81. Aparelhos e equipamentos elétricos
Editor de Capítulo: NA Smith
Perfil Geral
NA Smith
Fabricação de baterias de chumbo-ácido
Barry P. Kelley
Baterias
NA Smith
Fabricação de cabos elétricos
David A. O'Malley
Fabricação de lâmpadas e tubos elétricos
Albert M. Zielinski
Fabricação de eletrodomésticos elétricos
NA Smith e W. Klost
Questões ambientais e de saúde pública
Pittman, Alexandre
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1. Composição de baterias comuns
2. Fabrico: electrodomésticos
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82. Indústria de processamento e trabalho de metais
Editor de Capítulo: Michael McCann
Fundição e Refino
Pekka Roto
Fundição e Refino de Cobre, Chumbo e Zinco
Fundição e Refino de Alumínio
Bertram D. Dinman
Fundição e refino de ouro
ID Gadaskina e LA Ryzik
Fundições
Franklin E. Mirer
Forjamento e Estampagem
Roberto M. Parque
Soldagem e Corte Térmico
Philip A. Platcow e GS Lyndon
Tornos
Toni Retsch
Retificação e polimento
K. Welinder
Lubrificantes Industriais, Fluidos Metalúrgicos e Óleos Automotivos
Richard S. Kraus
Tratamento de superfície de metais
JG Jones, JR Bevan, JA Catton, A. Zober, N. Fish, KM Morse, G. Thomas, MA El Kadeem e Philip A. Platcow
Recuperação de Metal
Melvin E. Cassady e Richard D. Ringenwald, Jr.
Questões Ambientais no Acabamento de Metais e Revestimentos Industriais
Stewart Forbes
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1. Entradas e saídas para fundição de cobre
2. Entradas e saídas para fundição de chumbo
3. Entradas e saídas para fundição de zinco
4. Entradas e saídas para fundição de alumínio
5. Tipos de fornos de fundição
6. Entradas de materiais de processo e saídas de poluição
7. Processos de soldagem: Descrição e perigos
8. Resumo dos perigos
9. Comandos para alumínio, por operação
10. Comandos para cobre, por operação
11. Comandos para chumbo, por operação
12. Controles para zinco, por operação
13. Controles para magnésio, por operação
14. Controles para mercúrio, por operação
15. Controles para níquel, por operação
16. Controles de metais preciosos
17. Controles para cádmio, por operação
18. Controles para selênio, por operação
19. Controles para cobalto, por operação
20. Controles para estanho, por operação
21. Controles para titânio, por operação
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83. Microeletrônica e Semicondutores
Editor de Capítulo: Michael E. Williams
Perfil Geral
Michael E. Williams
Fabricação de Semicondutores de Silício
David G. Baldwin, James R. Rubin e Afsaneh Gerami
Monitores de cristal líquido
David G. Baldwin, James R. Rubin e Afsaneh Gerami
Fabricação de Semicondutores III-V
David G. Baldwin, Afsaneh Gerami e James R. Rubin
Montagem de placa de circuito impresso e computador
Michael E. Williams
Efeitos na saúde e padrões de doenças
Donald V. Lassiter
Questões ambientais e de saúde pública
Mastigar Corky
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1. Sistemas fotorresistentes
2. Decapantes fotorresistentes
3. Ácidos químicos úmidos
4. Gases e materiais corroídos por plasma
5. Dopantes de formação de junções para difusão
6. Principais categorias de epitaxia de silício
7. Principais categorias de DCV
8. Limpeza de monitores de tela plana
9. Processo PWB: Meio Ambiente, Saúde e Segurança
10. Geração e controles de resíduos PWB
11. Geração e controles de resíduos de PCB
12. Geração de resíduos e controles
13. Matriz de necessidades prioritárias
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84. Vidro, Cerâmica e Materiais Relacionados
Editores de Capítulo: Joel Bender e Jonathan P. Hellerstein
Vidro, Cerâmica e Materiais Relacionados
Jonathan P. Hellerstein, Joel Bender, John G. Hadley e Charles M. Hohman
Estudo de Caso: Fibras Ópticas
George R. Osborne
Estudo de caso: gemas sintéticas
golfinho manjericão
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1. Constituintes típicos do corpo
2. Processos de fabricação
3. Aditivos químicos selecionados
4. Uso de refratários pela indústria nos EUA
5. Riscos potenciais de saúde e segurança
6. Lesões e doenças ocupacionais não fatais
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85. Indústria de Impressão, Fotografia e Reprodução
Editor do capítulo: David Richardson
Impressão e Publicação
Gordon C. Miller
Serviços de Reprodução e Duplicação
Robert W. Kilpper
Problemas de saúde e padrões de doenças
Barry R. Friedlander
Visão geral das questões ambientais
Daniel R. Inglês
Laboratórios fotográficos comerciais
David Richardson
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1. Exposições na indústria de impressão
2. Imprimindo riscos de mortalidade comercial
3. Exposição química no processamento
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86. Carpintaria
Editor do Capítulo: Jon Parish
Perfil Geral
Debra Osinsky
Processos de Carpintaria
Jon K. Paróquia
Máquinas de Roteamento
Bata Wegmüller
Máquinas de aplainar madeira
Bata Wegmüller
Efeitos na saúde e padrões de doenças
Leon J. Warshaw
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1. Variedades de madeira venenosas, alergênicas e biologicamente ativas
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Visão geral do setor
O equipamento elétrico inclui um amplo campo de dispositivos. Seria impossível incluir informações sobre todos os itens de equipamento e, portanto, este capítulo será limitado à cobertura de produtos de algumas das principais indústrias. Numerosos processos estão envolvidos na fabricação de tais equipamentos. Este capítulo discute os perigos que podem ser encontrados por pessoas que trabalham na fabricação de baterias, cabos elétricos, lâmpadas elétricas e equipamentos elétricos domésticos em geral. Concentra-se em equipamentos elétricos; equipamento eletrônico é discutido em detalhes no capítulo Microeletrônica e semicondutores.
Evolução da Indústria
A descoberta pioneira da indução eletromagnética foi fundamental para o desenvolvimento da vasta indústria elétrica atual. A descoberta do efeito eletroquímico levou ao desenvolvimento de baterias como meio de alimentação de equipamentos elétricos a partir de fontes portáteis de energia utilizando sistemas de corrente contínua. À medida que foram inventados dispositivos que dependiam da energia da rede elétrica, foi necessário um sistema de transmissão e distribuição de eletricidade, o que levou à introdução de condutores elétricos flexíveis (cabos).
As primeiras formas de iluminação artificial (ou seja, arco de carbono e iluminação a gás) foram substituídas pela lâmpada de filamento (originalmente com filamento de carbono, exibida por Joseph Swan na Inglaterra em janeiro de 1879). A lâmpada de filamento desfrutaria de um monopólio sem precedentes em aplicações domésticas, comerciais e industriais antes da eclosão da Segunda Guerra Mundial, momento em que a lâmpada fluorescente foi introduzida. Outras formas de iluminação de descarga, todas dependentes da passagem de uma corrente elétrica através de um gás ou vapor, foram posteriormente desenvolvidas e têm uma variedade de aplicações no comércio e na indústria.
Outros aparelhos elétricos em muitos campos (por exemplo, audiovisual, aquecimento, cozimento e refrigeração) estão sendo constantemente desenvolvidos, e o alcance de tais dispositivos está aumentando. Isso é tipificado pela introdução da televisão via satélite e do fogão de micro-ondas.
Embora a disponibilidade e acessibilidade de matérias-primas tenham um efeito significativo sobre o desenvolvimento das indústrias, a localização das indústrias não foi necessariamente determinada pela localização das fontes de matéria-prima. As matérias-primas são muitas vezes processadas por terceiros antes de serem utilizadas na montagem de aparelhos e equipamentos elétricos.
Características da Força de Trabalho
As habilidades e conhecimentos possuídos por aqueles que trabalham na indústria agora são diferentes daqueles possuídos pela força de trabalho nos anos anteriores. Os equipamentos utilizados na produção e fabricação de baterias, cabos, lâmpadas e eletrodomésticos são altamente automatizados.
Em muitos casos, aqueles que estão atualmente envolvidos na indústria precisam de treinamento especializado para realizar seu trabalho. O trabalho em equipe é um fator significativo na indústria, pois muitos processos envolvem sistemas de linha de produção, onde o trabalho de indivíduos depende do trabalho de outros.
Um número cada vez maior de processos de fabricação envolvidos na produção de aparelhos elétricos depende de alguma forma de informatização. É necessário, portanto, que a força de trabalho esteja familiarizada com as técnicas de informática. Isso pode não apresentar nenhum problema para a força de trabalho mais jovem, mas os trabalhadores mais velhos podem não ter nenhuma experiência anterior com computadores e é provável que precisem ser treinados novamente.
Importância econômica da indústria
Alguns países se beneficiam mais do que outros da indústria de aparelhos e equipamentos elétricos. A indústria tem importância econômica para os países de onde são obtidas as matérias-primas e aqueles em que os produtos finais são montados e/ou construídos. A montagem e a construção ocorrem em muitos países diferentes.
As matérias-primas não têm disponibilidade infinita. Equipamentos descartados devem ser reutilizados sempre que possível. No entanto, os custos envolvidos na recuperação das partes de equipamentos descartados que podem ser reutilizados podem ser proibitivos.
Adaptado da 3ª edição, Enciclopédia de Saúde e Segurança Ocupacional.
Na produção e refino de metais, componentes valiosos são separados de materiais inúteis em uma série de diferentes reações físicas e químicas. O produto final é metal contendo quantidades controladas de impurezas. A fundição e refino primários produzem metais diretamente de concentrados de minério, enquanto a fundição e refino secundários produzem metais a partir de sucata e resíduos de processos. A sucata inclui pedaços de peças metálicas, barras, torneados, chapas e fios que estão fora da especificação ou desgastados, mas que podem ser reciclados (consulte o artigo “Recuperação de metais” neste capítulo).
Visão geral dos processos
Duas tecnologias de recuperação de metal são geralmente usadas para produzir metais refinados, pirometalúrgico e hidrometalúrgico. Os processos pirometalúrgicos usam calor para separar os metais desejados de outros materiais. Esses processos usam diferenças entre potenciais de oxidação, pontos de fusão, pressões de vapor, densidades e/ou miscibilidade dos componentes do minério quando fundidos. As tecnologias hidrometalúrgicas diferem dos processos pirometalúrgicos porque os metais desejados são separados de outros materiais usando técnicas que capitalizam as diferenças entre as solubilidades dos constituintes e/ou propriedades eletroquímicas em soluções aquosas.
Pyrometallurgy
Durante o processamento pirometálico, um minério, após ser beneficiado (concentrado por trituração, moagem, flutuação e secagem), é sinterizado ou torrado (calcinado) com outros materiais, como pó de manga e fundente. O concentrado é então fundido, ou derretido, em um alto-forno para fundir os metais desejados em um lingote derretido impuro. Este lingote então passa por um terceiro processo pirometálico para refinar o metal até o nível de pureza desejado. Cada vez que o minério ou ouro é aquecido, são criados resíduos. A poeira da ventilação e os gases do processo podem ser capturados em um filtro de mangas e descartados ou devolvidos ao processo, dependendo do teor de metal residual. O enxofre no gás também é capturado e, quando as concentrações ficam acima de 4%, pode ser transformado em ácido sulfúrico. Dependendo da origem do minério e de seu teor de metais residuais, vários metais, como ouro e prata, também podem ser produzidos como subprodutos.
A torrefação é um importante processo pirometalúrgico. A torrefação de sulfatação é usada na produção de cobalto e zinco. Sua finalidade é separar os metais para que possam ser transformados em uma forma solúvel em água para posterior processamento hidrometalúrgico.
A fundição de minérios sulfídicos produz um concentrado de metal parcialmente oxidado (mate). Na fundição, o material sem valor, geralmente ferro, forma uma escória com o material fundente e é convertido em óxido. Os metais valiosos adquirem a forma metálica na etapa de conversão, que ocorre em fornos de conversão. Este método é usado na produção de cobre e níquel. Ferro, ferrocromo, chumbo, magnésio e compostos ferrosos são produzidos pela redução do minério com carvão e um fundente (calcário), sendo o processo de fundição geralmente realizado em forno elétrico. (Veja também o Siderurgia capítulo.) A eletrólise de sal fundido, usada na produção de alumínio, é outro exemplo de um processo pirometalúrgico.
A alta temperatura necessária para o tratamento pirometalúrgico de metais é obtida pela queima de combustíveis fósseis ou pela reação exotérmica do próprio minério (por exemplo, no processo de fusão rápida). O processo de fundição instantânea é um exemplo de processo pirometalúrgico de economia de energia no qual o ferro e o enxofre do concentrado de minério são oxidados. A reação exotérmica acoplada a um sistema de recuperação de calor economiza muita energia para a fundição. A alta recuperação de enxofre do processo também é benéfica para a proteção ambiental. A maioria das fundições de cobre e níquel construídas recentemente usa esse processo.
Hidrometalurgia
Exemplos de processos hidrometalúrgicos são lixiviação, precipitação, redução eletrolítica, troca iônica, separação por membrana e extração por solvente. A primeira etapa dos processos hidrometalúrgicos é a lixiviação de metais valiosos de materiais menos valiosos, por exemplo, com ácido sulfúrico. A lixiviação é muitas vezes precedida de pré-tratamento (por exemplo, torrefação com sulfatação). O processo de lixiviação geralmente requer alta pressão, adição de oxigênio ou altas temperaturas. A lixiviação também pode ser realizada com eletricidade. Da solução de lixiviação, o metal desejado ou seu composto é recuperado por precipitação ou redução usando diferentes métodos. A redução é realizada, por exemplo, na produção de cobalto e níquel com gás.
A eletrólise de metais em soluções aquosas também é considerada um processo hidrometalúrgico. No processo de eletrólise, o íon metálico é reduzido ao metal. O metal está em uma solução de ácido fraco da qual precipita nos cátodos sob a influência de uma corrente elétrica. A maioria dos metais não ferrosos também pode ser refinada por eletrólise.
Freqüentemente, os processos metalúrgicos são uma combinação de processos piro e hidrometalúrgicos, dependendo do concentrado de minério a ser tratado e do tipo de metal a ser refinado. Um exemplo é a produção de níquel.
Perigos e sua prevenção
A prevenção de riscos à saúde e de acidentes na indústria metalúrgica é principalmente uma questão educacional e técnica. Os exames médicos são secundários e têm apenas um papel complementar na prevenção de riscos para a saúde. A troca harmoniosa de informações e a colaboração entre os departamentos de planejamento, linha, segurança e saúde ocupacional da empresa proporcionam o resultado mais eficiente na prevenção de riscos à saúde.
As melhores e menos dispendiosas medidas preventivas são aquelas tomadas na fase de planejamento de uma nova planta ou processo. No planejamento de novas instalações de produção, os seguintes aspectos devem ser levados em consideração, no mínimo:
A seguir estão alguns dos perigos e precauções específicos encontrados na fundição e refino.
Lesões
A indústria de fundição e refino tem uma taxa mais alta de lesões do que a maioria das outras indústrias. As fontes dessas lesões incluem: respingos e derramamentos de metal fundido e escória resultando em queimaduras; explosões de gás e explosões de contato de metal fundido com água; colisões com locomotivas em movimento, vagões, pontes rolantes e outros equipamentos móveis; quedas de objetos pesados; quedas de altura (por exemplo, ao acessar a cabine de um guindaste); e lesões por escorregões e tropeções por obstrução de pisos e passagens.
As precauções incluem: treinamento adequado, equipamentos de proteção individual (EPI) adequados (por exemplo, capacetes, sapatos de segurança, luvas de trabalho e roupas de proteção); bom armazenamento, limpeza e manutenção do equipamento; regras de trânsito para equipamentos em movimento (incluindo rotas definidas e um sistema eficaz de sinalização e alerta); e um programa de proteção contra quedas.
HEAT
Doenças causadas por estresse térmico, como insolação, são um risco comum, principalmente devido à radiação infravermelha de fornos e metal fundido. Isso é especialmente um problema quando o trabalho extenuante deve ser feito em ambientes quentes.
A prevenção de doenças causadas pelo calor pode envolver telas de água ou cortinas de ar na frente dos fornos, resfriamento pontual, cabines fechadas com ar-condicionado, roupas de proteção térmica e roupas refrigeradas a ar, permitindo tempo suficiente para aclimatação, intervalos de trabalho em áreas frias e um suprimento adequado de bebidas para consumo frequente.
Perigos químicos
A exposição a uma ampla variedade de poeiras, vapores, gases e outros produtos químicos perigosos pode ocorrer durante as operações de fundição e refino. A trituração e moagem do minério, em particular, pode resultar em alta exposição à sílica e poeiras de metais tóxicos (por exemplo, contendo chumbo, arsênico e cádmio). Também pode haver exposição à poeira durante as operações de manutenção do forno. Durante as operações de fundição, os vapores de metal podem ser um grande problema.
As emissões de poeira e fumaça podem ser controladas por enclausuramento, automação de processos, ventilação de exaustão local e de diluição, umedecimento de materiais, manuseio reduzido de materiais e outras alterações de processo. Onde estes não são adequados, a proteção respiratória seria necessária.
Muitas operações de fundição envolvem a produção de grandes quantidades de dióxido de enxofre a partir de minérios de sulfeto e monóxido de carbono de processos de combustão. A diluição e a ventilação de exaustão local (LEV) são essenciais.
O ácido sulfúrico é produzido como subproduto das operações de fundição e é usado no refino eletrolítico e na lixiviação de metais. A exposição pode ocorrer tanto ao líquido quanto às névoas de ácido sulfúrico. Proteção para a pele e olhos e LEV são necessários.
A fundição e o refino de alguns metais podem apresentar riscos especiais. Exemplos incluem carbonila de níquel no refino de níquel, fluoretos na fundição de alumínio, arsênico na fundição e refino de cobre e chumbo e exposições a mercúrio e cianeto durante o refino de ouro. Esses processos requerem suas próprias precauções especiais.
Outros perigos
O brilho e a radiação infravermelha de fornos e metal fundido podem causar danos aos olhos, incluindo catarata. Óculos adequados e protetores faciais devem ser usados. Altos níveis de radiação infravermelha também podem causar queimaduras na pele, a menos que roupas de proteção sejam usadas.
Altos níveis de ruído de minério de britagem e moagem, sopradores de descarga de gás e fornos elétricos de alta potência podem causar perda de audição. Se a fonte do ruído não puder ser fechada ou isolada, devem ser usados protetores auriculares. Um programa de conservação auditiva, incluindo testes audiométricos e treinamento, deve ser instituído.
Riscos elétricos podem ocorrer durante processos eletrolíticos. As precauções incluem manutenção elétrica adequada com procedimentos de bloqueio/sinalização; luvas, roupas e ferramentas isoladas; e interruptores de circuito de falha de aterramento onde necessário.
O levantamento manual e o manuseio de materiais podem causar lesões nas costas e nas extremidades superiores. Auxiliares mecânicos de elevação e treinamento adequado em métodos de elevação podem reduzir esse problema.
Poluição e Proteção Ambiental
Emissões de gases irritantes e corrosivos como dióxido de enxofre, sulfeto de hidrogênio e cloreto de hidrogênio podem contribuir para a poluição do ar e causar corrosão de metais e concreto dentro da usina e no ambiente ao redor. A tolerância da vegetação ao dióxido de enxofre varia de acordo com o tipo de floresta e solo. Em geral, as árvores perenes toleram concentrações mais baixas de dióxido de enxofre do que as decíduas. As emissões de partículas podem conter partículas não específicas, fluoretos, chumbo, arsênico, cádmio e muitos outros metais tóxicos. O efluente de águas residuais pode conter uma variedade de metais tóxicos, ácido sulfúrico e outras impurezas. Os resíduos sólidos podem ser contaminados com arsênico, chumbo, sulfetos de ferro, sílica e outros poluentes.
A gestão da fundição deve incluir avaliação e controle das emissões da planta. Este é um trabalho especializado que deve ser realizado apenas por pessoal totalmente familiarizado com as propriedades químicas e toxicidade dos materiais descartados dos processos da planta. O estado físico do material, a temperatura na qual ele sai do processo, outros materiais no fluxo de gás e outros fatores devem ser considerados ao planejar medidas para controlar a poluição do ar. Também é desejável manter uma estação meteorológica, manter registros meteorológicos e estar preparado para reduzir a produção quando as condições climáticas forem desfavoráveis para a dispersão dos efluentes das chaminés. Viagens de campo são necessárias para observar o efeito da poluição do ar em áreas residenciais e agrícolas.
O dióxido de enxofre, um dos principais contaminantes, é recuperado como ácido sulfúrico quando presente em quantidade suficiente. Caso contrário, para atender aos padrões de emissão, o dióxido de enxofre e outros resíduos gasosos perigosos são controlados por depuração. As emissões de partículas são comumente controladas por filtros de tecido e precipitadores eletrostáticos.
Grandes quantidades de água são usadas em processos de flotação, como concentração de cobre. A maior parte desta água é reciclada de volta para o processo. Os rejeitos do processo de flotação são bombeados como lama para as lagoas de sedimentação. A água é reciclada no processo. A água de processo que contém metais e a água da chuva são limpas em estações de tratamento de água antes de serem descartadas ou recicladas.
Os resíduos da fase sólida incluem escórias de fundição, lamas de purga da conversão de dióxido de enxofre em ácido sulfúrico e lamas de represamentos de superfície (por exemplo, lagoas de sedimentação). Algumas escórias podem ser reconcentradas e devolvidas às fundições para reprocessamento ou recuperação de outros metais presentes. Muitos desses resíduos de fase sólida são resíduos perigosos que devem ser armazenados de acordo com os regulamentos ambientais.
O primeiro projeto prático de uma bateria de chumbo-ácido foi desenvolvido por Gaston Planté em 1860, e a produção continuou a crescer constantemente desde então. As baterias automotivas representam o maior uso da tecnologia chumbo-ácido, seguidas pelas baterias industriais (stand-by power e tração). Mais da metade da produção mundial de chumbo vai para baterias.
