の影響下で陰極に沈殿します。 ほとんどの非鉄金属は、電気分解によって精製することもできます。
多くの場合、冶金プロセスは、処理する鉱石精鉱と精製する金属の種類に応じて、乾式冶金プロセスと湿式冶金プロセスの組み合わせです。 その一例がニッケルの生産です。
危険とその防止
冶金産業における健康リスクと事故の防止は、主に教育的および技術的な問題です。 健康診断は二次的なものであり、健康リスクの予防において補完的な役割しかありません。 社内の企画、ライン、安全、労働衛生の各部門間の情報交換と協力は、健康リスクの防止において最も効率的な結果をもたらします。
最善かつ最も費用のかからない予防措置は、新しいプラントまたはプロセスの計画段階で取られるものです。 新しい生産施設の計画では、少なくとも次の側面を考慮する必要があります。
- 空気汚染物質の潜在的な発生源は、密閉して隔離する必要があります。
- プロセス機器の設計と配置は、メンテナンス目的で簡単にアクセスできるようにする必要があります。
- 突然の予期しない危険が発生する可能性のあるエリアは、継続的に監視する必要があります。 適切な警告通知を含める必要があります。 たとえば、アルシンやシアン化水素にさらされる可能性があるエリアは、継続的に監視する必要があります。
- 手作業による取り扱いを避けることができるように、有毒なプロセス化学物質の追加と取り扱いを計画する必要があります。
- 個々の労働者の実際の被ばくを評価するために、可能な限り個人の職業衛生サンプリング装置を使用する必要があります。 ガス、粉塵、および騒音の定期的な固定モニタリングは、被ばくの概要を示しますが、被ばく線量の評価には補完的な役割しかありません。
- スペース計画では、プラントの労働衛生基準が悪化しないように、プロセスの将来の変更または拡張の要件を考慮する必要があります。
- 職長や労働者だけでなく、安全衛生要員のための継続的な訓練と教育システムが必要です。 特に新しい労働者は、潜在的な健康リスクと、自分の職場環境でそれらを防ぐ方法について十分に知らされるべきです. さらに、新しいプロセスが導入されるたびにトレーニングを行う必要があります。
- 仕事のやり方は重要です。 例えば、職場での飲食による個人の衛生状態の悪さは、個人のばく露を大幅に増加させる可能性があります。
- 管理者は、技術的および経済的な意思決定に十分なデータを生成する健康と安全の監視システムを備えている必要があります。
以下は、製錬および精製で見られる特定の危険性と注意事項の一部です。
けが
製錬および精製業界では、他のほとんどの業界よりも負傷率が高くなっています。 これらの負傷の原因には次のものが含まれます。 ガス爆発および溶融金属と水との接触による爆発; 移動中の機関車、貨車、走行クレーン、その他の移動機器との衝突。 重い物の落下; 高所からの落下 (例: クレーン キャブにアクセス中)。 床や通路の障害物による滑りやつまずきの怪我。
予防措置には次のものが含まれます。 適切な保管、ハウスキーピング、および機器のメンテナンス。 機器を移動するための交通ルール (定義されたルートと効果的な信号および警告システムを含む); 落下保護プログラム。
ヒート
熱射病などの熱ストレス疾患は、主に炉や溶融金属からの赤外線放射による一般的な危険です。 これは、暑い環境で激しい作業を行う必要がある場合に特に問題になります。
熱中症の予防には、炉の前のウォータースクリーンまたはエアカーテン、スポット冷却、密閉された空調ブース、熱保護服および空冷スーツが含まれ、順応のための十分な時間、涼しい場所での作業休憩、および十分な供給が含まれます。頻繁に飲むための飲み物。
化学的危険
製錬および精製作業中に、さまざまな危険な粉塵、煙、ガス、およびその他の化学物質にさらされる可能性があります。 特に鉱石の破砕と粉砕は、シリカや有毒な金属粉塵 (鉛、ヒ素、カドミウムを含むものなど) にさらされる可能性が高くなります。 炉のメンテナンス作業中に粉塵にさらされることもあります。 製錬作業中、金属煙が大きな問題になる可能性があります。
粉塵と煙の排出は、エンクロージャー、プロセスの自動化、局所および希釈排気換気、材料の湿潤、材料の取り扱いの削減、およびその他のプロセス変更によって制御できます。 これらが十分でない場合は、呼吸保護が必要になります。