O baixo custo e a facilidade de fabricação das baterias de chumbo-ácido em relação a outros pares eletroquímicos devem garantir a continuidade da demanda por esse sistema no futuro.
A bateria de chumbo-ácido possui um eletrodo positivo de peróxido de chumbo (PbO2) e um eletrodo negativo de chumbo esponjoso (Pb) de alta área superficial. O eletrólito é uma solução de ácido sulfúrico com gravidade específica na faixa de 1.21 a 1.30 (28 a 39% em peso). Na descarga, ambos os eletrodos se convertem em sulfato de chumbo, conforme mostrado abaixo:
Processo de Fabricação
O processo de fabricação, que é mostrado no fluxograma do processo (figura 1), é descrito a seguir:
Figura 1. Processo de fabricação da bateria de chumbo-ácido
Fabricação de óxido: O óxido de chumbo é fabricado a partir de pigs de chumbo (massas de chumbo de fornos de fundição) por um dos dois métodos - um Barton Pot ou um processo de moagem. No processo Barton Pot, o ar é soprado sobre o chumbo derretido para produzir um fino fluxo de gotículas de chumbo. As gotículas reagem com o oxigênio do ar para formar o óxido, que consiste em um núcleo de chumbo com revestimento de óxido de chumbo (PbO).
No processo de moagem, chumbo sólido (que pode variar em tamanho de pequenas bolas a porcos completos) é alimentado em um moinho rotativo. A ação de queda do chumbo gera calor e a superfície do chumbo oxida. À medida que as partículas rolam no tambor, as camadas superficiais de óxido são removidas para expor mais chumbo limpo para oxidação. A corrente de ar transporta o pó para um filtro de mangas, onde é coletado.
Produção da grade: As grades são produzidas principalmente por fundição (automática e manual) ou, particularmente para baterias automotivas, expansão de liga de chumbo forjada ou fundida.
Colando: A pasta de bateria é feita misturando o óxido com água, ácido sulfúrico e uma variedade de aditivos proprietários. A pasta é prensada à máquina ou à mão na rede da grade e as placas geralmente são secas rapidamente em um forno de alta temperatura.
As placas coladas são curadas armazenando-as em fornos sob condições cuidadosamente controladas de temperatura, umidade e tempo. O chumbo livre na pasta converte-se em óxido de chumbo.
Formação, corte de chapas e montagem: As placas da bateria passam por um processo de formação elétrica de duas maneiras. Na formação do tanque, as placas são carregadas em grandes banhos de ácido sulfúrico diluído e uma corrente direta é passada para formar as placas positivas e negativas. Após a secagem, as placas são cortadas e montadas, com separadores entre elas, em caixas de baterias. Placas de polaridade semelhante são conectadas soldando-se as alças da placa.
Na formação de jarros, as placas são formadas eletricamente após serem montadas em caixas de baterias.
Riscos e controles de saúde ocupacional
Conduzir
O chumbo é o principal perigo para a saúde associado à fabricação de baterias. A principal via de exposição é a inalação, mas a ingestão também pode representar um problema se não for dada atenção suficiente à higiene pessoal. A exposição pode ocorrer em todas as fases da produção.
A fabricação de óxido de chumbo é potencialmente muito perigosa. As exposições são controladas pela automatização do processo, afastando assim os trabalhadores do perigo. Em muitas fábricas, o processo é operado por uma pessoa.
Na fundição em grade, as exposições aos vapores de chumbo são minimizadas pelo uso de ventilação de exaustão local (LEV) junto com o controle termostático de potes de chumbo (as emissões de fumos de chumbo aumentam acentuadamente acima de 500 C). A escória contendo chumbo, que se forma no topo do chumbo fundido, também pode causar problemas. A escória contém uma grande quantidade de poeira muito fina e deve-se ter muito cuidado ao descartá-la.
As áreas de colagem resultaram tradicionalmente em altas exposições ao chumbo. O método de fabricação geralmente resulta em respingos de pasta de chumbo no maquinário, no chão, aventais e botas. Esses respingos secam e produzem poeira de chumbo no ar. O controle é obtido mantendo o piso permanentemente úmido e frequentemente esfregando os aventais com esponja.
A exposição ao chumbo em outros departamentos (conformação, corte e montagem de chapas) ocorre por meio do manuseio de chapas secas e empoeiradas. As exposições são minimizadas pelo LEV juntamente com o uso adequado de equipamentos de proteção individual.
Muitos países têm legislação em vigor para limitar o grau de exposição ocupacional, e existem padrões numéricos para os níveis de chumbo no ar e no sangue.
Um profissional de saúde ocupacional é normalmente contratado para coletar amostras de sangue de trabalhadores expostos. A frequência dos exames de sangue pode variar de anual para trabalhadores de baixo risco a trimestral para aqueles em departamentos de alto risco (por exemplo, colagem). Se o nível de chumbo no sangue de um trabalhador exceder o limite legal, o trabalhador deve ser removido de qualquer exposição de trabalho ao chumbo até que o chumbo no sangue caia para um nível considerado aceitável pelo médico.
A amostragem de ar para chumbo é complementar ao teste de chumbo no sangue. A amostragem pessoal, em vez da estática, é o método preferido. Um grande número de amostras de chumbo no ar geralmente é necessário devido à variabilidade inerente nos resultados. O uso dos procedimentos estatísticos corretos na análise dos dados pode fornecer informações sobre as fontes de chumbo e fornecer uma base para melhorias no projeto de engenharia. A amostragem regular de ar pode ser usada para avaliar a eficácia contínua dos sistemas de controle.
As concentrações permitidas de chumbo no ar e as concentrações de chumbo no sangue variam de país para país e atualmente variam de 0.05 a 0.20 mg/m3 e 50 a 80 mg/dl, respectivamente. Há uma tendência contínua de queda nesses limites.
Além dos controles normais de engenharia, outras medidas são necessárias para minimizar a exposição ao chumbo. Não deve comer, fumar, beber ou mascar chiclete em qualquer área de produção.
Instalações adequadas para lavagem e troca devem ser fornecidas para permitir que roupas de trabalho sejam mantidas em uma área separada de roupas e calçados pessoais. Instalações de lavagem/chuveiro devem estar localizadas entre as áreas limpas e sujas.
Ácido sulfúrico
Durante o processo de formação, o material ativo nas placas é convertido em PbO2 no eletrodo positivo e Pb no eletrodo negativo. À medida que as placas ficam totalmente carregadas, a corrente de formação começa a dissociar a água no eletrólito em hidrogênio e oxigênio:
Positivo:
Negativo:
A gaseificação gera névoa de ácido sulfúrico. A erosão dentária já foi uma característica comum entre os trabalhadores das áreas de formação. As empresas de baterias tradicionalmente empregam os serviços de um dentista, e muitas continuam a fazê-lo.
Estudos recentes (IARC 1992) sugeriram uma possível ligação entre exposições a névoas de ácido inorgânico (incluindo ácido sulfúrico) e câncer de laringe. A pesquisa continua nesta área.
O padrão de exposição ocupacional no Reino Unido para névoa de ácido sulfúrico é de 1 mg/m3. As exposições podem ser mantidas abaixo deste nível com o LEV instalado sobre os circuitos de formação.
A exposição da pele ao ácido sulfúrico líquido corrosivo também é motivo de preocupação. As precauções incluem equipamentos de proteção individual, lava-olhos e chuveiros de emergência.
Talco
O talco é usado em certas operações de fundição manual como agente de desmoldagem. A exposição prolongada ao pó de talco pode causar pneumoconiose, e é importante que o pó seja controlado por ventilação adequada e medidas de controle do processo.
Fibras minerais artificiais (MMFs)
Os separadores são usados em baterias de chumbo-ácido para isolar eletricamente as placas positivas das negativas. Vários tipos de materiais têm sido usados ao longo dos anos (por exemplo, borracha, celulose, cloreto de polivinila (PVC), polietileno), mas, cada vez mais, separadores de fibra de vidro estão sendo usados. Esses separadores são fabricados a partir de MMFs.
Um risco aumentado de câncer de pulmão entre os trabalhadores foi demonstrado nos primeiros dias da indústria de lã mineral (HSE 1990). No entanto, isso pode ter sido causado por outros materiais cancerígenos em uso na época. É prudente, no entanto, garantir que qualquer exposição a MMFs seja reduzida ao mínimo por meio de fechamento total ou LEV.
Stibina e arsina
Antimônio e arsênico são comumente usados em ligas de chumbo, e estibina (SbH3) ou arsina (AsH3) pode ser produzido em certas circunstâncias:
A estibina e a arsina são gases altamente tóxicos que agem destruindo os glóbulos vermelhos. Controles rigorosos do processo durante a fabricação da bateria devem evitar qualquer risco de exposição a esses gases.
Riscos físicos
Uma variedade de perigos físicos também existe na fabricação de baterias (por exemplo, ruído, metal derretido e respingos de ácido, perigos elétricos e manuseio manual), mas esses riscos podem ser reduzidos por meio de controles apropriados de engenharia e processo.
Problemas ambientais
O efeito do chumbo na saúde das crianças tem sido extensivamente estudado. Portanto, é muito importante que as liberações ambientais de chumbo sejam reduzidas ao mínimo. Para fábricas de baterias, as emissões atmosféricas mais poluentes devem ser filtradas. Todos os resíduos do processo (geralmente uma pasta contendo chumbo ácido) devem ser processados em uma estação de tratamento de efluentes para neutralizar o ácido e eliminar o chumbo da suspensão.
Desenvolvimentos futuros
É provável que haja restrições crescentes ao uso de chumbo no futuro. No sentido ocupacional, isso resultará em uma crescente automação de processos para que o trabalhador seja afastado do perigo.
Adaptado da EPA 1995.
Cobre
O cobre é extraído tanto em minas a céu aberto quanto em minas subterrâneas, dependendo do teor do minério e da natureza do depósito de minério. O minério de cobre normalmente contém menos de 1% de cobre na forma de minerais sulfetados. Uma vez que o minério é entregue acima do solo, ele é triturado e moído até a finura do pó e depois concentrado para processamento posterior. No processo de concentração, o minério moído é misturado com água, são adicionados reagentes químicos e o ar é soprado através da pasta. As bolhas de ar se ligam aos minerais de cobre e são então retiradas do topo das células de flotação. O concentrado contém entre 20 e 30% de cobre. Os rejeitos, ou minerais de ganga, do minério caem no fundo das células e são removidos, desidratados por espessadores e transportados como uma pasta para uma lagoa de rejeitos para disposição. Toda a água utilizada nessa operação, proveniente dos espessadores de desaguamento e da lagoa de rejeitos, é recuperada e reciclada de volta ao processo.
O cobre pode ser produzido pirometalurgicamente ou hidrometalurgicamente, dependendo do tipo de minério usado como carga. Os concentrados de minério, que contêm sulfeto de cobre e minerais de sulfeto de ferro, são tratados por processos pirometalúrgicos para produzir produtos de cobre de alta pureza. Os minérios de óxido, que contêm minerais de óxido de cobre que podem ocorrer em outras partes da mina, juntamente com outros resíduos oxidados, são tratados por processos hidrometalúrgicos para produzir produtos de cobre de alta pureza.
A conversão de cobre do minério para metal é realizada por fundição. Durante a fundição, os concentrados são secos e alimentados em um dos vários tipos diferentes de fornos. Lá, os minerais de sulfeto são parcialmente oxidados e derretidos para produzir uma camada de fosco, uma mistura de sulfeto de ferro e cobre e escória, uma camada superior de resíduos.
O fosco é posteriormente processado por conversão. A escória é retirada do forno e armazenada ou descartada em pilhas de escória no local. Uma pequena quantidade de escória é vendida para lastro ferroviário e granalha de jateamento. Um terceiro produto do processo de fundição é o dióxido de enxofre, um gás que é coletado, purificado e transformado em ácido sulfúrico para venda ou uso em operações de lixiviação hidrometalúrgica.
Após a fundição, o mate de cobre é alimentado em um conversor. Durante este processo, o mate de cobre é despejado em um recipiente cilíndrico horizontal (aproximadamente 10×4 m) equipado com uma fileira de tubos. Os tubos, conhecidos como tuyères, projetam-se no cilindro e são usados para introduzir ar no conversor. Cal e sílica são adicionadas ao mate de cobre para reagir com o óxido de ferro produzido no processo para formar a escória. Sucata de cobre também pode ser adicionada ao conversor. O forno é girado de modo que as tuyères fiquem submersas e o ar é soprado no mate fundido, fazendo com que o restante do sulfeto de ferro reaja com o oxigênio para formar óxido de ferro e dióxido de enxofre. Em seguida, o conversor é girado para despejar a escória de silicato de ferro.
Depois que todo o ferro é removido, o conversor é girado de volta e recebe um segundo sopro de ar durante o qual o restante do enxofre é oxidado e removido do sulfeto de cobre. O conversor é então girado para despejar o cobre fundido, que neste ponto é chamado de cobre blister (assim chamado porque, se for permitido solidificar neste ponto, ele terá uma superfície irregular devido à presença de oxigênio gasoso e enxofre). O dióxido de enxofre dos conversores é coletado e alimentado no sistema de purificação de gás junto com o do forno de fundição e transformado em ácido sulfúrico. Devido ao seu teor residual de cobre, a escória é reciclada de volta para o forno de fundição.
O cobre blister, contendo um mínimo de 98.5% de cobre, é refinado em cobre de alta pureza em duas etapas. A primeira etapa é o refino a fogo, no qual o blister de cobre fundido é despejado em um forno cilíndrico, de aparência semelhante a um conversor, onde primeiro ar e depois gás natural ou propano são soprados através do fundido para remover o último enxofre e qualquer oxigênio residual do cobre. O cobre fundido é então despejado em uma roda de fundição para formar ânodos suficientemente puros para o eletrorrefino.
No eletrorrefino, os ânodos de cobre são carregados em células eletrolíticas e espaçados com folhas iniciais de cobre, ou cátodos, em um banho de solução de sulfato de cobre. Quando uma corrente direta passa pela célula, o cobre é dissolvido do ânodo, transportado através do eletrólito e depositado novamente nas folhas iniciais do cátodo. Quando os cátodos atingiram espessura suficiente, eles são removidos da célula eletrolítica e um novo conjunto de folhas iniciais é colocado em seu lugar. As impurezas sólidas nos ânodos caem no fundo da célula como um lodo, onde são coletadas e processadas para a recuperação de metais preciosos, como ouro e prata. Este material é conhecido como lodo anódico.
Os cátodos removidos da célula eletrolítica são o produto primário do produtor de cobre e contêm 99.99% de cobre. Estes podem ser vendidos para fábricas de fio-máquina como cátodos ou processados posteriormente em um produto chamado haste. Na fabricação de hastes, os cátodos são fundidos em um forno de cuba e o cobre fundido é despejado em uma roda de fundição para formar uma barra adequada para laminação em uma haste contínua de 3/8 de polegada de diâmetro. Este produto de haste é enviado para fábricas de arame, onde é extrudado em vários tamanhos de fio de cobre.
No processo hidrometalúrgico, os minérios oxidados e os resíduos são lixiviados com ácido sulfúrico do processo de fundição. A lixiviação é realizada no local, ou em pilhas especialmente preparadas, distribuindo o ácido pelo topo e permitindo que ele penetre no material onde é coletado. O solo sob as almofadas de lixiviação é revestido com um material plástico impermeável e à prova de ácido para evitar que o licor de lixiviação contamine o lençol freático. Uma vez que as soluções ricas em cobre são coletadas, elas podem ser processadas por um dos dois processos - o processo de cimentação ou o processo de extração por solvente/eletroextração (SXEW). No processo de cimentação (que raramente é usado hoje), o cobre na solução ácida é depositado na superfície da sucata em troca do ferro. Quando cobre suficiente foi cimentado, o ferro rico em cobre é colocado na fundição junto com os concentrados de minério para recuperação de cobre por meio da rota pirometalúrgica.
No processo SXEW, a solução de lixiviação prenhe (PLS) é concentrada por extração por solvente, que extrai cobre, mas não impurezas metálicas (ferro e outras impurezas). A solução orgânica carregada de cobre é então separada do lixiviado em um tanque de decantação. Ácido sulfúrico é adicionado à mistura orgânica prenhe, que remove o cobre em uma solução eletrolítica. O lixiviado, contendo o ferro e outras impurezas, é devolvido à operação de lixiviação onde seu ácido é utilizado para posterior lixiviação. A solução de tira rica em cobre é passada para uma célula eletrolítica conhecida como célula eletrolítica. Uma célula de extração eletrolítica difere de uma célula de eletrorrefino porque usa um ânodo permanente e insolúvel. O cobre em solução é então banhado em um cátodo de folha inicial da mesma maneira que no cátodo em uma célula de eletrorrefinação. O eletrólito sem cobre é devolvido ao processo de extração por solvente, onde é usado para retirar mais cobre da solução orgânica. Os catodos produzidos a partir do processo de extração eletrolítica são então vendidos ou transformados em varetas da mesma forma que os produzidos a partir do processo de eletrorrefinação.
As células de extração eletrolítica também são usadas para a preparação de folhas de partida para os processos de eletrorrefinação e extração eletrolítica, depositando o cobre em cátodos de aço inoxidável ou titânio e, em seguida, removendo o cobre banhado.
Perigos e sua prevenção
Os principais riscos são a exposição a poeiras de minério durante o processamento e fundição do minério, vapores metálicos (incluindo cobre, chumbo e arsênico) durante a fundição, dióxido de enxofre e monóxido de carbono durante a maioria das operações de fundição, ruído das operações de britagem e moagem e de fornos, estresse térmico de fornos e ácido sulfúrico e perigos elétricos durante processos eletrolíticos.
As precauções incluem: LEV para poeira durante as operações de transferência; exaustão local e ventilação de diluição para dióxido de enxofre e monóxido de carbono; um programa de controle de ruído e proteção auditiva; roupas de proteção e escudos, pausas para descanso e fluidos para estresse térmico; e LEV, EPI e precauções elétricas para processos eletrolíticos. A proteção respiratória é comumente usada para proteção contra poeira, fumaça e dióxido de enxofre.
A Tabela 1 lista poluentes ambientais para várias etapas na fundição e refino de cobre.
Tabela 1. Entradas de materiais de processo e saídas de poluição para fundição e refino de cobre
Processo |
entrada de material |
Emissões de ar |
Resíduos de processo |
Outros resíduos |
concentração de cobre |
Minério de cobre, água, reagentes químicos, espessantes |
Águas residuais de flotação |
Rejeitos contendo resíduos minerais, como calcário e quartzo |
|
lixiviação de cobre |
Concentrado de cobre, ácido sulfúrico |
lixiviado descontrolado |
Resíduos de lixiviação |
|
fundição de cobre |
Concentrado de cobre, fluxo silicioso |
Dióxido de enxofre, material particulado contendo arsênico, antimônio, cádmio, chumbo, mercúrio e zinco |
Polpa/lodo de purga de usina ácida, escória contendo sulfetos de ferro, sílica |
|
conversão de cobre |
Cobre fosco, sucata de cobre, fluxo silicioso |
Dióxido de enxofre, material particulado contendo arsênico, antimônio, cádmio, chumbo, mercúrio e zinco |
Polpa/lodo de purga de usina ácida, escória contendo sulfetos de ferro, sílica |
|
Refino eletrolítico de cobre |
Blister de cobre, ácido sulfúrico |
Slimes contendo impurezas como ouro, prata, antimônio, arsênico, bismuto, ferro, chumbo, níquel, selênio, enxofre e zinco |
Conduzir
O processo primário de produção de chumbo consiste em quatro etapas: sinterização, fundição, escória e refino pirometalúrgico. Para começar, uma matéria-prima compreendendo principalmente concentrado de chumbo na forma de sulfeto de chumbo é alimentada em uma máquina de sinterização. Outras matérias-primas podem ser adicionadas, incluindo ferro, sílica, fluxo de calcário, coque, soda, cinza, pirita, zinco, soda cáustica e particulados recolhidos de dispositivos de controle de poluição. Na máquina de sinterização, a matéria-prima de chumbo é submetida a jatos de ar quente que queimam o enxofre, criando dióxido de enxofre. O material de óxido de chumbo existente após este processo contém cerca de 9% do seu peso em carbono. O sínter é então alimentado junto com coque, vários materiais reciclados e de limpeza, calcário e outros agentes fundentes em um alto-forno para redução, onde o carbono atua como combustível e funde ou derrete o material de chumbo. O chumbo fundido escoa para o fundo do forno onde se formam quatro camadas: “speiss” (o material mais leve, basicamente arsênico e antimônio); “mate” (sulfureto de cobre e outros sulfuretos metálicos); escória de alto-forno (principalmente silicatos); e barras de chumbo (98% de chumbo, em peso). Todas as camadas são então drenadas. O speiss e o matte são vendidos para fundições de cobre para recuperação de cobre e metais preciosos. A escória de alto-forno que contém zinco, ferro, sílica e cal é armazenada em pilhas e parcialmente reciclada. As emissões de óxido de enxofre são geradas nos altos-fornos a partir de pequenas quantidades de sulfeto de chumbo residual e sulfatos de chumbo no sinter feed.
O lingote de chumbo bruto do alto-forno geralmente requer tratamento preliminar em caldeiras antes de passar pelas operações de refino. Durante a escória, o lingote é agitado em uma caldeira de escória e resfriado um pouco acima do ponto de congelamento (370 a 425°C). Uma escória, composta de óxido de chumbo, juntamente com cobre, antimônio e outros elementos, flutua até o topo e se solidifica acima do chumbo derretido.
A escória é removida e alimentada em um forno de escória para recuperação dos metais úteis não chumbo. Para melhorar a recuperação do cobre, o lingote de chumbo com escória é tratado pela adição de materiais contendo enxofre, zinco e/ou alumínio, diminuindo o teor de cobre para aproximadamente 0.01%.
Durante a quarta etapa, o lingote de chumbo é refinado usando métodos pirometalúrgicos para remover quaisquer materiais restantes não-chumbo vendáveis (por exemplo, ouro, prata, bismuto, zinco e óxidos metálicos como antimônio, arsênico, estanho e óxido de cobre). O chumbo é refinado em uma chaleira de ferro fundido em cinco estágios. Antimônio, estanho e arsênico são removidos primeiro. Em seguida, o zinco é adicionado e o ouro e a prata são removidos da escória de zinco. Em seguida, o chumbo é refinado por remoção a vácuo (destilação) do zinco. O refino continua com a adição de cálcio e magnésio. Esses dois materiais se combinam com o bismuto para formar um composto insolúvel que é retirado da chaleira. Na etapa final, soda cáustica e/ou nitratos podem ser adicionados ao chumbo para remover quaisquer vestígios remanescentes de impurezas metálicas. O chumbo refinado terá uma pureza de 99.90 a 99.99% e pode ser misturado com outros metais para formar ligas ou pode ser fundido diretamente em formas.
Perigos e sua prevenção
Os principais perigos são a exposição a poeiras de minério durante o processamento e fundição do minério, vapores metálicos (incluindo chumbo, arsênico e antimônio) durante a fundição, dióxido de enxofre e monóxido de carbono durante a maioria das operações de fundição, ruído das operações de moagem e britagem e de fornos e estresse térmico das fornalhas.
As precauções incluem: LEV para poeira durante as operações de transferência; exaustão local e ventilação de diluição para dióxido de enxofre e monóxido de carbono; um programa de controle de ruído e proteção auditiva; e roupas e escudos de proteção, pausas para descanso e fluidos para estresse por calor. A proteção respiratória é comumente usada para proteção contra poeira, fumaça e dióxido de enxofre. O monitoramento biológico para chumbo é essencial.
A Tabela 2 lista poluentes ambientais para várias etapas na fundição e refino de chumbo.
Tabela 2. Entradas de materiais de processo e saídas de poluição para fundição e refino de chumbo
Processo |
entrada de material |
Emissões de ar |
Resíduos de processo |
Outros resíduos |
Sinterização de chumbo |
Minério de chumbo, ferro, sílica, fluxo de calcário, coque, soda, cinza, pirita, zinco, soda cáustica, poeira de despoluição |
Dióxido de enxofre, material particulado contendo cádmio e chumbo |
||
fundição de chumbo |
Sinter de chumbo, coque |
Dióxido de enxofre, material particulado contendo cádmio e chumbo |
Efluentes de lavagem de plantas, água de granulação de escória |
Escória contendo impurezas como zinco, ferro, sílica e cal, sólidos de represamento de superfície |
escória de chumbo |
Barras de chumbo, carbonato de sódio, enxofre, pó de manga, coque |
Escória contendo impurezas como cobre, sólidos de represamento de superfície |
||
refino de chumbo |
lingote de escória de chumbo |
zinco
O concentrado de zinco é produzido pela separação do minério, que pode conter apenas 2% de zinco, do estéril por britagem e flotação, um processo normalmente realizado no local de mineração. O concentrado de zinco é então reduzido a zinco metálico de duas maneiras: pirometalurgicamente por destilação (retorta em um forno) ou hidrometalurgicamente por eletroextração. Este último responde por aproximadamente 80% do refino total de zinco.
Quatro estágios de processamento são geralmente usados no refino hidrometalúrgico de zinco: calcinação, lixiviação, purificação e separação eletrolítica. A calcinação, ou torrefação, é um processo de alta temperatura (700 a 1000 °C) que converte o concentrado de sulfeto de zinco em um óxido de zinco impuro chamado calcino. Os tipos de torradores incluem fornalha múltipla, suspensão ou leito fluidizado. Em geral, a calcinação começa com a mistura de materiais contendo zinco com carvão. Esta mistura é então aquecida, ou torrada, para vaporizar o óxido de zinco que é então removido da câmara de reação com o fluxo de gás resultante. A corrente de gás é direcionada para a área da manga (filtro) onde o óxido de zinco é capturado na poeira da manga.
Todos os processos de calcinação geram dióxido de enxofre, que é controlado e convertido em ácido sulfúrico como subproduto comercializável do processo.
O processamento eletrolítico da calcina dessulfurizada consiste em três etapas básicas: lixiviação, purificação e eletrólise. A lixiviação refere-se à dissolução da calcina capturada em uma solução de ácido sulfúrico para formar uma solução de sulfato de zinco. A calcina pode ser lixiviada uma ou duas vezes. No método de lixiviação dupla, a calcina é dissolvida em uma solução levemente ácida para remover os sulfatos. A calcina é então lixiviada uma segunda vez em uma solução mais forte que dissolve o zinco. Esta segunda etapa de lixiviação é, na verdade, o início da terceira etapa de purificação porque muitas das impurezas de ferro saem da solução, assim como o zinco.
Após a lixiviação, a solução é purificada em duas ou mais etapas pela adição de pó de zinco. A solução é purificada à medida que a poeira força a precipitação de elementos deletérios para que possam ser filtrados. A purificação é geralmente realizada em grandes tanques de agitação. O processo ocorre em temperaturas que variam de 40 a 85°C e pressões que variam de atmosférica a 2.4 atmosferas. Os elementos recuperados durante a purificação incluem o cobre como um bolo e o cádmio como um metal. Após a purificação, a solução está pronta para a etapa final, eletroextração.
A eletroextração de zinco ocorre em uma célula eletrolítica e envolve a execução de uma corrente elétrica de um ânodo de liga de chumbo-prata através da solução aquosa de zinco. Este processo carrega o zinco suspenso e o força a se depositar em um cátodo de alumínio que é imerso na solução. A cada 24 a 48 horas, cada célula é desligada, os cátodos revestidos de zinco são removidos e enxaguados, e o zinco removido mecanicamente das placas de alumínio. O concentrado de zinco é então derretido e fundido em lingotes e geralmente chega a 99.995% de pureza.
As fundições eletrolíticas de zinco contêm até várias centenas de células. Uma parte da energia elétrica é convertida em calor, o que aumenta a temperatura do eletrólito. As células eletrolíticas operam em faixas de temperatura de 30 a 35°C à pressão atmosférica. Durante a extração eletrolítica, uma parte do eletrólito passa por torres de resfriamento para diminuir sua temperatura e evaporar a água coletada durante o processo.
Perigos e sua prevenção
Os principais riscos são a exposição a poeiras de minério durante o processamento e fundição do minério, vapores metálicos (incluindo zinco e chumbo) durante o refino e torrefação, dióxido de enxofre e monóxido de carbono durante a maioria das operações de fundição, ruído das operações de britagem e moagem e de fornos, estresse térmico de fornos e ácido sulfúrico e perigos elétricos durante processos eletrolíticos.
As precauções incluem: LEV para poeira durante as operações de transferência; exaustão local e ventilação de diluição para dióxido de enxofre e monóxido de carbono; um programa de controle de ruído e proteção auditiva; roupas de proteção e escudos, pausas para descanso e fluidos para estresse térmico; e LEV, EPI e precauções elétricas para processos eletrolíticos. A proteção respiratória é comumente usada para proteção contra poeira, fumaça e dióxido de enxofre.
A Tabela 3 lista os poluentes ambientais para várias etapas na fundição e refino de zinco.
Tabela 3. Entradas de materiais de processo e saídas de poluição para fundição e refino de zinco
Processo |
entrada de material |
Emissões de ar |
Resíduos de processo |
Outros resíduos |
calcinação de zinco |
minério de zinco, coque |
Dióxido de enxofre, material particulado contendo zinco e chumbo |
Pasta de purga de usina ácida |
|
lixiviação de zinco |
Calcina de zinco, ácido sulfúrico, calcário, eletrólito gasto |
Águas residuais contendo ácido sulfúrico |
||
purificação de zinco |
Solução de ácido de zinco, pó de zinco |
Águas residuais contendo ácido sulfúrico, ferro |
Torta de cobre, cádmio |
|
eletroextração de zinco |
Zinco em ácido sulfúrico/solução aquosa, ânodos de liga de chumbo-prata, cátodos de alumínio, carbonato de bário ou estrôncio, aditivos coloidais |
ácido sulfúrico diluído |
Limos/lamas de células eletrolíticas |
O termo bateria refere-se a uma coleção de indivíduos células, que pode gerar eletricidade através de reações químicas. As células são classificadas como primário or secundário. Nas células primárias, as reações químicas que produzem o fluxo de elétrons não são reversíveis e, portanto, as células não são facilmente recarregadas. Por outro lado, as células secundárias devem ser carregadas antes de serem usadas, o que é obtido pela passagem de uma corrente elétrica pela célula. As células secundárias têm a vantagem de muitas vezes poderem ser recarregadas e descarregadas repetidamente durante o uso.
A bateria primária clássica de uso diário é a célula seca Leclanché, assim chamada porque o eletrólito é uma pasta, não um líquido. A célula Leclanché é caracterizada pelas baterias cilíndricas usadas em lanternas, rádios portáteis, calculadoras, brinquedos elétricos e similares. Nos últimos anos, as baterias alcalinas, como a célula de dióxido de zinco-manganês, tornaram-se mais prevalentes para esse tipo de uso. Pilhas em miniatura ou “botão” são usadas em aparelhos auditivos, computadores, relógios, câmeras e outros equipamentos eletrônicos. A célula de óxido de prata-zinco, a célula de mercúrio, a célula de zinco-ar e a célula de lítio-dióxido de manganês são alguns exemplos. Veja a figura 1 para uma visão em corte de uma bateria miniatura alcalina típica.
Figura 1. Vista em corte da bateria alcalina em miniatura
A clássica bateria secundária ou de armazenamento é a bateria de chumbo-ácido, amplamente utilizada na indústria de transportes. As baterias secundárias também são usadas em usinas de energia e na indústria. Ferramentas recarregáveis, alimentadas por bateria, escovas de dente, lanternas e similares são um novo mercado para células secundárias. As células secundárias de níquel-cádmio estão se tornando mais populares, especialmente em células de bolso para iluminação de emergência, partida a diesel e aplicações estacionárias e de tração, onde a confiabilidade, longa vida útil, capacidade de recarga frequente e desempenho em baixa temperatura superam seu custo extra.
As baterias recarregáveis em desenvolvimento para uso em veículos elétricos utilizam sulfeto de lítio-ferroso, zinco-cloro e sódio-enxofre.
A Tabela 1 apresenta a composição de algumas baterias comuns.
Tabela 1. Composição de baterias comuns
Tipo de bateria |
Eletrodo negativo |
Eletrodo positivo |
Eletrólito |
células primárias |
|||
célula seca Leclanché |
zinco |
Dióxido de manganês |
Água, cloreto de zinco, cloreto de amônio |
Alcalino |
zinco |
Dióxido de manganês |
Hidróxido de potássio |
Mercúrio (célula de Ruben) |
zinco |
óxido de mercúrio |
Hidróxido de potássio, óxido de zinco, água |
Prata |
zinco |
Óxido de prata |
Hidróxido de potássio, óxido de zinco, água |
Lítio |
Lítio |
Dióxido de manganês |
Clorato de lítio, LiCF3SO3 |
Lítio |
Lítio |
Dióxido de enxofre |
Dióxido de enxofre, acetonitrila, brometo de lítio |
Cloreto de Tionilo |
Cloreto de alumínio e lítio |
||
Zinco no ar |
zinco |
Oxygen |
Óxido de zinco, hidróxido de potássio |
Células secundárias |
|||
Chumbo ácido |
Conduzir |
Dióxido de chumbo |
ácido sulfúrico diluído |
Níquel-ferro (bateria Edison) |
Ferro |
Óxido de níquel |
Hidróxido de potássio |
níquel-cádmio |
Hidróxido de cádmio |
hidróxido de níquel |
Hidróxido de potássio, possivelmente hidróxido de lítio |
prata-zinco |
Pó de zinco |
Óxido de prata |
Hidróxido de potássio |
Processos de fabricação
Embora existam diferenças claras na fabricação dos diferentes tipos de baterias, existem vários processos comuns: pesagem, moagem, mistura, compressão e secagem dos ingredientes constituintes. Nas modernas fábricas de baterias, muitos desses processos são fechados e altamente automatizados, usando equipamentos selados. Portanto, a exposição aos diversos ingredientes pode ocorrer durante a pesagem e carregamento e durante a limpeza do equipamento.
Em fábricas de baterias mais antigas, muitas das operações de moagem, mistura e outras são feitas manualmente, ou a transferência de ingredientes de uma etapa do processo para outra é feita manualmente. Nesses casos, o risco de inalação de poeiras ou contato da pele com substâncias corrosivas é alto. As precauções para operações de produção de poeira incluem fechamento total e manuseio mecanizado e pesagem de pós, ventilação de exaustão local, limpeza diária com esfregona e/ou aspiração e uso de respiradores e outros equipamentos de proteção individual durante as operações de manutenção.
O ruído também é um perigo, uma vez que as máquinas de compressão e de embalagem são barulhentas. Métodos de controle de ruído e programas de conservação auditiva são essenciais.
Os eletrólitos em muitas baterias contêm hidróxido de potássio corrosivo. O invólucro e a proteção da pele e dos olhos são precauções indicadas. Também podem ocorrer exposições a partículas de metais tóxicos, como óxido de cádmio, mercúrio, óxido de mercúrio, níquel e compostos de níquel e lítio e compostos de lítio, que são usados como anodos ou catodos em determinados tipos de baterias. A bateria de armazenamento de chumbo-ácido, às vezes chamada de acumulador, pode envolver riscos consideráveis de exposição ao chumbo e é discutida separadamente no artigo “Fabricação de bateria de chumbo-ácido”.
O metal de lítio é altamente reativo, portanto as baterias de lítio devem ser montadas em um ambiente seco para evitar que o lítio reaja com o vapor de água. O dióxido de enxofre e o cloreto de tionila, usados em algumas baterias de lítio, são perigosos para as vias respiratórias. O gás hidrogênio, usado em baterias de níquel-hidrogênio, apresenta risco de incêndio e explosão. Estes, assim como os materiais em baterias recém-desenvolvidas, exigirão precauções especiais.
Células Leclanché
As pilhas secas Leclanché são produzidas conforme a figura 2. A mistura do eletrodo positivo ou cátodo é composta de 60 a 70% de dióxido de manganês, sendo o restante composto por grafite, negro de acetileno, sais de amônio, cloreto de zinco e água. Dióxido de manganês seco e finamente moído, grafite e preto de acetileno são pesados e alimentados em um moedor-misturador; eletrólito contendo água, cloreto de zinco e cloreto de amônio é adicionado, e a mistura preparada é prensada em uma prensa manual de comprimidos ou aglomerante. Em certos casos, a mistura é seca em estufa, peneirada e umedecida novamente antes de ser comprimida. Os comprimidos são inspecionados e embalados em máquinas alimentadas à mão depois de endurecer por alguns dias. Os aglomerados são então colocados em bandejas e embebidos em eletrólito, estando agora prontos para a montagem.
Figura 2. Produção da bateria Leclanché
O ânodo é a caixa de zinco, que é preparada a partir de blocos de zinco em uma prensa quente (ou chapas de zinco são dobradas e soldadas na caixa). Uma pasta gelatinosa orgânica composta por amidos de milho e farinha embebidos em eletrólito é misturada em grandes cubas. Os ingredientes são geralmente despejados em sacos sem pesagem. A mistura é então purificada com lascas de zinco e dióxido de manganês. Cloreto de mercúrio é adicionado ao eletrólito para formar um amálgama com o interior do recipiente de zinco. Esta pasta formará o meio condutor ou eletrólito.
As células são montadas despejando automaticamente a quantidade necessária de pasta gelatinosa nas caixas de zinco para formar um revestimento de manga interna no recipiente de zinco. Em alguns casos, as caixas recebem um acabamento cromado pelo vazamento e esvaziamento de uma mistura de ácido crômico e clorídrico antes da adição da pasta gelatinosa. O aglomerado de cátodo é então colocado em posição no centro da caixa. Uma haste de carbono é colocada centralmente no cátodo para atuar como coletor de corrente.
A célula de zinco é então selada com cera derretida ou parafina e aquecida com uma chama para dar uma melhor vedação. As células são então soldadas para formar a bateria. A reação da bateria é:
2MnO2 + 2NH4Cl + Zn → ZnCl2 + H2O2 + Mn2O3
Os trabalhadores podem estar expostos ao dióxido de manganês durante a pesagem, carregamento do misturador, moagem, limpeza do forno, peneiramento, prensagem manual e embalagem, dependendo do grau de automação, invólucro hermético e exaustão local. Na prensagem manual e no envoltório úmido, pode haver exposição à mistura úmida, que pode secar e produzir pó inalável; pode ocorrer dermatite devido à exposição ao eletrólito levemente corrosivo. Medidas de higiene pessoal, luvas e proteção respiratória para operações de limpeza e manutenção, balneários e armários separados para roupas de trabalho e de rua podem reduzir esses riscos. Conforme mencionado acima, riscos de ruído podem resultar da embalagem e da prensa de comprimidos.
A mistura é automática durante a fabricação da pasta gelatinosa, e a única exposição é durante a adição dos materiais. Durante a adição de cloreto de mercúrio à pasta gelatinosa, existe o risco de inalação e absorção pela pele e possível intoxicação por mercúrio. LEV ou equipamento de proteção individual é necessário.
Também é possível a exposição a derramamentos de ácido crômico e ácido clorídrico durante a cromagem e exposição a fumaças de soldagem e fumaças do aquecimento do composto de vedação. Mecanização do processo de cromagem, uso de luvas e LEV para selagem a quente e soldagem são precauções adequadas.
Baterias de níquel-cádmio
Atualmente, o método mais comum de fabricação de eletrodos de níquel-cádmio é depositando o material do eletrodo ativo diretamente em um substrato ou placa de níquel sinterizado poroso. (Veja a figura 3.) A placa é preparada pressionando uma pasta de pó de níquel sinterizado (geralmente feito pela decomposição de carbonil de níquel) na grade aberta de chapa de aço perfurada niquelada (ou gaze de níquel ou gaze de aço niquelado) e depois sinterização ou secagem em estufa. Essas placas podem então ser cortadas, pesadas e cunhadas (comprimidas) para fins específicos ou enroladas em espiral para células domésticas.
Figura 3. Produção de baterias de níquel-cádmio
A placa sinterizada é então impregnada com solução de nitrato de níquel para o eletrodo positivo ou nitrato de cádmio para o eletrodo negativo. Essas placas são enxaguadas e secas, imersas em hidróxido de sódio para formar hidróxido de níquel ou hidróxido de cádmio e lavadas e secas novamente. Normalmente, o próximo passo é imergir os eletrodos positivo e negativo em uma grande célula temporária contendo 20 a 30% de hidróxido de sódio. Ciclos de carga-descarga são executados para remover as impurezas e os eletrodos são removidos, lavados e secos.
Uma forma alternativa de fazer eletrodos de cádmio é preparar uma pasta de óxido de cádmio misturada com grafite, óxido de ferro e parafina, que é moída e finalmente compactada entre rolos para formar o material ativo. Isso é então pressionado em uma tira de aço perfurada móvel que é seca, às vezes comprimida e cortada em placas. Lugs podem ser anexados nesta fase.
As próximas etapas envolvem a montagem da célula e da bateria. Para baterias grandes, os eletrodos individuais são montados em grupos de eletrodos com placas de polaridade oposta intercaladas com separadores de plástico. Esses grupos de eletrodos podem ser aparafusados ou soldados entre si e colocados em um invólucro de aço niquelado. Mais recentemente, invólucros de bateria de plástico foram introduzidos. As células são preenchidas com uma solução eletrolítica de hidróxido de potássio, que também pode conter hidróxido de lítio. As células são então montadas em baterias e aparafusadas. As células de plástico podem ser cimentadas ou coladas juntas. Cada célula é conectada com um conector de chumbo à célula adjacente, deixando um terminal positivo e negativo nas extremidades da bateria.
Para baterias cilíndricas, as placas impregnadas são montadas em grupos de eletrodos enrolando os eletrodos positivo e negativo, separados por um material inerte, em um cilindro apertado. O cilindro do eletrodo é então colocado em uma caixa de metal niquelado, o eletrólito de hidróxido de potássio é adicionado e a célula é selada por soldagem.
A reação química envolvida na carga e descarga de baterias de níquel-cádmio é:
A maior exposição potencial ao cádmio ocorre no manuseio do nitrato de cádmio e sua solução durante a fabricação da pasta de pó de óxido de cádmio e manuseio dos pós ativos secos. A exposição também pode ocorrer durante a recuperação de cádmio de placas de sucata. O gabinete e a pesagem e mistura automatizadas podem reduzir esses perigos durante as etapas iniciais.
Medidas semelhantes podem controlar a exposição a compostos de níquel. A produção de níquel sinterizado a partir de carbonila de níquel, embora feita em máquinas seladas, envolve exposição potencial a carbonila de níquel extremamente tóxica e monóxido de carbono. O processo requer monitoramento contínuo para vazamentos de gás.
O manuseio de potássio cáustico ou hidróxido de lítio requer ventilação adequada e proteção pessoal. A soldagem gera fumaça e requer LEV.
Efeitos na saúde e padrões de doenças
Os perigos mais sérios para a saúde na fabricação tradicional de baterias são as exposições ao chumbo, cádmio, mercúrio e dióxido de manganês. Os perigos do chumbo são discutidos em outras partes deste capítulo e enciclopédia. O cádmio pode causar doenças renais e é cancerígeno. Verificou-se que a exposição ao cádmio era generalizada nas fábricas de baterias de níquel-cádmio dos EUA, e muitos trabalhadores tiveram que ser removidos clinicamente sob as disposições do Padrão de Cádmio da Administração de Segurança e Saúde Ocupacional devido aos altos níveis de cádmio no sangue e na urina (McDiarmid et al. 1996) . O mercúrio afeta os rins e o sistema nervoso. A exposição excessiva ao vapor de mercúrio foi demonstrada em estudos de várias fábricas de baterias de mercúrio (Telesca 1983). As exposições ao dióxido de manganês demonstraram ser altas na mistura e manuseio de pós na fabricação de células secas alcalinas (Wallis, Menke e Chelton 1993). Isso pode resultar em déficits neurofuncionais em trabalhadores de bateria (Roels et al. 1992). As poeiras de manganês podem, se absorvidas em quantidades excessivas, levar a distúrbios do sistema nervoso central semelhantes à síndrome de Parkinson. Outros metais preocupantes incluem níquel, lítio, prata e cobalto.