多くの製錬作業では、硫化鉱から大量の二酸化硫黄が生成され、燃焼プロセスから一酸化炭素が生成されます。 希釈と局所排気換気 (LEV) が不可欠です。
硫酸は、製錬作業の副産物として生成され、金属の電解精製および浸出に使用されます。 暴露は、液体と硫酸ミストの両方に発生する可能性があります。 皮膚と目の保護とLEVが必要です。
一部の金属の製錬および精製には、特別な危険が伴う可能性があります。 例としては、ニッケル精錬におけるニッケルカルボニル、アルミニウム精錬におけるフッ化物、銅および鉛の精錬および精錬におけるヒ素、金精錬中の水銀およびシアン化物への曝露が挙げられます。 これらのプロセスには、独自の特別な注意が必要です。
その他の危険
炉や溶融金属からのまぶしさと赤外線放射は、白内障を含む目の損傷を引き起こす可能性があります。 適切なゴーグルとフェイス シールドを着用する必要があります。 高レベルの赤外線放射は、防護服を着用しない限り、皮膚のやけどを引き起こす可能性もあります。
鉱石の破砕や粉砕、ガス放電ブロワー、高出力電気炉からの高い騒音レベルは、難聴を引き起こす可能性があります。 騒音源を密閉または隔離できない場合は、聴覚保護具を着用する必要があります。 聴力検査とトレーニングを含む聴力保護プログラムを開始する必要があります。
電気的危険は、電解プロセス中に発生する可能性があります。 注意事項には、ロックアウト/タグアウト手順による適切な電気的メンテナンスが含まれます。 絶縁手袋、衣服、およびツール。 必要に応じて地絡回路遮断器。
物を手で持ち上げたり扱ったりすると、背中や上肢にけがをする可能性があります。 機械的な持ち上げ補助具と持ち上げ方法の適切なトレーニングにより、この問題を軽減できます。
汚染と環境保護
二酸化硫黄、硫化水素、塩化水素などの刺激性および腐食性ガスの放出は、大気汚染の一因となり、工場内および周辺環境で金属やコンクリートの腐食を引き起こす可能性があります。 二酸化硫黄に対する植生の耐性は、森林や土壌の種類によって異なります。 一般に、常緑樹は落葉樹よりも低濃度の二酸化硫黄を許容します。 粒子状物質の排出には、非特異的な粒子、フッ化物、鉛、ヒ素、カドミウム、その他多くの有毒金属が含まれている可能性があります。 排水には、さまざまな有毒金属、硫酸、その他の不純物が含まれている場合があります。 固形廃棄物は、ヒ素、鉛、硫化鉄、シリカ、その他の汚染物質で汚染されている可能性があります。
製錬所の管理には、プラントからの排出の評価と管理が含まれる必要があります。 これは、プラント プロセスから排出される物質の化学的性質と毒性を熟知している担当者のみが実行できる専門的な作業です。 大気汚染を制御するための対策を計画する際には、物質の物理的状態、プロセスを離れる温度、ガス流内の他の物質、およびその他の要因をすべて考慮する必要があります。 また、気象観測所を維持し、気象記録を保持し、気象条件が煙突排出物の分散に不利な場合には生産量を削減できるようにしておくことが望ましい。 住宅地や農地への大気汚染の影響を観察するには、フィールドトリップが必要です。
主な汚染物質の XNUMX つである二酸化硫黄は、十分な量が存在する場合、硫酸として回収されます。 それ以外の場合は、排出基準を満たすために、二酸化硫黄やその他の有害ガス廃棄物を洗浄して管理しています。 粒子状物質の排出は、布フィルターと電気集塵機によって一般的に制御されます。
銅濃縮などの浮選工程では大量の水が使用されます。 この水のほとんどはプロセスに再循環されます。 浮遊選鉱プロセスからの尾鉱は、沈殿池にスラリーとしてポンプで送られます。 その過程で水が再利用されます。 金属を含むプロセス水と雨水は、排水またはリサイクルの前に水処理プラントで浄化されます。
固相廃棄物には、精錬からのスラグ、二酸化硫黄の硫酸への変換からのブローダウン スラリー、および地表の貯水池 (例えば、沈降池) からのスラッジが含まれます。 一部のスラグは再濃縮して製錬所に戻し、再処理または存在する他の金属を回収することができます。 これらの固相廃棄物の多くは有害廃棄物であり、環境規制に従って保管する必要があります。