Queimaduras na pele podem resultar da exposição a soluções de cloreto de zinco, hidróxido de potássio, hidróxido de sódio e hidróxido de lítio usadas nos eletrólitos das baterias.
Visão geral do processo
A bauxita é extraída por mineração a céu aberto. Os minérios mais ricos são usados como extraídos. Os minérios de menor teor podem ser beneficiados por britagem e lavagem para remoção de resíduos de argila e sílica. A produção do metal compreende duas etapas básicas:
O desenvolvimento experimental sugere que no futuro o alumínio pode ser reduzido ao metal por redução direta do minério.
Existem atualmente dois tipos principais de células eletrolíticas de Hall-Heroult em uso. O chamado processo de “pré-cozimento” utiliza eletrodos fabricados conforme indicado abaixo. Em tais fundições, a exposição a hidrocarbonetos policíclicos normalmente ocorre nas instalações de fabricação de eletrodos, especialmente durante misturadores e prensas de conformação. As fundições que utilizam a célula do tipo Soderberg não requerem instalações para a fabricação de ânodos de carbono cozidos. Em vez disso, a mistura de coque e aglutinante de piche é colocada em tremonhas cujas extremidades inferiores são imersas na mistura de banho de criolita-alumina fundida. À medida que a mistura de piche e coque é aquecida pelo banho de metal fundido e criolita dentro da célula, essa mistura transforma-se em uma massa de grafite dura no local. Hastes de metal são inseridas na massa anódica como condutores para um fluxo elétrico de corrente contínua. Essas hastes devem ser substituídas periodicamente; ao extraí-los, quantidades consideráveis de voláteis de breu de alcatrão de hulha são liberadas no ambiente da cela. A esta exposição são adicionados os voláteis de piche gerados à medida que o cozimento da massa de piche-coque prossegue.
Na última década, a indústria tendeu a não substituir ou a modificar as instalações de redução do tipo Soderberg existentes como consequência do perigo carcinogênico demonstrado que elas apresentam. Além disso, com a crescente automação das operações das células de redução – particularmente a troca de ânodos, as tarefas são mais comumente executadas em guindastes mecânicos fechados. Consequentemente, as exposições dos trabalhadores e o risco de desenvolver os distúrbios associados à fundição de alumínio estão diminuindo gradualmente nas instalações modernas. Por outro lado, naquelas economias em que o investimento de capital adequado não está prontamente disponível, a persistência de processos de redução operados manualmente continuarão a apresentar os riscos de distúrbios ocupacionais (veja abaixo) anteriormente associados às usinas de redução de alumínio. De fato, essa tendência tenderá a se agravar em operações mais antigas e não melhoradas, especialmente à medida que envelhecem.
Fabricação de eletrodos de carbono
Os eletrodos necessários para a redução eletrolítica pré-cozimento a metal puro são normalmente feitos por uma instalação associada a esse tipo de planta de fundição de alumínio. Os ânodos e cátodos são mais freqüentemente feitos de uma mistura de coque derivado de petróleo moído e piche. O coque é primeiro moído em moinhos de bolas, depois transportado e misturado mecanicamente com o piche e finalmente fundido em blocos em prensas de moldagem. Esses blocos de ânodo ou cátodo são aquecidos em um forno a gás por vários dias até que formem massas de grafite duras com essencialmente todos os voláteis sendo expulsos. Finalmente, eles são fixados em hastes de anodo ou serrados para receber as barras de cátodo.
Deve-se notar que o piche usado para formar tais eletrodos representa um destilado derivado do carvão ou do alcatrão de petróleo. Na conversão deste alcatrão em piche por aquecimento, o produto final de piche evaporou essencialmente todos os seus compostos inorgânicos de baixo ponto de ebulição, por exemplo, SO2, bem como compostos alifáticos e compostos aromáticos de um e dois anéis. Assim, tal piche não deve apresentar os mesmos perigos em seu uso como carvão ou alcatrões de petróleo, uma vez que essas classes de compostos não devem estar presentes. Existem algumas indicações de que o potencial carcinogênico desses produtos de piche pode não ser tão grande quanto a mistura mais complexa de alcatrões e outros voláteis associados à combustão incompleta do carvão.
Perigos e sua prevenção
Os perigos e medidas preventivas para os processos de fundição e refino de alumínio são basicamente os mesmos encontrados na fundição e refino em geral; no entanto, os processos individuais apresentam certos perigos específicos.
Mineração
Embora referências esporádicas ao “pulmão de bauxita” ocorram na literatura, há poucas evidências convincentes de que tal entidade exista. Entretanto, a possibilidade da presença de sílica cristalina nos minérios de bauxita deve ser considerada.
Processo Bayer
O uso extensivo de soda cáustica no processo Bayer apresenta riscos frequentes de queimaduras químicas na pele e nos olhos. A descalcificação de tanques por martelos pneumáticos é responsável por exposição severa a ruídos. Os perigos potenciais associados à inalação de doses excessivas de óxido de alumínio produzido neste processo são discutidos abaixo.
Todos os trabalhadores envolvidos no processo da Bayer devem estar bem informados sobre os perigos associados ao manuseio da soda cáustica. Em todos os locais de risco, devem ser previstos lava-olhos e bacias com água corrente e chuveiros dilúvios, com avisos explicando seu uso. Deve ser fornecido EPI (por exemplo, óculos, luvas, avental e botas). Chuveiros e acomodações com armários duplos (um armário para roupas de trabalho e outro para roupas pessoais) devem ser fornecidos e todos os funcionários devem ser incentivados a se lavar bem no final do turno. Todos os trabalhadores que manuseiam metal fundido devem receber viseiras, respiradores, luvas, aventais, braceletes e polainas para protegê-los contra queimaduras, poeira e fumaça. Os trabalhadores empregados no processo de baixa temperatura de Gadeau devem receber luvas e roupas especiais para protegê-los dos vapores de ácido clorídrico liberados quando as células são iniciadas; lã provou ter uma boa resistência a esses vapores. Respiradores com cartuchos de carvão ou máscaras impregnadas de alumina oferecem proteção adequada contra vapores de piche e flúor; máscaras de poeira eficientes são necessárias para proteção contra poeira de carbono. Trabalhadores com exposição mais severa a poeira e fumaça, particularmente nas operações de Soderberg, devem receber equipamento de proteção respiratória com suprimento de ar. Como o trabalho mecanizado da sala de cubas é realizado remotamente a partir de cabines fechadas, essas medidas de proteção se tornarão menos necessárias.
redução eletrolítica
A redução eletrolítica expõe os trabalhadores ao potencial de queimaduras na pele e acidentes devido a respingos de metal fundido, distúrbios de estresse térmico, ruído, riscos elétricos, criolita e vapores de ácido fluorídrico. As células de redução eletrolítica podem emitir grandes quantidades de poeiras de flúor e alumina.
Nas oficinas de fabricação de eletrodos de carbono, deve-se instalar equipamento de ventilação exaustora com filtros de mangas; O fechamento do equipamento de moagem de piche e carbono minimiza ainda mais a exposição a piche aquecido e pó de carbono. Verificações regulares das concentrações de poeira atmosférica devem ser feitas com um dispositivo de amostragem adequado. Exames radiológicos periódicos devem ser realizados em trabalhadores expostos a poeira, e estes devem ser acompanhados de exames clínicos quando necessário.
Para reduzir o risco de manuseio do piche, o transporte desse material deve ser o mais mecanizado possível (por exemplo, caminhões-pipa aquecidos podem ser usados para transportar o piche líquido para as fábricas onde ele é bombeado automaticamente para tanques de piche aquecido). Exames regulares da pele para detectar eritema, epitelioma ou dermatite também são prudentes, e proteção extra pode ser fornecida por cremes de barreira à base de alginato.
Os trabalhadores que realizam trabalho a quente devem ser instruídos antes do início do tempo quente a aumentar a ingestão de líquidos e salgar muito a comida. Eles e seus supervisores também devem ser treinados para reconhecer distúrbios induzidos pelo calor incipientes em si mesmos e em seus colegas de trabalho. Todos os que aqui trabalham devem ser treinados para tomar as devidas providências necessárias para prevenir a ocorrência ou progressão dos distúrbios do calor.
Trabalhadores expostos a altos níveis de ruído devem ser fornecidos com equipamentos de proteção auditiva, como protetores auriculares, que permitem a passagem de ruído de baixa frequência (para permitir a percepção de ordens), mas reduzem a transmissão de ruído intenso de alta frequência. Além disso, os trabalhadores devem passar por exame audiométrico regular para detectar perda auditiva. Finalmente, o pessoal também deve ser treinado para dar ressuscitação cardiopulmonar a vítimas de choque elétrico.
O potencial para respingos de metal fundido e queimaduras graves é comum em muitos locais em plantas de redução e operações associadas. Além de roupas de proteção (por exemplo, manoplas, aventais, polainas e viseiras), o uso de roupas sintéticas deve ser proibido, pois o calor do metal fundido faz com que essas fibras aquecidas derretam e adiram à pele, intensificando ainda mais as queimaduras cutâneas.
Indivíduos que usam marcapassos cardíacos devem ser excluídos de operações de redução devido ao risco de arritmias induzidas por campos magnéticos.
Outros efeitos na saúde
Os perigos para os trabalhadores, a população em geral e o meio ambiente resultantes da emissão de gases, fumaças e poeiras contendo flúor devido ao uso do fluxo de criolita foram amplamente relatados (ver tabela 1). Em crianças que vivem nas proximidades de fundições de alumínio mal controladas, foram relatados graus variáveis de manchas nos dentes permanentes se a exposição ocorreu durante a fase de desenvolvimento do crescimento dos dentes permanentes. Entre os trabalhadores de fundição antes de 1950, ou onde o controle inadequado de efluentes de flúor continuou, graus variáveis de fluorose óssea foram observados. O primeiro estágio dessa condição consiste em um simples aumento da densidade óssea, particularmente acentuado nos corpos vertebrais e na pelve. À medida que o flúor é mais absorvido pelo osso, a calcificação dos ligamentos da pelve é vista em seguida. Finalmente, no caso de exposição extrema e prolongada ao flúor, observa-se calcificação das estruturas paravertebrais e outras estruturas ligamentares, bem como das articulações. Embora este último estágio tenha sido visto em sua forma severa em plantas de processamento de criolita, tais estágios avançados raramente ou nunca foram vistos em trabalhadores de fundição de alumínio. Aparentemente, as alterações radiológicas menos graves nas estruturas ósseas e ligamentares não estão associadas a alterações da função arquitetônica ou metabólica do osso. Por práticas de trabalho apropriadas e controle ventilatório adequado, os trabalhadores em tais operações de redução podem ser facilmente impedidos de desenvolver qualquer uma das alterações de raios-x anteriores, apesar de 25 a 40 anos de tal trabalho. Finalmente, a mecanização das operações da sala de cubas deve minimizar, se não eliminar totalmente, quaisquer perigos associados ao flúor.
Tabela 1. Entradas de materiais de processo e saídas de poluição para fundição e refino de alumínio
Processo |
entrada de material |
Emissões de ar |
Resíduos de processo |
Outros resíduos |
refino de bauxita |
Bauxita, hidróxido de sódio |
Partículas cáusticas/água |
Resíduo contendo silício, ferro, titânio, óxidos de cálcio e soda cáustica |
|
Clarificação e precipitação de alumina |
Pasta de alumina, amido, água |
Águas residuais contendo amido, areia e soda cáustica |
||
calcinação de alumina |
hidrato de alumínio |
Partículas e vapor de água |
||
Eletrolítico primário |
Alumina, ânodos de carbono, células eletrolíticas, criolita |
Flúor - tanto gasoso quanto particulado, dióxido de carbono, dióxido de enxofre, monóxido de carbono, C2F6 ,CF4 e carbonos perfluorados (PFC) |
Potliners gastos |
Desde o início dos anos 1980, uma condição semelhante à asma foi definitivamente demonstrada entre trabalhadores em salas de cubas de redução de alumínio. Essa aberração, conhecida como asma ocupacional associada à fundição de alumínio (OAAAS), é caracterizada por resistência variável ao fluxo de ar, hiperresponsividade brônquica ou ambas, e não é precipitada por estímulos fora do local de trabalho. Seus sintomas clínicos consistem em pieira, aperto no peito e falta de ar e tosse não produtiva, que geralmente duram algumas horas após as exposições de trabalho. O período latente entre o início da exposição ao trabalho e o início da OAAAS é altamente variável, variando de 1 semana a 10 anos, dependendo da intensidade e do caráter da exposição. A condição geralmente melhora com a remoção do local de trabalho após as férias e assim por diante, mas se tornará mais frequente e grave com exposições contínuas ao trabalho.
Embora a ocorrência dessa condição tenha sido correlacionada com as concentrações de flúor na sala de cubas, não está claro se a etiologia do distúrbio surge especificamente da exposição a esse agente químico. Dada a complexa mistura de poeiras e vapores (por exemplo, fluoretos particulados e gasosos, dióxido de enxofre, além de baixas concentrações de óxidos de vanádio, níquel e cromo), é mais provável que tais medições de fluoretos representem um substituto para essa mistura complexa de vapores, gases e particulados encontrados em salas de cubas.
Atualmente, parece que essa condição faz parte de um grupo cada vez mais importante de doenças ocupacionais: a asma ocupacional. O processo causal que resulta nesse distúrbio é determinado com dificuldade em um caso individual. Sinais e sintomas de OAAAS podem resultar de: asma pré-existente baseada em alergia, hiperresponsividade brônquica inespecífica, síndrome de disfunção reativa das vias aéreas (RADS) ou asma ocupacional verdadeira. O diagnóstico desta condição é atualmente problemático, exigindo história compatível, presença de limitação variável do fluxo aéreo ou, na sua ausência, produção de hiperresponsividade brônquica induzida farmacologicamente. Mas se o último não for demonstrável, esse diagnóstico é improvável. (No entanto, esse fenômeno pode eventualmente desaparecer depois que o distúrbio desaparece com a remoção das exposições de trabalho.)
Uma vez que esse distúrbio tende a se tornar progressivamente mais grave com a exposição contínua, os indivíduos afetados geralmente precisam ser removidos das exposições de trabalho contínuas. Embora os indivíduos com asma atópica preexistente devam inicialmente ser impedidos de entrar em celas com redução de alumínio, a ausência de atopia não pode prever se essa condição ocorrerá após exposições no trabalho.
Existem atualmente relatórios sugerindo que o alumínio pode estar associado à neurotoxicidade entre os trabalhadores envolvidos na fundição e soldagem deste metal. Foi claramente demonstrado que o alumínio é absorvido pelos pulmões e excretado na urina em níveis superiores ao normal, particularmente em trabalhadores de celas de redução. No entanto, grande parte da literatura sobre os efeitos neurológicos em tais trabalhadores deriva da presunção de que a absorção de alumínio resulta em neurotoxicidade humana. Consequentemente, até que tais associações sejam mais reprodutivelmente demonstráveis, a conexão entre o alumínio e a neurotoxicidade ocupacional deve ser considerada especulativa neste momento.
Devido à necessidade ocasional de gastar mais de 300 kcal/h durante a troca de ânodos ou realizar outro trabalho extenuante na presença de criolita fundida e alumínio, distúrbios de calor podem ser observados durante os períodos de clima quente. Tais episódios são mais prováveis de ocorrer quando o clima inicialmente muda das condições moderadas para quentes e úmidas do verão. Além disso, as práticas de trabalho que resultam em troca acelerada de ânodo ou emprego em dois turnos de trabalho sucessivos durante o tempo quente também predispõem os trabalhadores a tais distúrbios de calor. Trabalhadores inadequadamente aclimatados ao calor ou fisicamente condicionados, cuja ingestão de sal é inadequada ou que têm doenças intercorrentes ou recentes são particularmente propensos ao desenvolvimento de exaustão pelo calor e/ou cãibras de calor durante a execução de tarefas tão árduas. A insolação ocorreu, mas raramente entre os trabalhadores da fundição de alumínio, exceto entre aqueles com alterações de saúde predisponentes conhecidas (por exemplo, alcoolismo, envelhecimento).
Foi demonstrado que a exposição aos aromáticos policíclicos associados à respiração de fumaça e partículas de piche coloca o pessoal da célula de redução do tipo Soderberg, em particular, em risco excessivo de desenvolver câncer de bexiga; o excesso de risco de câncer é menos bem estabelecido. Presume-se que os trabalhadores em fábricas de eletrodos de carbono, onde misturas de coque e alcatrão aquecidos, também corram esse risco. No entanto, depois que os eletrodos foram cozidos por vários dias a cerca de 1,200 °C, os compostos aromáticos policíclicos são praticamente totalmente queimados ou volatilizados e não estão mais associados a esses ânodos ou cátodos. Portanto, as células de redução que utilizam eletrodos pré-cozidos não mostraram tão claramente apresentar um risco indevido de desenvolvimento desses distúrbios malignos. Outras neoplasias (por exemplo, leucemia não granulocítica e câncer cerebral) foram sugeridas em operações de redução de alumínio; no presente, tais evidências são fragmentárias e inconsistentes.
Nas proximidades das células eletrolíticas, o uso de quebra-crosta pneumático nas salas de cubas produz níveis de ruído da ordem de 100 dBA. As células de redução eletrolítica são operadas em série a partir de uma fonte de alimentação de baixa tensão e alta amperagem e, consequentemente, os casos de choque elétrico geralmente não são graves. No entanto, na casa de força, no ponto onde a alimentação de alta tensão se une à rede de conexão em série da sala de cubas, podem ocorrer acidentes graves com choque elétrico, principalmente porque a alimentação elétrica é uma corrente alternada de alta tensão.
Como as preocupações com a saúde foram levantadas em relação às exposições associadas a campos de energia eletromagnética, a exposição dos trabalhadores dessa indústria foi questionada. Deve-se reconhecer que a energia fornecida às células de redução eletrolítica é de corrente contínua; portanto, os campos eletromagnéticos gerados nas salas de cubas são principalmente do tipo campo estático ou estacionário. Tais campos, em contraste com os campos eletromagnéticos de baixa frequência, mostram ainda menos facilmente que exercem efeitos biológicos consistentes ou reprodutíveis, tanto experimental quanto clinicamente. Além disso, os níveis de fluxo dos campos magnéticos medidos nas salas de células atuais são comumente encontrados dentro dos valores-limite provisórios atualmente propostos para campos magnéticos estáticos, sub-rádio frequência e campos elétricos estáticos. A exposição a campos eletromagnéticos de frequência ultrabaixa também ocorre em plantas de redução, especialmente nas extremidades dessas salas adjacentes às salas de retificação. No entanto, os níveis de fluxo encontrados nas salas de cubas próximas são mínimos, bem abaixo dos padrões atuais. Finalmente, evidências epidemiológicas coerentes ou reprodutíveis de efeitos adversos à saúde devido a campos eletromagnéticos em usinas de redução de alumínio não foram demonstradas de forma convincente.
Fabricação de eletrodos
Trabalhadores em contato com vapores de piche podem desenvolver eritema; a exposição à luz solar induz fotossensibilização com aumento da irritação. Casos de tumores cutâneos localizados ocorreram entre trabalhadores de eletrodos de carbono onde era praticada higiene pessoal inadequada; após a excisão e a mudança de emprego, geralmente não há mais disseminação ou recorrência. Durante a fabricação do eletrodo, quantidades consideráveis de pó de carbono e piche podem ser geradas. Nos casos em que tais exposições à poeira foram graves e inadequadamente controladas, houve relatos ocasionais de que os fabricantes de eletrodos de carbono podem desenvolver pneumoconiose simples com enfisema focal, complicada pelo desenvolvimento de lesões fibróticas maciças. Tanto a pneumoconiose simples quanto a complicada são indistinguíveis da condição correspondente de pneumoconiose dos mineiros. A moagem do coque em moinhos de bolas produz níveis de ruído de até 100 dBA.
Nota do editor: A indústria de produção de alumínio foi classificada como uma causa conhecida do Grupo 1 de cânceres humanos pela Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC). Uma variedade de exposições foi associada a outras doenças (por exemplo, “asma de sala de cubas”) que são descritas em outras partes deste enciclopédia.
Os cabos vêm em uma variedade de tamanhos para diferentes usos, desde cabos de energia de supertensão que transportam energia elétrica a mais de 100 kilovolts, até cabos de telecomunicações. No passado, estes últimos utilizavam condutores de cobre, mas estes foram substituídos por cabos de fibra ótica, que transportam mais informações em um cabo muito menor. Entre eles estão os cabos gerais usados para fins de fiação residencial, outros cabos flexíveis e cabos de energia com tensões inferiores às dos cabos de supertensão. Além disso, existem cabos mais especializados, como cabos com isolamento mineral (usados onde sua proteção inerente contra queimaduras em um incêndio é crucial - por exemplo, em uma fábrica, em um hotel ou a bordo de um navio), fios esmaltados (usados como enrolamentos para motores), fios de ouropel (usados na conexão encaracolada de um aparelho de telefone), cabos de fogão (que historicamente usavam isolamento de amianto, mas agora usam outros materiais) e assim por diante.
Materiais e Processos
Condutores
O material mais comum usado como condutor em cabos sempre foi o cobre, devido à sua condutividade elétrica. O cobre tem que ser refinado para alta pureza antes de ser transformado em um condutor. O refino de cobre a partir de minério ou sucata é um processo de duas etapas:
Nas fábricas modernas, os cátodos de cobre são fundidos em um forno de cuba e fundidos e laminados continuamente em barras de cobre. Essa haste é estirada até o tamanho necessário em uma máquina de trefilação, puxando o cobre através de uma série de matrizes precisas. Historicamente, a operação de trefilação era realizada em um local central, com muitas máquinas produzindo fios de diferentes tamanhos. Mais recentemente, fábricas autônomas menores têm sua própria operação de trefilação menor. Para algumas aplicações especializadas, o condutor de cobre é revestido com um revestimento de metal, como estanho, prata ou zinco.
Condutores de alumínio são usados em cabos de energia aéreos, onde o peso mais leve mais do que compensa a condutividade inferior em comparação com o cobre. Os condutores de alumínio são feitos espremendo um lingote aquecido de alumínio através de uma matriz usando uma prensa de extrusão.
Condutores metálicos mais especializados utilizam ligas especiais para uma aplicação específica. Uma liga de cádmio-cobre foi usada para catenárias aéreas (o condutor aéreo usado em uma ferrovia) e para o fio de ouropel usado em um aparelho de telefone. O cádmio aumenta a resistência à tração em comparação com o cobre puro e é usado para que a catenária não ceda entre os suportes. A liga de cobre-berílio também é usada em certas aplicações.
As fibras ópticas, constituídas por um filamento contínuo de vidro de alta qualidade óptica para transmissão de telecomunicações, foram desenvolvidas no início dos anos 1980. Isso exigia uma tecnologia de fabricação totalmente nova. Tetracloreto de silício é queimado dentro de um torno mecânico para depositar dióxido de silício em um molde. O dióxido de silício é convertido em vidro por aquecimento em atmosfera de cloro; em seguida, é desenhado no tamanho certo e uma camada protetora é aplicada.
Isolamento
Muitos materiais de isolamento têm sido usados em diferentes tipos de cabos. Os tipos mais comuns são os materiais plásticos, como PVC, polietileno, politetrafluoretileno (PTFE) e poliamidas. Em cada caso, o plástico é formulado para atender a uma especificação técnica e é aplicado na parte externa do condutor usando uma máquina de extrusão. Em alguns casos, podem ser adicionados materiais ao composto plástico para uma aplicação específica. Alguns cabos de energia, por exemplo, incorporam um composto de silano para reticulação do plástico. Nos casos em que o cabo vai ser enterrado no solo, é adicionado um pesticida para evitar que os cupins comam o isolamento.
Alguns cabos flexíveis, especialmente aqueles em minas subterrâneas, usam isolamento de borracha. Centenas de diferentes compostos de borracha são necessários para atender a diferentes especificações, e é necessária uma instalação especializada em compostos de borracha. A borracha é extrudada no condutor. Também deve ser vulcanizado passando por um banho de sal de nitrito quente ou por um líquido pressurizado. Para evitar que os condutores adjacentes isolados com borracha grudem, eles são puxados através de pó de talco.
O condutor dentro de um cabo pode ser enrolado com um isolante como papel (que pode ter sido embebido em óleo mineral ou sintético) ou mica. Uma bainha externa é então aplicada, normalmente por extrusão de plástico.
Dois métodos de fabricação de cabos com isolamento mineral (MI) foram desenvolvidos. No primeiro, um tubo de cobre tem vários condutores sólidos de cobre inseridos nele, e o espaço entre eles é preenchido com um pó de óxido de magnésio. Todo o conjunto é então puxado para baixo através de uma série de matrizes até o tamanho necessário. A outra técnica envolve a soldagem contínua de uma espiral de cobre em torno de condutores separados por pó. Em uso, a bainha de cobre externa de um cabo MI é a conexão de aterramento e os condutores internos conduzem a corrente. Embora nenhuma camada externa seja necessária, alguns clientes especificam uma bainha de PVC por razões estéticas. Isso é contraproducente, pois a principal vantagem do cabo MI é que ele não queima, e uma bainha de PVC anula um pouco essa vantagem.
Nos últimos anos, o comportamento dos cabos em incêndios tem recebido atenção crescente por dois motivos:
Vários materiais especializados são usados para determinados cabos. Os cabos de supertensão são preenchidos com óleo para propriedades de isolamento e resfriamento. Outros cabos usam uma graxa de hidrocarboneto conhecida como MIND, vaselina ou uma bainha de chumbo. Os fios esmaltados são normalmente feitos revestindo-os com um esmalte de poliuretano dissolvido em cresol.
Fabricação de cabos
Em muitos cabos, os condutores isolados individuais são torcidos juntos para formar uma configuração particular. Várias bobinas contendo os condutores individuais giram em torno de um eixo central à medida que o cabo é puxado pela máquina, em operações conhecidas como encalhe e disposição.
Alguns cabos precisam ser protegidos contra danos mecânicos. Muitas vezes isso é feito por trança, onde um material é entrelaçado em torno do isolamento externo de um cabo flexível, de modo que cada fio se cruze repetidamente em espiral. Um exemplo de tal cabo trançado (pelo menos no Reino Unido) é o usado em ferros elétricos, onde fios têxteis são usados como material trançado. Em outros casos, o fio de aço é usado para o trançado, onde a operação é referida como blindagem.
operações auxiliares
Cabos maiores são fornecidos em tambores de até alguns metros de diâmetro. Tradicionalmente, os tambores são de madeira, mas têm sido usados tambores de aço. Um tambor de madeira é feito pregando madeira serrada usando uma máquina ou uma pistola de pregar pneumática. Um conservante de cobre-cromo-arsênico é usado para evitar que a madeira apodreça. Cabos menores geralmente são fornecidos em uma bobina de papelão.
A operação de unir as duas pontas dos cabos, conhecida como junção, pode muito bem ter que ser realizado em um local remoto. A junta não só deve ter uma boa conexão elétrica, mas também deve ser capaz de suportar futuras condições ambientais. Os compostos de junta usados são geralmente resinas acrílicas e incorporam compostos de isocianato e sílica em pó.
Os conectores de cabo são comumente feitos de latão em tornos automáticos que os fabricam a partir de barras. As máquinas são resfriadas e lubrificadas usando uma emulsão água-óleo. Os clipes de cabo são feitos por máquinas de injeção de plástico.
Perigos e sua Prevenção
O perigo à saúde mais difundido em toda a indústria de cabo é o ruído. As operações mais ruidosas são:
Níveis de ruído superiores a 90 dBA são comuns nessas áreas. Para trefilação e trançamento, o nível geral de ruído depende do número e localização das máquinas e do ambiente acústico. O layout da máquina deve ser planejado para minimizar a exposição a ruídos. Caixas acústicas cuidadosamente projetadas são os meios mais eficazes de controlar o ruído, mas são caras. Para a refinaria de fogo de cobre e lingotamento contínuo de varetas de cobre as principais fontes de ruído são os queimadores, que devem ser projetados para baixa emissão de ruído. No caso da fabricação de tambores de cabo, as pistolas de pregos operadas pneumaticamente são a principal fonte de ruído, que pode ser reduzida diminuindo a pressão da linha de ar e instalando silenciadores de exaustão. A norma da indústria na maioria dos casos acima, no entanto, é fornecer proteção auditiva aos trabalhadores nas áreas afetadas, mas tal proteção será mais desconfortável do que o normal devido aos ambientes quentes na refinaria de cobre e vazamento contínuo de hastes de cobre. Audiometria regular também deve ser realizada para monitorar a audição de cada indivíduo.
Muitos dos riscos de segurança e sua prevenção são os mesmos de muitas outras indústrias manufatureiras. No entanto, alguns perigos especiais são apresentados por algumas máquinas de fabricação de cabos, na medida em que possuem numerosas bobinas de condutores girando em torno de dois eixos ao mesmo tempo. É essencial garantir que as proteções da máquina estejam travadas para evitar que a máquina opere, a menos que as proteções estejam posicionadas para impedir o acesso a nips em movimento e outras peças rotativas, como grandes tambores de cabos. Durante o rosqueamento inicial da máquina, quando pode ser necessário permitir o acesso do operador dentro da proteção da máquina, a máquina deve ser capaz de se mover apenas alguns centímetros por vez. Arranjos de intertravamento podem ser obtidos por meio de uma chave exclusiva que abre a proteção ou deve ser inserida no console de controle para permitir sua operação.
Uma avaliação do risco de partículas voadoras - por exemplo, se um fio quebrar e se soltar - deve ser feita.
As proteções devem, preferencialmente, ser projetadas para impedir fisicamente que tais partículas atinjam o operador. Quando isso não for possível, proteção ocular adequada deve ser fornecida e usada. As operações de trefilação são frequentemente designadas como áreas onde a proteção para os olhos deve ser usada.
Condutores
Em qualquer processo de metal quente, como uma refinaria de fogo de cobre ou hastes de cobre fundidas, a água deve ser evitada de entrar em contato com o metal fundido para evitar uma explosão. Carregar o forno pode resultar na fuga de vapores de óxido de metal no local de trabalho. Isso deve ser controlado usando ventilação de exaustão local eficaz sobre a porta de carregamento. Da mesma forma, as passagens pelas quais o metal fundido passa do forno para a máquina de fundição e a própria máquina de fundição precisam ser controladas adequadamente.
O principal perigo na refinaria eletrolítica é a névoa de ácido sulfúrico formada em cada célula. As concentrações no ar devem ser mantidas abaixo de 1 mg/m3 por ventilação adequada para evitar irritação.
Ao fundir hastes de cobre, um risco adicional pode ser apresentado pelo uso de placas de isolamento ou mantas para conservar o calor ao redor da roda de fundição. Os materiais cerâmicos podem ter substituído o amianto em tais aplicações, mas as próprias fibras cerâmicas devem ser manuseadas com muito cuidado para evitar exposições. Esses materiais tornam-se mais friáveis (isto é, quebram-se facilmente) após o uso, quando são afetados pelo calor, e a exposição a fibras respiráveis transportadas pelo ar resulta de seu manuseio.
Um perigo incomum é apresentado na fabricação de cabos de alimentação de alumínio. Uma suspensão de grafite em óleo pesado é aplicada ao aríete da prensa de extrusão para evitar que o tarugo de alumínio grude no aríete. Como o aríete está quente, parte desse material é queimado e sobe para o espaço do telhado. Desde que não haja nenhum operador de ponte rolante nas proximidades e que os ventiladores de teto estejam instalados e funcionando, não deve haver risco para a saúde dos trabalhadores.
Fabricar ligas de cobre-cádmio ou ligas de cobre-cádmio pode apresentar altos riscos para os funcionários envolvidos. Como o cádmio ferve bem abaixo do ponto de fusão do cobre, vapores de óxido de cádmio gerados recentemente serão gerados em grandes quantidades sempre que o cádmio for adicionado ao cobre fundido (o que deve ser para fazer a liga). O processo pode ser realizado com segurança apenas com um projeto muito cuidadoso da ventilação de exaustão local. Da mesma forma, a fabricação da liga de cobre-berílio requer grande atenção aos detalhes, uma vez que o berílio é o mais tóxico de todos os metais tóxicos e possui os limites de exposição mais rigorosos.
A fabricação de fibras ópticas é uma operação altamente especializada e de alta tecnologia. Os produtos químicos usados têm seus próprios perigos especiais, e o controle do ambiente de trabalho requer o projeto, instalação e manutenção de LEV complexos e sistemas de ventilação de processo. Esses sistemas devem ser controlados por dampers de controle monitorados por computador. Os principais perigos químicos são de cloro, cloreto de hidrogênio e ozônio. Além disso, os solventes usados para limpar as matrizes devem ser manuseados em cabines de exaustão, e o contato da pele com as resinas à base de acrilato usadas para revestir as fibras deve ser evitado.
Isolamento
As operações de composição de plástico e de borracha apresentam perigos particulares que devem ser adequadamente controlados (consulte o capítulo Indústria de Borracha). Embora a indústria de cabos possa usar compostos diferentes de outras indústrias, as técnicas de controle são as mesmas.
Ao serem aquecidos, os compostos plásticos desprenderão uma mistura complexa de produtos de degradação térmica, cuja composição dependerá do composto plástico original e da temperatura a que está submetido. Na temperatura normal de processamento de extrusoras de plástico, os contaminantes transportados pelo ar geralmente são um problema relativamente pequeno, mas é prudente instalar ventilação no espaço entre a cabeça da extrusora e o bebedouro usado para resfriar o produto, principalmente para controlar a exposição ao ftalato plastificantes comumente usados em PVC. A fase da operação que pode justificar uma investigação mais aprofundada é durante uma transição. O operador deve ficar sobre o cabeçote extrusor para remover o composto plástico ainda quente e, em seguida, passar o novo composto (e no chão) até que apenas a nova cor saia e o cabo esteja centralizado no cabeçote extrusor. Pode ser difícil projetar LEV eficaz durante esta fase, quando o operador está tão próximo do cabeçote da extrusora.
O politetrafluoretileno (PTFE) tem seu próprio risco especial. Pode causar febre de fumaça de polímero, que apresenta sintomas semelhantes aos da gripe. A condição é temporária, mas deve ser evitada controlando adequadamente as exposições ao composto aquecido.
O uso da borracha na fabricação de cabos tem apresentado um nível de risco menor do que outros usos da borracha, como na indústria de pneus. Em ambas as indústrias, o uso de um antioxidante (Nonox S) contendo β-naftilamina, até sua retirada em 1949, resultou em casos de câncer de bexiga até 30 anos depois naqueles que haviam sido expostos antes da data de retirada, mas nenhum em aqueles empregados depois de 1949 apenas. A indústria de cabos, no entanto, não experimentou o aumento da incidência de outros tipos de câncer, principalmente de pulmão e estômago, observados na indústria de pneus. O motivo é quase certo que na fabricação de cabos as máquinas de extrusão e vulcanização são fechadas, e a exposição dos funcionários a vapores e pó de borracha era geralmente muito menor do que na indústria de pneus. Uma exposição de preocupação potencial em fábricas de cabos de borracha é o uso de talco. É importante garantir que apenas a forma não fibrosa do talco (isto é, aquela que não contém nenhuma tremolita fibrosa) seja usada e que o talco seja aplicado em uma caixa fechada com exaustão local.
Muitos cabos são impressos com marcações de identificação. Onde impressoras de jato de vídeo modernas são usadas, o risco à saúde é quase certamente insignificante devido às quantidades muito pequenas de solvente utilizadas. Outras técnicas de impressão, no entanto, podem resultar em exposições significativas a solventes, seja durante a produção normal ou, mais comumente, durante as operações de limpeza. Sistemas de exaustão adequados devem, portanto, ser usados para controlar tais exposições.
Os principais perigos da fabricação de cabos MI são exposição à poeira, ruído e vibração. Os dois primeiros são controlados por técnicas padrão descritas em outro lugar. A exposição à vibração ocorreu no passado durante estampagem, quando uma ponta era formada na extremidade do tubo montado por inserção manual em uma máquina com martelos rotativos, para que a ponta pudesse ser inserida na máquina de trefilação. Mais recentemente, este tipo de máquina de estampagem foi substituído por máquinas pneumáticas, o que eliminou tanto a vibração quanto o ruído gerado pelo método mais antigo.
A exposição ao chumbo durante o revestimento de chumbo deve ser controlada pelo uso de LEV adequado e pela proibição de comer, beber e fumar em áreas susceptíveis de serem contaminadas com chumbo. O monitoramento biológico regular deve ser realizado por meio da análise de amostras de sangue quanto ao teor de chumbo em um laboratório qualificado.
O cresol utilizado na fabricação dos fios esmaltados é corrosivo e apresenta odor característico em baixíssimas concentrações. Parte do poliuretano é termicamente degradado nos fornos de esmaltação para liberar tolueno diisocianato (TDI), um potente sensibilizador respiratório. Um bom LEV é necessário em torno dos fornos com pós-combustores catalíticos para garantir que o TDI não polua a área circundante.
operações auxiliares
Articulação as operações apresentam perigos para dois grupos distintos de trabalhadores – os que as fabricam e os que as utilizam. A fabricação envolve o manuseio de um pó fibrogênico (sílica), um sensibilizador respiratório (isocianato) e um sensibilizador da pele (resina acrílica). O LEV eficaz deve ser usado para controlar adequadamente as exposições dos funcionários, e luvas adequadas devem ser usadas para evitar o contato da pele com a resina. O principal perigo para os usuários dos compostos é a sensibilização da pele à resina. Isso pode ser difícil de controlar, pois o articulador pode não ser capaz de evitar totalmente o contato com a pele e, muitas vezes, estará em um local remoto, longe de uma fonte de água para fins de limpeza. Um limpador de mãos sem água é, portanto, essencial.
Perigos ambientais e sua prevenção
Em geral, a fabricação de cabos não resulta em emissões significativas fora da fábrica. Há três exceções a esta regra. A primeira é que a exposição aos vapores de solventes usados para impressão e outros fins é controlada pelo uso de sistemas LEV que descarregam os vapores na atmosfera. Essas emissões de compostos orgânicos voláteis (VOCs) são um dos componentes necessários para formar a poluição fotoquímica e, portanto, estão sob pressão crescente das autoridades reguladoras em vários países. A segunda exceção é a liberação potencial de TDI da fabricação de arame esmaltado. A terceira exceção é que, em vários casos, a fabricação das matérias-primas utilizadas nos cabos pode resultar em emissões ambientais se não forem tomadas medidas de controle. As emissões de partículas metálicas de uma refinaria de cobre e da fabricação de ligas cádmio-cobre ou berílio-cobre devem ser canalizadas para sistemas de filtro de mangas adequados. Da mesma forma, quaisquer emissões de partículas de compostos de borracha devem ser canalizadas para uma unidade de filtro de mangas. As emissões de particulados, cloreto de hidrogênio e cloro da fabricação de fibras ópticas devem ser canalizadas para um sistema de filtro de mangas seguido de um lavador de soda cáustica.
Adaptado da 3ª edição, Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.
A mineração de ouro é realizada em pequena escala por garimpeiros individuais (por exemplo, na China e no Brasil) e em grande escala em minas subterrâneas (por exemplo, na África do Sul) e a céu aberto (por exemplo, nos Estados Unidos).
O método mais simples de mineração de ouro é o garimpo, que envolve encher um prato circular com areia ou cascalho contendo ouro, segurando-o sob uma corrente de água e girando-o. A areia mais clara e o cascalho são gradualmente lavados, deixando as partículas de ouro próximas ao centro da panela. A mineração de ouro hidráulica mais avançada consiste em direcionar um poderoso fluxo de água contra o cascalho ou areia contendo ouro. Isso desintegra o material e o lava através de comportas especiais nas quais o ouro se deposita, enquanto o cascalho mais leve é lançado. Para a mineração fluvial, são utilizadas dragas elevadoras, que consistem em barcos de fundo chato que utilizam uma corrente de pequenos baldes para recolher o material do fundo do rio e esvaziá-lo em um recipiente de peneiramento (trommel). O material é girado no trommel enquanto a água é direcionada para ele. A areia contendo ouro afunda através de perfurações no trommel e cai em mesas vibratórias para maior concentração.
Existem dois métodos principais para a extração de ouro do minério. Esses são os processos de amalgamação e cianetação. O processo de amalgamação baseia-se na capacidade do ouro de se ligar ao mercúrio metálico para formar amálgamas de consistências variadas, do sólido ao líquido. O ouro pode ser facilmente removido do amálgama por destilação do mercúrio. Na amalgamação interna, o ouro é separado dentro do aparelho de britagem ao mesmo tempo em que o minério é triturado. O amálgama removido do aparelho é lavado de qualquer mistura com água em tigelas especiais. Em seguida, o mercúrio restante é pressionado para fora do amálgama. Na amalgamação externa, o ouro é separado fora do aparelho de trituração, em amalgamadores ou comportas (uma mesa inclinada coberta com folhas de cobre). Antes que o amálgama seja removido, mercúrio fresco é adicionado. O amálgama purificado e lavado é então prensado. Em ambos os processos, o mercúrio é removido do amálgama por destilação. O processo de fusão é raro hoje, exceto na mineração de pequena escala, devido a preocupações ambientais.
A extração de ouro por meio de cianetação baseia-se na capacidade do ouro de formar um sal duplo estável KAu(CN) solúvel em água2 quando combinado com cianeto de potássio em associação com oxigênio. A polpa resultante da britagem do minério de ouro é composta por partículas cristalinas maiores, conhecidas como areias, e partículas amorfas menores, conhecidas como silte. A areia, por ser mais pesada, é depositada no fundo do aparelho e permite a passagem de soluções (incluindo lodo). O processo de extração de ouro consiste em alimentar minério finamente moído em uma cuba de lixiviação e filtrar uma solução de potássio ou cianeto de sódio através dela. O lodo é separado das soluções de cianeto de ouro pela adição de espessantes e por filtração a vácuo. A lixiviação em pilha, na qual a solução de cianeto é derramada sobre uma pilha nivelada de minério triturado grosseiramente, está se tornando mais popular, especialmente com minérios de baixo teor e rejeitos de minas. Em ambos os casos, o ouro é recuperado da solução de cianeto de ouro pela adição de pó de alumínio ou zinco. Em uma operação separada, o ácido concentrado é adicionado em um reator de digestão para dissolver o zinco ou alumínio, deixando para trás o ouro sólido.
Sob a influência do ácido carbônico, da água e do ar, bem como dos ácidos presentes no minério, as soluções de cianeto se decompõem e liberam o gás cianeto de hidrogênio. Para evitar isso, adiciona-se álcali (cal ou soda cáustica). O cianeto de hidrogênio também é produzido quando o ácido é adicionado para dissolver o alumínio ou o zinco.
Outra técnica de cianetação envolve o uso de carvão ativado para remover o ouro. Espessantes são adicionados à solução de cianeto de ouro antes da suspensão com carvão ativado para manter o carvão em suspensão. O carvão contendo ouro é removido por triagem e o ouro extraído usando cianeto alcalino concentrado em solução alcoólica. O ouro é então recuperado por eletrólise. O carvão pode ser reativado por torrefação e o cianeto pode ser recuperado e reutilizado.
Tanto a amalgamação quanto a cianetação produzem metal que contém uma quantidade considerável de impurezas, o teor de ouro puro raramente excedendo 900 por mil de finura, a menos que seja refinado eletroliticamente para produzir um grau de finura de até 999.8 por mil e mais.
O ouro também é recuperado como subproduto da fundição de cobre, chumbo e outros metais (ver o artigo “Fundição e refino de cobre, chumbo e zinco” neste capítulo).
Perigos e sua prevenção
O minério de ouro que ocorre em grandes profundidades é extraído por mineração subterrânea. Isso requer medidas para prevenir a formação e propagação de poeira em minas. A separação de ouro de minérios de arsênico dá origem à exposição de trabalhadores de minas ao arsênico e à poluição do ar e do solo com poeira contendo arsênico.
Na extração de ouro com mercúrio, os trabalhadores podem ser expostos a altas concentrações de mercúrio no ar quando o mercúrio é colocado ou removido das comportas, quando o amálgama é purificado ou prensado e quando o mercúrio é removido por destilação; envenenamento por mercúrio foi relatado entre trabalhadores de amalgamação e destilação. O risco de exposição ao mercúrio na fusão tornou-se um problema sério em vários países do Extremo Oriente e da América do Sul.
Nos processos de amalgamação, o mercúrio deve ser colocado nas comportas e a amálgama removida de forma a garantir que o mercúrio não entre em contacto com a pele das mãos (utilizando pás com cabos longos, vestuário de protecção impermeável ao mercúrio e em breve). O processamento do amálgama e a retirada ou prensagem do mercúrio também devem ser o mais mecanizados possível, sem possibilidade de contato das mãos com o mercúrio; o processamento da amálgama e a destilação do mercúrio devem ser efectuados em instalações separadas e isoladas em que as paredes, tectos, pavimentos, aparelhos e superfícies de trabalho sejam revestidos com material que não absorva mercúrio ou os seus vapores; todas as superfícies devem ser limpas regularmente para remover todos os depósitos de mercúrio. Todas as instalações destinadas a operações que envolvam o uso de mercúrio devem ser equipadas com exaustão geral e local. Esses sistemas de ventilação devem ser particularmente eficientes em locais onde o mercúrio é destilado. Os estoques de mercúrio devem ser mantidos em recipientes metálicos hermeticamente fechados sob um exaustor especial; os trabalhadores devem receber os EPIs necessários para o trabalho com mercúrio; e o ar deve ser monitorado sistematicamente nas instalações utilizadas para fusão e destilação. Também deve haver acompanhamento médico.
A contaminação do ar por cianeto de hidrogênio em plantas de cianetação depende da temperatura do ar, ventilação, volume de material sendo processado, concentração das soluções de cianeto em uso, qualidade dos reagentes e número de instalações abertas. O exame médico de trabalhadores em fábricas de extração de ouro revelou sintomas de intoxicação crônica por cianeto de hidrogênio, além de alta frequência de dermatite alérgica, eczema e pioderma (doença inflamatória aguda da pele com formação de pus).
A organização adequada da preparação de soluções de cianeto é particularmente importante. Se a abertura de tambores contendo sais de cianeto e a alimentação desses sais em cubas de dissolução não for mecanizada, pode haver contaminação substancial por pó de cianeto e gás de cianeto de hidrogênio. As soluções de cianeto devem ser alimentadas através de sistemas fechados por bombas dosadoras automáticas. Em plantas de cianetação de ouro, o grau correto de alcalinidade deve ser mantido em todos os aparelhos de cianetação; além disso, o aparelho de cianetação deve ser hermeticamente selado e equipado com LEV apoiado por ventilação geral adequada e monitoramento de vazamento. Todos os aparelhos de cianetação e as paredes, pisos, áreas abertas e escadas das instalações devem ser cobertos com materiais não porosos e limpos regularmente com soluções alcalinas fracas.
O uso de ácidos para quebrar o zinco no processamento do lodo de ouro pode liberar cianeto de hidrogênio e arsina. Estas operações devem, portanto, ser realizadas em locais especialmente equipados e separados, com o uso de exaustores locais.
Fumar deve ser proibido e os trabalhadores devem ter instalações separadas para comer e beber. Equipamentos de primeiros socorros devem estar disponíveis e devem conter material para remover imediatamente qualquer solução de cianeto que entre em contato com o corpo dos trabalhadores e antídotos para envenenamento por cianeto. Os trabalhadores devem receber roupas de proteção individual impermeáveis a compostos de cianeto.
Efeitos ambientais
Há evidências de exposição ao vapor de mercúrio metálico e metilação do mercúrio na natureza, particularmente onde o ouro é processado. Em um estudo de água, assentamentos e peixes de áreas de mineração de ouro no Brasil, as concentrações de mercúrio em partes comestíveis de peixes consumidos localmente ultrapassaram em quase 6 vezes o nível brasileiro recomendado para consumo humano (Palheta e Taylor 1995). Em uma área contaminada da Venezuela, os garimpeiros têm usado mercúrio para separar o ouro da areia aurífera e dos pós de rocha há muitos anos. O alto nível de mercúrio no solo superficial e nos sedimentos de borracha da área contaminada constitui um sério risco ocupacional e de saúde pública.
A contaminação de águas residuais por cianeto também é uma grande preocupação. As soluções de cianeto devem ser tratadas antes de serem liberadas ou devem ser recuperadas e reutilizadas. Emissões de gás cianeto de hidrogênio, por exemplo, no reator de digestão, são tratadas com um purificador antes de serem expelidas pela chaminé.
As lâmpadas consistem em dois tipos básicos: lâmpadas de filamento (ou incandescentes) e lâmpadas de descarga. Os componentes básicos de ambos os tipos de lâmpadas incluem vidro, vários pedaços de arame de metal, um gás de enchimento e geralmente uma base. Dependendo do fabricante da lâmpada, esses materiais são fabricados internamente ou podem ser obtidos de um fornecedor externo. O fabricante típico de lâmpadas fará suas próprias lâmpadas de vidro, mas poderá comprar outras peças e vidros de fabricantes especializados ou de outras empresas de lâmpadas.
Dependendo do tipo de lâmpada, uma variedade de vidros pode ser usada. Lâmpadas incandescentes e fluorescentes normalmente usam um vidro de cal sodada. As lâmpadas de temperatura mais alta usarão um vidro de borosilicato, enquanto as lâmpadas de descarga de alta pressão usarão quartzo ou cerâmica para o tubo de arco e vidro de borosilicato para o envelope externo. O vidro com chumbo (contendo aproximadamente 20 a 30% de chumbo) é normalmente usado para vedar as extremidades das lâmpadas.
Os fios usados como suportes ou conectores na construção da lâmpada podem ser feitos de uma variedade de materiais, incluindo aço, níquel, cobre, magnésio e ferro, enquanto os filamentos são feitos de tungstênio ou liga de tungstênio-tório. Um requisito crítico para o fio de suporte é que ele deve corresponder às características de expansão do vidro onde o fio penetra no vidro para conduzir a corrente elétrica para a lâmpada. Freqüentemente, fios condutores de várias partes são usados nesta aplicação.
As bases (ou tampas) são normalmente feitas de latão ou alumínio, sendo o latão o material preferido quando o uso externo é necessário.
Lâmpadas de filamento ou incandescentes
Lâmpadas de filamento ou incandescentes são o tipo de lâmpada mais antigo ainda fabricado. Eles recebem o nome da maneira como essas lâmpadas produzem sua luz: através do aquecimento de um filamento de fio a uma temperatura alta o suficiente para fazê-lo brilhar. Embora seja possível fabricar uma lâmpada incandescente com quase qualquer tipo de filamento (as primeiras lâmpadas usavam carbono), hoje a maioria dessas lâmpadas usa um filamento feito de metal de tungstênio.
lâmpadas de tungstênio. A versão doméstica comum dessas lâmpadas consiste em um bulbo de vidro envolvendo um filamento de fio de tungstênio. A eletricidade é conduzida ao filamento por fios que sustentam o filamento e se estendem pelo suporte de vidro que é selado à lâmpada. Os fios são então conectados à base de metal, com um fio soldado no ilhó central da base e o outro conectado ao invólucro rosqueado. Os arames de sustentação são de composição especial, para que tenham as mesmas características de dilatação do vidro, evitando vazamentos quando as lâmpadas esquentam durante o uso. O bulbo de vidro é normalmente feito de vidro de cal, enquanto o suporte de vidro é de vidro com chumbo. O dióxido de enxofre é freqüentemente usado na preparação da montagem. O dióxido de enxofre atua como um lubrificante durante a montagem da lâmpada de alta velocidade. Dependendo do projeto da lâmpada, o bulbo pode envolver um vácuo ou pode usar um gás de enchimento de argônio ou algum outro gás não reativo.
As lâmpadas deste design são vendidas com lâmpadas de vidro transparente, lâmpadas foscas e lâmpadas revestidas com uma variedade de materiais. Lâmpadas foscas e revestidas com um material branco (geralmente argila ou sílica amorfa) são usadas para reduzir o brilho do filamento encontrado nas lâmpadas transparentes. As lâmpadas também são revestidas com uma variedade de outros revestimentos decorativos, incluindo cerâmica colorida e lacas na parte externa das lâmpadas e outras cores, como amarelo ou rosa, na parte interna da lâmpada.
Embora o formato doméstico típico seja o mais comum, as lâmpadas incandescentes podem ser feitas em vários formatos de bulbo, incluindo tubulares, globos e refletores, bem como em vários tamanhos e potências, desde subminiatura até grandes lâmpadas de palco/estúdio.
lâmpadas halógenas de tungstênio. Um problema no projeto da lâmpada de filamento de tungstênio padrão é que o tungstênio evapora durante o uso e se condensa na parede de vidro mais fria, escurecendo-a e reduzindo a transmissão de luz. Adicionar um halogênio, como brometo de hidrogênio ou brometo de metila, ao gás de enchimento elimina esse problema. O halogênio reage com o tungstênio, evitando que ele se condense na parede de vidro. Quando a lâmpada esfria, o tungstênio se deposita novamente no filamento. Como essa reação funciona melhor em pressões de lâmpada mais altas, as lâmpadas de tungstênio-halogênio geralmente contêm gás em várias atmosferas de pressão. Normalmente, o halogênio é adicionado como parte do gás de enchimento da lâmpada, geralmente em concentrações de 2% ou menos.
As lâmpadas de tungstênio-halógeno também podem usar lâmpadas feitas de quartzo em vez de vidro. As lâmpadas de quartzo podem suportar pressões mais altas do que as feitas de vidro. As lâmpadas de quartzo apresentam um perigo potencial, no entanto, uma vez que o quartzo é transparente à luz ultravioleta. Embora o filamento de tungstênio produza relativamente pouco ultravioleta, a exposição prolongada a curta distância pode produzir vermelhidão da pele e causar irritação nos olhos. Filtrar a luz através de uma tampa de vidro reduzirá bastante a quantidade de ultravioleta, além de fornecer proteção contra o quartzo quente no caso de a lâmpada se romper durante o uso.
Perigos e Precauções
No geral, os maiores perigos na produção de lâmpadas, independentemente do tipo de produto, são devidos aos perigos de equipamentos automatizados e ao manuseio de lâmpadas e lâmpadas de vidro e outros materiais. Cortes no vidro e golpes no equipamento operacional são as causas mais comuns de acidentes; problemas de manuseio de materiais, como movimentos repetitivos ou lesões nas costas, são de particular preocupação.
A solda de chumbo é freqüentemente usada nas lâmpadas. Para lâmpadas usadas em aplicações de alta temperatura, soldas contendo cádmio podem ser usadas. Em operações automatizadas de montagem de lâmpadas, a exposição a ambas as soldas é mínima. Onde for feita solda manual, como em reparos ou operações semiautomáticas, as exposições ao chumbo ou cádmio devem ser monitoradas.
As exposições potenciais a materiais perigosos durante a fabricação de lâmpadas diminuíram consistentemente desde meados do século XX. Na fabricação de lâmpadas incandescentes, um grande número de lâmpadas anteriormente eram gravadas com ácido fluorídrico ou soluções de sais de bifluoreto para produzir uma lâmpada fosca. Isso foi amplamente substituído pelo uso de um revestimento de argila de baixa toxicidade. Embora não seja completamente substituído, o uso de ácido fluorídrico foi bastante reduzido. Essa mudança reduziu o risco de queimaduras na pele e irritação pulmonar devido ao ácido. Os revestimentos cerâmicos coloridos usados na parte externa de alguns produtos de lâmpadas continham anteriormente pigmentos de metais pesados, como chumbo, cádmio, cobalto e outros, além de usar uma frita de vidro de silicato de chumbo como parte da composição. Nos últimos anos, muitos dos pigmentos de metais pesados foram substituídos por corantes menos tóxicos. Nos casos em que os metais pesados ainda são usados, uma forma de menor toxicidade pode ser usada (por exemplo, cromo III em vez de cromo VI).
Filamentos de tungstênio enrolados continuam a ser feitos envolvendo o tungstênio em torno de um molibdênio ou um fio de mandril de aço. Uma vez que a bobina foi formada e sinterizada, os mandris são dissolvidos usando ácido clorídrico (para o aço) ou uma mistura de ácido nítrico e sulfúrico para o molibdênio. Devido às potenciais exposições ácidas, este trabalho é feito rotineiramente em sistemas de capota ou, mais recentemente, em dispersores totalmente fechados (especialmente onde está envolvida a mistura nítrico/sulfúrico).
Os gases de enchimento usados nas lâmpadas de tungstênio-halogênio são adicionados às lâmpadas em sistemas totalmente fechados com pouca perda ou exposição. O uso de brometo de hidrogênio apresenta seus próprios problemas devido à sua natureza corrosiva. A LEV deve ser fornecida e a tubulação resistente à corrosão deve ser usada para os sistemas de fornecimento de gás. O fio de tungstênio toriado (geralmente 1 a 2% de tório) ainda é usado em alguns tipos de lâmpadas. No entanto, há pouco risco do tório na forma de fio.
O dióxido de enxofre deve ser cuidadosamente controlado. A LEV deve ser usada onde quer que o material seja adicionado ao processo. Detectores de vazamento também podem ser úteis em áreas de armazenamento. O uso de cilindros de gás menores de 75 kg é preferível a recipientes maiores de 1,000 kg devido às possíveis consequências de uma liberação catastrófica.
A irritação da pele pode ser um perigo potencial tanto dos fluxos de solda quanto das resinas usadas no cimento de base. Alguns sistemas de cimento de base usam paraformaldeído em vez de resinas naturais, resultando em exposição potencial ao formaldeído durante a cura do cimento de base.
Todas as lâmpadas usam um sistema químico de “gettering”, no qual um material é revestido no filamento antes da montagem. O objetivo do getter é reagir e eliminar qualquer umidade residual ou oxigênio na lâmpada após a lâmpada ser selada. Getters típicos incluem nitreto de fósforo e misturas de pós metálicos de alumínio e zircônio. Embora o coletor de nitreto de fósforo seja bastante benigno em uso, o manuseio de pós metálicos de alumínio e zircônio pode ser um risco de inflamabilidade. Os getters são aplicados úmidos em um solvente orgânico, mas se o material for derramado, os pós metálicos secos podem ser inflamados por fricção. Incêndios em metais devem ser extintos com extintores especiais Classe D e não podem ser combatidos com água, espuma ou outros materiais usuais. Um terceiro tipo de getter inclui o uso de fosfina ou silano. Esses materiais podem ser incluídos no enchimento de gás da lâmpada em baixa concentração ou podem ser adicionados em alta concentração e “flash” na lâmpada antes do enchimento de gás final. Ambos os materiais são altamente tóxicos; se usado em alta concentração, sistemas totalmente fechados com detectores de vazamento e alarmes devem ser usados no local.
Lâmpadas e Tubos de Descarga
As lâmpadas de descarga, modelos de baixa e alta pressão, são mais eficientes em termos de luz por watt do que as lâmpadas incandescentes. As lâmpadas fluorescentes têm sido usadas há muitos anos em edifícios comerciais e têm encontrado uso cada vez maior em casa. Recentemente, versões compactas da lâmpada fluorescente foram desenvolvidas especificamente para substituir a lâmpada incandescente.
As lâmpadas de descarga de alta pressão têm sido usadas há muito tempo para grandes áreas e iluminação pública. Versões de baixa voltagem desses produtos também estão sendo desenvolvidas.
Lâmpadas fluorescentes
As lâmpadas fluorescentes recebem o nome do pó fluorescente usado para revestir o interior do tubo de vidro. Este pó absorve a luz ultravioleta produzida pelo vapor de mercúrio usado na lâmpada e a converte e reemite como luz visível.
O vidro usado nesta lâmpada é semelhante ao usado nas lâmpadas incandescentes, usando vidro de cal para o tubo e vidro com chumbo para os suportes em cada extremidade. Duas famílias diferentes de fósforo estão em uso atualmente. Os halofosfatos, baseados em cloro-fluorofosfato de cálcio ou estrôncio, são os fósforos mais antigos, sendo amplamente utilizados no início dos anos 1950, quando substituíram os fósforos baseados em silicato de berílio. A segunda família de fósforo inclui fósforos feitos de terras raras, normalmente incluindo ítrio, lantânio e outros. Esses fósforos de terras raras normalmente têm um espectro de emissão estreito, e uma mistura deles é usada - geralmente um fósforo vermelho, um azul e um verde.
Os fósforos são misturados com um sistema aglutinante, suspensos em uma mistura orgânica ou em uma mistura de água/amônia e revestidos no interior do tubo de vidro. A suspensão orgânica usa acetato de butila, acetato de butila/nafta ou xileno. Devido às regulamentações ambientais, as suspensões à base de água estão substituindo as de base orgânica. Depois que o revestimento é aplicado, ele é seco no tubo e o tubo é aquecido a uma temperatura alta para remover o aglutinante.
Uma montagem é anexada a cada extremidade da lâmpada. O mercúrio é agora introduzido na lâmpada. Isso pode ser feito de diversas formas. Embora em algumas áreas o mercúrio seja adicionado manualmente, a forma predominante é automática, com a lâmpada montada vertical ou horizontalmente. Em máquinas verticais, a haste de montagem em uma das extremidades da lâmpada é fechada. Em seguida, o mercúrio é jogado na lâmpada de cima, a lâmpada é preenchida com argônio a baixa pressão e a haste de montagem superior é selada, vedando completamente a lâmpada. Nas máquinas horizontais, o mercúrio é introduzido por um lado, enquanto a lâmpada é exaurida pelo outro lado. O argônio é novamente adicionado à pressão adequada e ambas as extremidades da lâmpada são seladas. Depois de vedadas, as tampas ou bases são adicionadas às extremidades e os fios condutores são então soldados ou soldados aos contatos elétricos.
Duas outras formas possíveis de introduzir vapor de mercúrio podem ser usadas. Em um sistema, o mercúrio está contido em uma tira impregnada de mercúrio, que libera o mercúrio quando a lâmpada é ligada pela primeira vez. No outro sistema, é utilizado mercúrio líquido, mas contido em uma cápsula de vidro que é acoplada ao suporte. A cápsula é rompida após a lâmpada ter sido selada e esgotada, liberando o mercúrio.
As lâmpadas fluorescentes compactas são versões menores da lâmpada fluorescente padrão, às vezes incluindo o reator eletrônico como um componente integral da lâmpada. As fluorescentes compactas geralmente usam uma mistura de fósforos de terras raras. Algumas lâmpadas compactas incorporam um iniciador de brilho contendo pequenas quantidades de materiais radioativos para ajudar a iniciar a lâmpada. Esses iniciadores de brilho normalmente usam criptônio-85, hidrogênio-3, promécio-147 ou tório natural para fornecer o que é chamado de corrente escura, o que ajuda a lâmpada a iniciar mais rapidamente. Isso é desejável do ponto de vista do consumidor, onde o cliente deseja que a lâmpada ligue imediatamente, sem piscar.
Perigos e precauções
A fabricação de lâmpadas fluorescentes passou por um número considerável de mudanças. O uso inicial de fósforo contendo berílio foi descontinuado em 1949, eliminando um risco respiratório significativo durante a produção e uso do fósforo. Em muitas operações, as suspensões de fósforo à base de água substituíram as suspensões orgânicas no revestimento das lâmpadas fluorescentes, reduzindo a exposição dos trabalhadores e também a emissão de VOCs para o meio ambiente. As suspensões à base de água envolvem alguma exposição mínima à amônia, particularmente durante a mistura das suspensões.
O mercúrio continua sendo o material de maior preocupação durante a fabricação de lâmpadas fluorescentes. Embora as exposições sejam relativamente baixas, exceto ao redor das máquinas de exaustão, há potencial para exposição significativa dos trabalhadores estacionados ao redor da máquina de exaustão, dos mecânicos que trabalham nessas máquinas e durante as operações de limpeza. Equipamentos de proteção individual, como macacão e luvas para evitar ou limitar a exposição e, quando necessário, proteção respiratória, devem ser usados, especialmente durante as atividades de manutenção e limpeza. Um programa de monitoramento biológico, incluindo urinálise de mercúrio, deve ser estabelecido para os locais de fabricação de lâmpadas fluorescentes.
Os dois sistemas de fósforo atualmente em produção utilizam materiais considerados de toxicidade relativamente baixa. Embora alguns dos aditivos aos fósforos originais (como bário, chumbo e manganês) tenham limites de exposição estabelecidos por várias agências governamentais, esses componentes geralmente estão presentes em porcentagens relativamente baixas nas composições.
As resinas de fenol-formaldeído são usadas como isolantes elétricos nas tampas das lâmpadas. O cimento inclui tipicamente resinas naturais e sintéticas, que podem incluir irritantes da pele, como hexametileno-tetramina. O equipamento automatizado de mistura e manuseio limita o potencial de contato com a pele desses materiais, limitando assim o potencial de irritação da pele.
Lâmpadas de mercúrio de alta pressão
As lâmpadas de mercúrio de alta pressão incluem dois tipos semelhantes: as que usam apenas mercúrio e as que usam uma mistura de mercúrio e uma variedade de haletos metálicos. O design básico das lâmpadas é semelhante. Ambos os tipos usam um tubo de arco de quartzo que conterá o mercúrio ou a mistura de mercúrio/haleto. Este tubo de arco é então colocado em uma capa externa de vidro borosilicato rígido e uma base de metal é adicionada para fornecer contatos elétricos. A capa externa pode ser transparente ou revestida com um material difusor ou um fósforo para modificar a cor da luz.
lâmpadas de mercúrio contêm apenas mercúrio e argônio no tubo de arco de quartzo da lâmpada. O mercúrio, sob alta pressão, gera luz com alto teor de azul e ultravioleta. O tubo de arco de quartzo é completamente transparente à luz ultravioleta e, caso a capa externa seja quebrada ou removida, é uma poderosa fonte de luz ultravioleta que pode produzir queimaduras na pele e nos olhos das pessoas expostas. Embora o design típico da lâmpada de mercúrio continue a funcionar se a capa externa for removida, os fabricantes também oferecem alguns modelos com design fundido que parará de funcionar se a capa for quebrada. Durante o uso normal, o vidro de borosilicato do invólucro externo absorve uma alta porcentagem da luz ultravioleta, de modo que a lâmpada intacta não representa um perigo.
Devido ao alto teor de azul do espectro da lâmpada de mercúrio, o interior do invólucro externo é frequentemente revestido com um fósforo, como o fosfato de vanadato de ítrio ou fósforo vermelho intensificador semelhante.
Lâmpadas de iodetos metálicos também contêm mercúrio e argônio no tubo de arco, mas adicionam haletos metálicos (normalmente uma mistura de sódio e escândio, possivelmente com outros). A adição de halogenetos metálicos aumenta a emissão de luz vermelha da lâmpada, produzindo uma lâmpada com um espectro de luz mais equilibrado.
Perigos e precauções
Além do mercúrio, os materiais potencialmente perigosos usados na produção de lâmpadas de mercúrio de alta pressão incluem os materiais de revestimento usados nos envelopes externos e os aditivos de haletos usados nas lâmpadas de haletos metálicos. Um material de revestimento é um difusor simples, o mesmo usado em lâmpadas incandescentes. Outro é um fósforo de correção de cor, vanadato de ítrio ou fosfato de vanadato de ítrio. Embora semelhante ao pentóxido de vanádio, o vanadato é considerado menos tóxico. A exposição aos materiais haletos normalmente não é significativa, uma vez que os haletos reagem no ar úmido e devem ser mantidos secos e sob uma atmosfera inerte durante o manuseio e uso. Da mesma forma, embora o sódio seja um metal altamente reativo, ele também precisa ser manuseado sob uma atmosfera inerte para evitar a oxidação do metal.
lâmpadas de sódio
Atualmente são produzidos dois tipos de lâmpadas de sódio. As lâmpadas de baixa pressão contêm apenas sódio metálico como fonte de emissão de luz e produzem uma luz altamente amarela. As lâmpadas de sódio de alta pressão usam mercúrio e sódio para gerar uma luz mais branca.
Lâmpadas de sódio de baixa pressão têm um tubo de vidro, que contém o sódio metálico, dentro de um segundo tubo de vidro.
Lâmpadas de sódio de alta pressão contêm uma mistura de mercúrio e sódio dentro de um tubo de arco de cerâmica de alumina de alta pureza. Além da composição do tubo de arco, a construção da lâmpada de sódio de alta pressão é essencialmente a mesma das lâmpadas de mercúrio e de iodetos metálicos.
Perigos e precauções
Existem poucos perigos únicos durante a fabricação de lâmpadas de sódio de alta ou baixa pressão. Em ambos os tipos de lâmpadas, o sódio deve ser mantido seco. O sódio metálico puro reagirá violentamente com a água, produzindo gás hidrogênio e calor suficiente para causar ignição. O sódio metálico deixado no ar reagirá com a umidade do ar, produzindo uma camada de óxido no metal. Para evitar isso, o sódio geralmente é manuseado em um porta-luvas, sob atmosfera de nitrogênio seco ou argônio. Para locais que fabricam lâmpadas de sódio de alta pressão, são necessárias precauções adicionais para lidar com o mercúrio, semelhantes aos locais que fabricam lâmpadas de mercúrio de alta pressão.
Questões ambientais e de saúde pública
A eliminação de resíduos e/ou a reciclagem de lâmpadas contendo mercúrio é uma questão que tem recebido um alto grau de atenção em muitas áreas do mundo nos últimos anos. Embora, na melhor das hipóteses, seja uma operação “empatada” do ponto de vista de custo, atualmente existe tecnologia para recuperar o mercúrio de lâmpadas fluorescentes e de descarga de alta pressão. Atualmente, a reciclagem de materiais de lâmpadas é descrita com mais precisão como recuperação, uma vez que os materiais de lâmpadas raramente são reprocessados e usados na fabricação de novas lâmpadas. Normalmente, as peças de metal são enviadas para revendedores de sucata. O vidro recuperado pode ser usado para fazer fibra de vidro ou blocos de vidro ou usado como agregado em cimento ou pavimentação asfáltica. A reciclagem pode ser a alternativa de baixo custo, dependendo da localização e disponibilidade de reciclagem e opções de descarte de resíduos perigosos ou especiais.
Os reatores usados em instalações de lâmpadas fluorescentes continham anteriormente capacitores que usavam PCBs como dielétrico. Embora a fabricação de reatores contendo PCB tenha sido descontinuada, muitos dos reatores mais antigos ainda podem estar em uso devido à sua longa expectativa de vida. A eliminação dos balastros contendo PCB pode ser regulamentada e pode exigir a eliminação como um resíduo especial ou perigoso.
A fabricação de vidro, particularmente vidros de borosilicato, pode ser uma fonte significativa de NOx emissão para a atmosfera. Recentemente, oxigênio puro em vez de ar tem sido usado com queimadores a gás como meio de reduzir o NOx emissões.
Adaptado da 3ª edição, Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.
A indústria de eletrodomésticos é responsável pela fabricação de uma ampla variedade de equipamentos, incluindo aparelhos projetados para áudio-visual, cozimento, aquecimento, preparação de alimentos e armazenamento (refrigeração). A produção e fabricação de tais aparelhos envolvem muitos processos altamente automatizados que podem ter riscos associados à saúde e padrões de doenças.
Processos de fabricação
Os materiais utilizados na fabricação de eletrodomésticos podem ser classificados em:
Exemplos dos materiais incluídos nas quatro categorias referidas são apresentados na tabela 1.
Tabela 1. Exemplos de materiais utilizados na fabricação de eletrodomésticos
Metais |
Dielétricos |
Tintas/acabamentos |
produtos quimicos |
Aço |
Materiais inorgânicos (por exemplo, mica) |
Tintas |
Ácidos |
alumínio |
Plásticos (por exemplo, PVC) |
Lacas |
Alcalis |
Conduzir |
Caucho |
Vernizes |
solventes |
Cádmio |
Materiais silício-orgânicos |
Tratamentos resistentes à corrosão |
|
Mercúrio |
Outros polímeros (por exemplo, nylon) |
Nota: Chumbo e mercúrio são cada vez menos comuns na fabricação de eletrodomésticos
Os materiais utilizados na indústria de eletrodomésticos devem atender a requisitos rigorosos, incluindo a capacidade de suportar o manuseio provável em operação normal, a capacidade de resistir à fadiga do metal e a capacidade de não ser afetado por quaisquer outros processos ou tratamentos que possam tornar o aparelho é perigoso de usar imediatamente ou após um longo período de tempo.
Muitas vezes, os materiais utilizados na indústria são recebidos na fase de montagem do eletrodoméstico, já tendo passado por vários processos de fabricação, cada um dos quais provavelmente com seus próprios perigos e problemas de saúde. Os detalhes desses perigos e problemas são considerados nos capítulos apropriados em outras partes deste Enciclopédia.
Os processos de fabricação variam de produto para produto, mas em geral seguirão o fluxo de produção mostrado na figura 1. Este gráfico também mostra os perigos associados aos diferentes processos.
Figura 1. Sequência e perigos do processo de fabricação
Questões de saúde e segurança
Incêndio e Explosão
Muitos dos solventes, tintas e óleos isolantes usados na indústria são substâncias inflamáveis. Esses materiais devem ser armazenados em locais frescos e secos, de preferência em um prédio à prova de fogo separado da instalação de produção. Os recipientes devem ser claramente rotulados e as diferentes substâncias bem separadas ou armazenadas conforme exigido por seus pontos de inflamação e sua classe de risco. No caso de materiais isolantes e plásticos, é importante obter informações sobre as características de combustibilidade ou fogo de cada nova substância utilizada. O zircônio em pó, que agora é usado em quantidades significativas na indústria, também apresenta risco de incêndio.
As quantidades de substâncias inflamáveis emitidas dos armazéns devem ser mantidas no mínimo necessário para a produção. Quando líquidos inflamáveis estão sendo decantados, cargas de eletricidade estática podem se formar e, consequentemente, todos os recipientes devem ser aterrados. Dispositivos de extinção de incêndio devem ser fornecidos e o pessoal do local de armazenamento instruído sobre seu uso.
A pintura de componentes geralmente é realizada em cabines de pintura especialmente construídas, que devem possuir equipamentos de exaustão e ventilação adequados que, quando utilizados com equipamentos de proteção individual (EPI), criem um ambiente de trabalho seguro.
Durante a soldagem, precauções especiais contra incêndio devem ser tomadas.
Acidentes
O recebimento, armazenamento e expedição de matérias-primas, componentes e produtos acabados podem ocasionar acidentes envolvendo tropeções e quedas, queda de objetos, empilhadeiras e outros. O manuseio manual de materiais também pode criar problemas ergonômicos que podem ser aliviados pela automação sempre que possível.
Uma vez que vários processos diferentes são empregados na indústria, os riscos de acidentes variam de loja para loja na fábrica. Durante a produção de componentes, haverá riscos de máquinas no uso de máquinas-ferramentas, prensas mecânicas, máquinas de moldagem por injeção de plásticos e assim por diante, e a proteção eficiente das máquinas é essencial. Durante a galvanoplastia, devem ser tomadas precauções contra respingos de produtos químicos corrosivos. Durante a montagem de componentes, o movimento constante de componentes de um processo para outro significa que o perigo de acidentes devido ao transporte na fábrica e equipamentos de manuseio mecânico é alto.
O teste de qualidade não dá origem a nenhum problema especial de segurança. No entanto, o teste de desempenho requer precauções especiais, pois os testes geralmente são realizados em aparelhos semi-acabados ou não isolados. Durante o teste elétrico, todos os componentes ativos, condutores, terminais e instrumentos de medição devem ser protegidos para evitar contato acidental. O local de trabalho deve ser protegido, a entrada de pessoas não autorizadas proibida e avisos de advertência afixados. Em áreas de testes elétricos, é particularmente aconselhável o fornecimento de interruptores de emergência, devendo os interruptores estar em posição de destaque para que em caso de emergência todos os equipamentos possam ser imediatamente desenergizados.
Para testar aparelhos que emitem raios X ou contêm substâncias radioativas, existem regulamentos de proteção contra radiação. Um supervisor competente deve ser responsabilizado pela observância dos regulamentos.
Existem riscos especiais no uso de gases comprimidos, equipamentos de soldagem, lasers, instalações de impregnação, equipamentos de pintura por spray, fornos de recozimento e têmpera e instalações elétricas de alta tensão.
Durante todas as atividades de reparo e manutenção, programas adequados de bloqueio/sinalização são essenciais.
Perigos para a saúde
As doenças ocupacionais associadas à fabricação de equipamentos elétricos domésticos são relativamente baixas em número e normalmente não são consideradas graves. Tais problemas que existem são tipificados por:
Sempre que possível, solventes altamente tóxicos e compostos clorados devem ser substituídos por substâncias menos perigosas; sob nenhuma circunstância benzeno ou tetracloreto de carbono devem ser empregados como solventes. O envenenamento por chumbo pode ser superado pela substituição de materiais ou técnicas mais seguras e pela aplicação rigorosa de procedimentos de trabalho seguros, higiene pessoal e supervisão médica. Onde houver perigo de exposição a concentrações perigosas de contaminantes atmosféricos, o ar do local de trabalho deve ser monitorado regularmente e medidas apropriadas, como a instalação de um sistema de exaustão, devem ser tomadas quando necessário. O risco de ruído pode ser reduzido pelo isolamento de fontes de ruído, pelo uso de materiais de absorção de som nas salas de trabalho ou pelo uso de proteção auditiva individual.
Engenheiros de segurança e médicos industriais devem ser chamados no estágio de projeto e planejamento de novas fábricas ou operações, e os riscos de processos ou máquinas devem ser eliminados antes que os processos sejam iniciados. Isso deve ser seguido por inspeção regular de máquinas, ferramentas, instalações, equipamentos de transporte, aparelhos de combate a incêndio, oficinas e áreas de teste e assim por diante.
A participação do trabalhador no esforço de segurança é essencial, e os supervisores devem garantir que o equipamento de proteção individual esteja disponível e usado sempre que necessário. Atenção especial deve ser dada ao treinamento de segurança de novos trabalhadores, uma vez que eles representam uma proporção relativamente alta de acidentes.
Os trabalhadores devem receber um exame médico pré-colocação e, onde houver a possibilidade de exposição perigosa, exame periódico conforme necessário.
Muitos processos na produção de componentes individuais envolverão a rejeição de materiais residuais (por exemplo, “cavacos” de chapas ou barras de metal), e o descarte de tais materiais deve estar de acordo com os requisitos de segurança. Além disso, se tais resíduos do processo não puderem ser devolvidos ao produtor ou fabricante para reciclagem, seu descarte subsequente deve ser feito por processos aprovados para evitar a poluição ambiental.
Os principais problemas ambientais associados à fabricação de aparelhos e equipamentos elétricos envolvem a poluição e o tratamento dos materiais descartados durante os processos de fabricação, juntamente com a reciclagem, sempre que possível, do produto completo ao final de sua vida útil.
Baterias
A exaustão de ar contaminado com ácido, álcali, chumbo, cádmio e outros materiais potencialmente nocivos para a atmosfera e a poluição da água pela fabricação de baterias devem ser evitadas tanto quanto possível e, quando isso não for possível, devem ser monitoradas para garantir o cumprimento da legislação pertinente.
O uso de baterias pode gerar problemas de saúde pública. O vazamento de baterias de chumbo-ácido ou alcalinas pode resultar em queimaduras do eletrólito. A recarga de grandes baterias de chumbo-ácido pode produzir gás hidrogênio, um risco de incêndio e explosão em áreas fechadas. A liberação de cloreto de tionila ou dióxido de enxofre de grandes baterias de lítio pode envolver exposição a dióxido de enxofre, névoa de ácido clorídrico, queima de lítio e assim por diante, e causou pelo menos uma fatalidade (Ducatman, Ducatman e Barnes 1988). Isso também pode ser um perigo durante a fabricação dessas baterias.
Os fabricantes de baterias tornaram-se conscientes da crescente preocupação ambiental com o descarte de baterias que contêm metais pesados tóxicos, colocando-as em aterros sanitários ou incinerando-as com outros tipos de lixo. O vazamento de metais tóxicos de depósitos de lixo ou, alternativamente, escapando das chaminés de incineradores de lixo pode resultar na contaminação da água e do ar. Os fabricantes, portanto, reconheceram a necessidade de reduzir o teor de mercúrio das baterias, em particular, dentro dos limites permitidos pela tecnologia moderna. A campanha pela eliminação do mercúrio começou antes da legislação introduzida na União Européia, a Diretriz de Baterias da CE.
A reciclagem é outra maneira de lidar com a poluição ambiental. As baterias de níquel-cádmio podem ser recicladas com relativa facilidade. A recuperação do cádmio é muito eficiente e é reutilizado na construção de baterias de níquel-cádmio. Posteriormente, o níquel será utilizado na indústria siderúrgica. A economia inicial sugeria que a reciclagem de baterias de níquel-cádmio não era rentável, mas espera-se que os avanços na tecnologia melhorem a situação. As células de óxido de mercúrio, que são cobertas pela Diretiva de Baterias da CE, têm sido usadas principalmente em aparelhos auditivos e estão sendo substituídas normalmente por baterias de lítio ou zinco-ar. As células de óxido de prata são recicladas, principalmente pela indústria joalheira, devido ao valor do teor de prata.
Ao reciclar materiais nocivos, deve-se ter cuidado semelhante ao exercido durante os processos de fabricação. Durante a reciclagem de baterias de prata, por exemplo, os trabalhadores podem ser expostos a vapor de mercúrio e óxido de prata.
O reparo e a reciclagem de baterias de chumbo-ácido podem resultar não apenas em envenenamento por chumbo entre os trabalhadores e, às vezes, em suas famílias, mas também em extensa contaminação por chumbo do meio ambiente (Matte et al. 1989). Em muitos países, particularmente no Caribe e na América Latina, as placas de bateria de carro de chumbo são queimadas para produzir óxido de chumbo para esmaltes de cerâmica.
Fabricação de cabos elétricos
A fabricação de cabos elétricos tem três principais fontes de poluição: vapores de solventes, liberação potencial de diisocianato de tolueno da fabricação de fios esmaltados e emissões ambientais durante a fabricação de materiais usados em cabos. Tudo isso requer controles ambientais apropriados.
Fabricação de lâmpadas e tubos elétricos
As principais preocupações ambientais aqui são o descarte de resíduos e/ou reciclagem de lâmpadas contendo mercúrio e o descarte de PCBs dos reatores de lâmpadas fluorescentes. A fabricação de vidro também pode ser uma fonte significativa de emissão de óxidos de nitrogênio na atmosfera.
Eletrodomésticos
Como a indústria de eletrodomésticos é, em grande parte, uma indústria de montagem, as questões ambientais são mínimas, com a maior exceção sendo tintas e solventes usados como revestimentos de superfície. Medidas padrão de controle de poluição devem ser instituídas de acordo com os regulamentos ambientais.
A reciclagem de aparelhos elétricos envolve a separação do equipamento recuperado em diferentes materiais, como cobre e aço macio, que podem ser reutilizados, o que é discutido em outra parte deste enciclopédia.
A indústria de fundição e refino de metais processa minérios de metal e sucata para obter metais puros. As indústrias metalúrgicas processam metais para fabricar componentes de máquinas, máquinas, instrumentos e ferramentas que são necessários para outras indústrias, bem como para outros setores da economia. Vários tipos de metais e ligas são usados como materiais de partida, incluindo laminados (barras, tiras, perfis leves, folhas ou tubos) e trefilados (barras, perfis leves, tubos ou arame). Técnicas básicas de processamento de metal incluem:
Uma ampla variedade de técnicas é usada para acabamento de metais, incluindo esmerilhamento e polimento, jateamento abrasivo e muitas técnicas de acabamento e revestimento de superfície (galvanização, galvanização, tratamento térmico, anodização, revestimento em pó e assim por diante).
A fundição, ou fundição de metal, envolve o vazamento de metal fundido na cavidade interna de um molde resistente ao calor, que é a forma externa ou negativa do padrão do objeto de metal desejado. O molde pode conter um núcleo para determinar as dimensões de qualquer cavidade interna na fundição final. O trabalho de fundição compreende:
Os princípios básicos da tecnologia de fundição mudaram pouco em milhares de anos. No entanto, os processos tornaram-se mais mecanizados e automáticos. Padrões de madeira foram substituídos por metal e plástico, novas substâncias foram desenvolvidas para produzir núcleos e moldes e uma ampla gama de ligas é usada. O processo de fundição mais proeminente é a moldagem em areia do ferro.
Ferro, aço, latão e bronze são metais fundidos tradicionais. O maior setor da indústria de fundição produz fundidos de ferro fundido cinzento e dúctil. Fundições de ferro cinzento usam ferro ou ferro-gusa (novos lingotes) para fazer peças fundidas de ferro padrão. As fundições de ferro dúctil adicionam magnésio, cério ou outros aditivos (muitas vezes chamados aditivos de concha) às conchas de metal fundido antes de vazar para fazer peças fundidas de ferro maleável ou nodular. Os diferentes aditivos têm pouco impacto nas exposições no local de trabalho. Aço e ferro maleável compõem o saldo do setor industrial de fundição de ferrosos. Os principais clientes das maiores fundições de ferro são as indústrias automobilística, de construção civil e de implementos agrícolas. O emprego na fundição de ferro diminuiu à medida que os blocos do motor se tornam menores e podem ser vazados em um único molde, e à medida que o ferro fundido é substituído pelo alumínio. Fundições de não ferrosos, especialmente fundição de alumínio e operações de fundição sob pressão, têm muitos empregos. As fundições de latão, tanto independentes quanto aquelas que produzem para a indústria de equipamentos hidráulicos, são um setor em declínio que, no entanto, continua sendo importante do ponto de vista da saúde ocupacional. Nos últimos anos, titânio, cromo, níquel e magnésio, e ainda metais mais tóxicos, como berílio, cádmio e tório, são usados em produtos de fundição.
Embora se possa presumir que a indústria de fundição de metais começa com a refundição de material sólido na forma de lingotes de metal ou pigs, a indústria de ferro e aço nas grandes unidades pode ser tão integrada que a divisão é menos óbvia. Por exemplo, o alto-forno comercial pode transformar toda a sua produção em ferro-gusa, mas em uma planta integrada parte do ferro pode ser usada para produzir fundidos, participando assim do processo de fundição, e o ferro do alto-forno pode ser levado fundido para ser torneado em aço, onde a mesma coisa pode ocorrer. Na verdade, existe uma seção separada do comércio de aço conhecida por esse motivo como lingote de moldagem. Na fundição normal de ferro, a refusão do ferro-gusa também é um processo de refino. Nas fundições de não ferrosos, o processo de fusão pode requerer a adição de metais e outras substâncias, constituindo assim um processo de liga.
Os moldes feitos de areia siliciosa ligada com argila predominam no setor de fundição de ferro. Os núcleos tradicionalmente produzidos por cozimento de areia de sílica ligada a óleos vegetais ou açúcares naturais foram substancialmente substituídos. A moderna tecnologia de fundição desenvolveu novas técnicas para produzir moldes e machos.
Em geral, os riscos à saúde e segurança das fundições podem ser classificados por tipo de fundição de metal, processo de moldagem, tamanho da fundição e grau de mecanização.
Visão geral do processo
Com base nos desenhos do projetista, é construído um padrão em conformidade com a forma externa da peça fundida de metal acabada. Da mesma forma, é feita uma caixa de núcleo que produzirá núcleos adequados para ditar a configuração interna do artigo final. A fundição em areia é o método mais amplamente utilizado, mas outras técnicas estão disponíveis. Estes incluem: fundição em molde permanente, usando moldes de ferro ou aço; fundição sob pressão, na qual o metal fundido, muitas vezes uma liga leve, é forçado em um molde de metal sob pressões de 70 a 7,000 kgf/cm2; e fundição de cera perdida, onde um padrão de cera é feito de cada peça fundida a ser produzida e é coberto com refratário que formará o molde no qual o metal é vazado. O processo de “espuma perdida” usa padrões de espuma de poliestireno em areia para fazer peças fundidas de alumínio.
Os metais ou ligas são fundidos e preparados em um forno que pode ser do tipo cúpula, rotativo, reverberatório, cadinho, arco elétrico, canal ou indução sem núcleo (ver tabela 1). Análises metalúrgicas ou químicas relevantes são realizadas. O metal fundido é derramado no molde montado por meio de uma concha ou diretamente do forno. Quando o metal esfria, o molde e o material do núcleo são removidos (sacudir, decapagem ou nocaute) e a fundição é limpa e vestida (despruping, granalhagem ou hidrojateamento e outras técnicas abrasivas). Certas peças fundidas podem exigir soldagem, tratamento térmico ou pintura antes que o artigo acabado atenda às especificações do comprador.
Tabela 1. Tipos de fornos de fundição
Fornalha |
Descrição |
fornalha de cúpula |
Uma fornalha de cúpula é uma fornalha alta e vertical, aberta na parte superior com portas articuladas na parte inferior. É carregado de cima com camadas alternadas de coque, calcário e metal; o metal fundido é removido na parte inferior. Perigos especiais incluem monóxido de carbono e calor. |
Forno elétrico a arco |
O forno é carregado com lingotes, sucata, metais de liga e agentes fundentes. Um arco é produzido entre três eletrodos e a carga de metal, derretendo o metal. Uma escória com fluxos cobre a superfície do metal fundido para evitar a oxidação, refinar o metal e proteger o teto do forno do calor excessivo. Quando estiver pronto, os eletrodos são levantados e o forno inclinado para despejar o metal fundido na panela receptora. Perigos especiais incluem fumaça de metal e ruído. |
Forno de indução |
Um forno de indução derrete o metal passando uma alta corrente elétrica através de bobinas de cobre na parte externa do forno, induzindo uma corrente elétrica na borda externa da carga de metal que aquece o metal devido à alta resistência elétrica da carga de metal. O derretimento progride de fora da carga para dentro. Perigos especiais incluem vapores metálicos. |
Fornalha de cadinho |
O cadinho ou recipiente contendo a carga de metal é aquecido por um queimador de gás ou óleo. Depois de pronto, o cadinho é retirado do forno e inclinado para despejar nos moldes. Perigos especiais incluem monóxido de carbono, fumaça de metal, ruído e calor. |
forno rotativo |
Um forno cilíndrico rotativo longo e inclinado que é carregado a partir do topo e acionado a partir da extremidade inferior. |
forno de canal |
Um tipo de forno de indução. |
forno reverberatório |
Este forno horizontal consiste em uma lareira em uma extremidade, separada da carga de metal por uma parede divisória baixa chamada de ponte corta-fogo, e uma chaminé na outra extremidade. O metal é mantido fora do contato com o combustível sólido. Tanto a lareira quanto a carga metálica são cobertas por um teto em arco. A chama em seu caminho da lareira para a pilha é refletida para baixo ou reverberada no metal abaixo, derretendo-o. |
Perigos como o perigo decorrente da presença de metal quente são comuns à maioria das fundições, independentemente do processo de fundição empregado. Os perigos também podem ser específicos de um determinado processo de fundição. Por exemplo, o uso de magnésio apresenta riscos de queima não encontrados em outras indústrias de fundição de metal. Este artigo enfatiza as fundições de ferro, que contêm a maioria dos perigos típicos da fundição.
A fundição mecanizada ou de produção emprega os mesmos métodos básicos da fundição de ferro convencional. Quando a moldagem é feita, por exemplo, por máquina e as peças fundidas são limpas por jateamento ou hidrojateamento, a máquina geralmente possui dispositivos de controle de poeira embutidos e o risco de poeira é reduzido. No entanto, a areia é freqüentemente movida de um lugar para outro em um transportador de correia aberta, e os pontos de transferência e o derramamento de areia podem ser fontes de quantidades consideráveis de poeira no ar; em vista das altas taxas de produção, a carga de poeira no ar pode ser ainda maior do que na fundição convencional. Uma revisão dos dados de amostragem de ar em meados da década de 1970 mostrou níveis de poeira mais altos em grandes fundições de produção americanas do que em pequenas fundições amostradas durante o mesmo período. A instalação de exaustores sobre pontos de transferência em transportadores de correia, combinada com uma limpeza escrupulosa, deve ser uma prática normal. O transporte por sistemas pneumáticos às vezes é economicamente possível e resulta em um sistema de transporte virtualmente livre de poeira.
Fundições de Ferro
Para simplificar, pode-se presumir que uma fundição de ferro compreende as seis seções a seguir:
Em muitas fundições, quase todos esses processos podem ser executados simultânea ou consecutivamente na mesma área de oficina.
Em uma fundição de produção típica, o ferro passa da fusão ao vazamento, resfriamento, agitação, limpeza e transporte como peça fundida acabada. A areia é ciclada desde a mistura de areia, moldagem, agitação e de volta à mistura de areia. A areia é adicionada ao sistema a partir da fabricação do núcleo, que começa com areia nova.
Derretendo e derramando
A indústria de fundição de ferro depende fortemente do forno de cúpula para fusão e refino de metal. A cúpula é uma fornalha alta e vertical, aberta na parte superior e com portas de batente na parte inferior, forrada com refratário e carregada com coque, sucata e calcário. O ar é soprado através da carga de aberturas (tuyers) na parte inferior; a combustão do coque aquece, derrete e purifica o ferro. Os materiais de carga são alimentados no topo da cúpula por um guindaste durante a operação e devem ser armazenados à mão, geralmente em compartimentos ou caixas no pátio adjacente ao maquinário de carga. A organização e supervisão eficiente das pilhas de matérias-primas são essenciais para minimizar o risco de lesões por deslizamentos de objetos pesados. Guindastes com grandes eletroímãs ou pesos pesados são frequentemente usados para reduzir a sucata a tamanhos gerenciáveis para carregar na cúpula e para encher os próprios funis de carregamento. A cabine do guindaste deve estar bem protegida e os operadores devidamente treinados.
Os funcionários que lidam com matérias-primas devem usar luvas de couro e botas de proteção. O carregamento descuidado pode transbordar a tremonha e causar derramamento perigoso. Se o processo de carregamento for muito ruidoso, o ruído do impacto de metal contra metal pode ser reduzido com a instalação de revestimentos de borracha com amortecimento de ruído nos depósitos e recipientes de armazenamento. A plataforma de carregamento está necessariamente acima do nível do solo e pode representar um perigo, a menos que seja nivelada e tenha uma superfície antiderrapante e trilhos fortes ao seu redor e quaisquer aberturas no piso.
As cúpulas geram grandes quantidades de monóxido de carbono, que pode vazar das portas de carregamento e ser soprado de volta por correntes parasitas locais. O monóxido de carbono é invisível, inodoro e pode rapidamente produzir níveis tóxicos no ambiente. Os funcionários que trabalham na plataforma de carregamento ou nas passarelas próximas devem ser bem treinados para reconhecer os sintomas de envenenamento por monóxido de carbono. Tanto o monitoramento contínuo quanto pontual dos níveis de exposição são necessários. Equipamentos autônomos de respiração e ressuscitação devem ser mantidos em prontidão e os operadores devem ser instruídos sobre seu uso. Quando o trabalho de emergência é realizado, um sistema de entrada em espaço confinado de monitoramento de contaminantes deve ser desenvolvido e aplicado. Todo o trabalho deve ser supervisionado.
As cúpulas são geralmente colocadas em pares ou grupos, de modo que, enquanto uma está sendo consertada, as outras operam. O período de uso deve ser baseado na experiência com durabilidade de refratários e nas recomendações de engenharia. Os procedimentos devem ser elaborados com antecedência para retirar o ferro e desligar quando surgirem pontos quentes ou se o sistema de resfriamento a água for desativado. O reparo da cúpula envolve necessariamente a presença de funcionários dentro da própria cúpula para consertar ou renovar os revestimentos refratários. Essas designações devem ser consideradas como entradas em espaços confinados e devem ser tomadas as devidas precauções. Precauções também devem ser tomadas para evitar a descarga de material através das portas de carregamento nesses momentos. Para proteger os trabalhadores da queda de objetos, eles devem usar capacetes de segurança e, se trabalharem em altura, cintos de segurança.
Os trabalhadores que extraem cúpulas (transferência de metal fundido do poço da cúpula para um forno de retenção ou panela) devem observar rigorosas medidas de proteção individual. Óculos de proteção e roupas de proteção são essenciais. Os protetores oculares devem resistir tanto ao impacto de alta velocidade quanto ao metal fundido. Deve-se ter extremo cuidado para evitar que restos de escória fundida (os detritos indesejados removidos da fusão com o auxílio de aditivos de calcário) e metal entrem em contato com a água, o que causará uma explosão de vapor. Os seringueiros e supervisores devem garantir que qualquer pessoa não envolvida na operação da cúpula permaneça fora da área de perigo, delimitada por um raio de cerca de 4 m a partir da bica da cúpula. O delineamento de uma zona de entrada proibida não autorizada é um requisito legal sob os Regulamentos de Fundições de Ferro e Aço da Grã-Bretanha de 1953.
Quando a corrida da cúpula termina, o fundo da cúpula é derrubado para remover a escória indesejada e outros materiais ainda dentro da casca antes que os funcionários possam realizar a manutenção refratária de rotina. Deixar cair o fundo da cúpula é uma operação habilidosa e perigosa que requer supervisão treinada. Um piso refratário ou camada de areia seca sobre a qual cair os detritos é essencial. Se ocorrer algum problema, como portas de fundo de cúpula emperradas, muito cuidado deve ser tomado para evitar riscos de queimaduras aos trabalhadores pelo metal quente e escória.
O metal incandescente visível é um perigo para os olhos dos trabalhadores devido à emissão de radiação infravermelha e ultravioleta, cuja exposição extensa pode causar catarata.
A concha deve ser seca antes de encher com metal fundido, para evitar explosões de vapor; deve ser estabelecido um período satisfatório de aquecimento da chama.
Os funcionários das seções de metal e vazamento da fundição devem receber capacetes, proteção ocular colorida e protetores faciais, roupas aluminizadas, como aventais, polainas ou polainas (coberturas para a parte inferior das pernas e pés) e botas. O uso de equipamentos de proteção deve ser obrigatório, devendo haver instrução adequada sobre seu uso e manutenção. Altos padrões de limpeza e exclusão de água no mais alto grau possível são necessários em todas as áreas onde o metal fundido está sendo manipulado.
Onde panelas grandes são penduradas de guindastes ou transportadores aéreos, dispositivos de controle positivo de panelas devem ser empregados para garantir que não ocorra derramamento de metal se o operador soltar a alça. Os ganchos que seguram conchas de metal fundido devem ser testados periodicamente quanto à fadiga do metal para evitar falhas.
Nas fundições de produção, o molde montado se move ao longo de um transportador mecânico para uma estação de vazamento ventilada. O derramamento pode ser feito por uma concha controlada manualmente com auxílio mecânico, uma concha de indexação controlada por uma cabine ou pode ser automático. Normalmente, a estação de vazamento é fornecida com um capô de compensação com suprimento de ar direto. O molde vazado prossegue ao longo do transportador através de um túnel de resfriamento esgotado até a remoção. Em pequenas fundições de oficina, os moldes podem ser despejados no chão da fundição e deixados queimar lá. Nesta situação, a panela deve ser equipada com exaustor móvel.
A extração e o transporte de ferro fundido e o carregamento de fornos elétricos criam exposição a óxido de ferro e outros vapores de óxido de metal. Despejar no molde inflama e pirólise os materiais orgânicos, gerando grandes quantidades de monóxido de carbono, fumaça, hidrocarbonetos aromáticos polinucleares (PAHs) cancerígenos e produtos de pirólise de materiais do núcleo que podem ser cancerígenos e também sensibilizadores respiratórios. Moldes contendo grandes núcleos de caixa fria ligados a poliuretano liberam uma fumaça densa e irritante contendo isocianatos e aminas. O principal controle de risco para queima de molde é uma estação de vazamento esgotada localmente e um túnel de resfriamento.
Em fundições com ventiladores de teto para operações de vazamento exaustivo, altas concentrações de fumos metálicos podem ser encontradas nas regiões superiores onde estão localizadas as cabines dos guindastes. Se as cabines tiverem um operador, as cabines devem ser fechadas e providas de ar condicionado e filtrado.
Fabricação de padrões
A modelagem é um ofício altamente qualificado que traduz os planos de design bidimensionais para um objeto tridimensional. Padrões tradicionais de madeira são feitos em oficinas padrão contendo ferramentas manuais e equipamentos elétricos de corte e aplainamento. Aqui, todas as medidas razoavelmente viáveis devem ser tomadas para reduzir o ruído ao máximo possível, e protetores auriculares adequados devem ser fornecidos. É importante que os funcionários estejam cientes das vantagens de usar essa proteção.
As máquinas motorizadas de corte e acabamento de madeira são fontes óbvias de perigo e, muitas vezes, as proteções adequadas não podem ser instaladas sem impedir o funcionamento da máquina. Os funcionários devem ser bem versados no procedimento operacional normal e também devem ser instruídos sobre os perigos inerentes ao trabalho.
Serrar madeira pode criar exposição à poeira. Sistemas de ventilação eficientes devem ser instalados para eliminar o pó de madeira da atmosfera da oficina de modelagem. Em certas indústrias que utilizam madeiras duras, observou-se câncer nasal. Isso não foi estudado na indústria de fundação.
A fundição em moldes de metal permanentes, como na fundição sob pressão, tem sido um desenvolvimento importante na indústria de fundição. Nesse caso, a modelagem é amplamente substituída por métodos de engenharia e é realmente uma operação de fabricação de moldes. A maioria dos perigos da modelagem e os riscos da areia são eliminados, mas são substituídos pelo risco inerente ao uso de algum tipo de material refratário para revestir a matriz ou molde. No trabalho de fundição moderna, o uso crescente é feito de núcleos de areia, caso em que os riscos de poeira da fundição de areia ainda estão presentes.
Moulding
O processo de moldagem mais comum na indústria de fundição de ferro usa o molde tradicional de “areia verde” feito de areia de sílica, pó de carvão, argila e aglutinantes orgânicos. Outros métodos de produção de moldes são adaptados da fabricação de núcleos: termoendurecível, autoendurecível a frio e endurecido a gás. Esses métodos e seus perigos serão discutidos em coremaking. Também podem ser utilizados moldes permanentes ou o processo de espuma perdida, principalmente na indústria de fundição de alumínio.
Nas fundições de produção, a mistura de areia, moldagem, montagem do molde, vazamento e agitação são integrados e mecanizados. A areia do shakeout é reciclada de volta para a operação de mistura de areia, onde água e outros aditivos são adicionados e a areia é misturada em trituradores para manter as propriedades físicas desejadas.
Para facilitar a montagem, os padrões (e seus moldes) são feitos em duas partes. Na fabricação manual de moldes, os moldes são colocados em armações de metal ou madeira chamadas frascos. A metade inferior do padrão é colocada no frasco inferior (o querido), e primeiro areia fina e depois areia pesada são despejadas ao redor do padrão. A areia é compactada no molde por meio de um processo de compressão, compactação de areia ou pressão. O frasco superior (o lidar) é preparado de forma semelhante. Espaçadores de madeira são colocados na capa para formar os canais de entrada e de entrada, que são o caminho para o metal fundido fluir para dentro da cavidade do molde. Os padrões são removidos, o núcleo inserido e, em seguida, as duas metades do molde são montadas e presas juntas, prontas para vazar. Nas fundições de produção, os frascos de copa e arrasto são preparados em um transportador mecânico, os machos são colocados no frasco de arrasto e o molde é montado por meios mecânicos.
O pó de sílica é um problema potencial onde quer que a areia seja manuseada. A areia de moldagem geralmente está úmida ou misturada com resina líquida e, portanto, é menos provável que seja uma fonte significativa de poeira respirável. Às vezes, um agente de separação, como o talco, é adicionado para promover a pronta remoção do padrão do molde. Talco respirável causa talcose, um tipo de pneumoconiose. Agentes de separação são mais difundidos onde a moldagem manual é empregada; nos processos maiores e mais automáticos, eles raramente são vistos. Às vezes, produtos químicos são pulverizados na superfície do molde, suspensos ou dissolvidos em álcool isopropílico, que é queimado para deixar o composto, geralmente um tipo de grafite, revestindo o molde para obter uma fundição com um acabamento superficial mais fino. Isso envolve um risco imediato de incêndio, e todos os funcionários envolvidos na aplicação desses revestimentos devem receber roupas de proteção retardadoras de fogo e proteção para as mãos, pois os solventes orgânicos também podem causar dermatites. Os revestimentos devem ser aplicados em cabine ventilada para evitar que os vapores orgânicos escapem para o local de trabalho. Precauções rigorosas também devem ser observadas para garantir que o álcool isopropílico seja armazenado e usado com segurança. Ele deve ser transferido para um pequeno recipiente para uso imediato, e os recipientes de armazenamento maiores devem ser mantidos bem longe do processo de queima.
A fabricação manual de moldes pode envolver a manipulação de objetos grandes e pesados. Os próprios moldes são pesados, assim como as caixas ou frascos de moldagem. Eles são frequentemente levantados, movidos e empilhados manualmente. Lesões nas costas são comuns, e assistência elétrica é necessária para que os funcionários não precisem levantar objetos muito pesados para serem carregados com segurança.
Projetos padronizados estão disponíveis para gabinetes de misturadores, transportadores e estações de vazamento e agitação com volumes de exaustão apropriados e velocidades de captura e transporte. A adesão a tais projetos e a manutenção preventiva rigorosa dos sistemas de controle atingirá a conformidade com os limites reconhecidos internacionalmente para exposição à poeira.
Núcleo
Os núcleos inseridos no molde determinam a configuração interna de uma peça fundida oca, como a camisa d'água de um bloco de motor. O núcleo deve resistir ao processo de fundição, mas ao mesmo tempo não deve ser tão forte que resista à remoção da fundição durante o estágio de nocaute.
Antes da década de 1960, as misturas de núcleo compreendiam areia e aglutinantes, como óleo de linhaça, melaço ou dextrina (areia betuminosa). A areia foi acondicionada em caixa macho com cavidade no formato do núcleo, e posteriormente seca em estufa. Os fornos centrais desenvolvem produtos de pirólise nocivos e requerem um sistema de chaminé adequado e bem conservado. Normalmente, as correntes de convecção dentro do forno serão suficientes para garantir a remoção satisfatória dos vapores do local de trabalho, embora contribuam enormemente para a poluição do ar. o perigo é menor; em alguns casos, no entanto, pequenas quantidades de acroleína nos vapores podem ser um incômodo considerável. Os núcleos podem ser tratados com um “revestimento flare-off” para melhorar o acabamento superficial da peça fundida, o que exige os mesmos cuidados que no caso dos moldes.
A moldagem por caixa quente ou casca e fabricação de machos são processos termoendurecíveis usados em fundições de ferro. A areia nova pode ser misturada com resina na fundição, ou a areia revestida com resina pode ser enviada em sacos para adição à máquina de fabricação de machos. A areia de resina é injetada em um padrão de metal (a caixa do núcleo). O padrão é então aquecido - por queima direta de gás natural no processo de caixa quente ou por outros meios para núcleos de casca e moldagem. As caixas quentes normalmente usam uma resina termoendurecível de álcool furfurílico (furano), ureia ou fenol-formaldeído. A moldagem da casca usa uma resina de ureia ou fenol-formaldeído. Após um curto tempo de cura, o núcleo endurece consideravelmente e pode ser empurrado para fora da placa padrão por pinos ejetores. A fabricação de núcleos de caixa quente e casca gera uma exposição substancial ao formaldeído, que é um provável carcinógeno, e outros contaminantes, dependendo do sistema. As medidas de controle para formaldeído incluem suprimento de ar direto na estação do operador, exaustão local na caixa de núcleo, enclausuramento e exaustão local na estação de armazenamento de núcleo e resinas com baixa emissão de formaldeído. O controle satisfatório é difícil de conseguir. Vigilância médica para problemas respiratórios deve ser fornecida aos trabalhadores da fabricação de núcleos. O contato da resina de fenol ou ureia-formaldeído com a pele ou olhos deve ser evitado porque as resinas são irritantes ou sensibilizantes e podem causar dermatite. A lavagem abundante com água ajudará a evitar o problema.
Os sistemas de endurecimento de cura a frio (sem cozimento) atualmente em uso incluem: resinas de ureia e fenol-formaldeído catalisadas por ácido com e sem álcool furfurílico; isocianatos alquídicos e fenólicos; Fascold; silicatos auto-endurecíveis; Inoset; areia de cimento e areia fluida ou moldável. Endurecedores de endurecimento a frio não requerem aquecimento externo para endurecer. Os isocianatos empregados nos aglutinantes são normalmente à base de metileno difenil isocianato (MDI), que, se inalado, pode atuar como irritante ou sensibilizador respiratório, causando asma. Luvas e óculos de proteção são aconselháveis ao manusear ou usar esses compostos. Os próprios isocianatos devem ser cuidadosamente armazenados em recipientes selados em condições secas a uma temperatura entre 10 e 30°C. Os recipientes de armazenamento vazios devem ser preenchidos e embebidos por 24 horas com uma solução de carbonato de sódio a 5% para neutralizar qualquer produto químico residual deixado no tambor. A maioria dos princípios gerais de manutenção deve ser rigorosamente aplicada aos processos de moldagem de resina, mas o maior cuidado de todos deve ser exercido ao manusear os catalisadores usados como agentes de configuração. Os catalisadores das resinas de fenol e isocianato de óleo são geralmente aminas aromáticas à base de compostos de piridina, que são líquidos com cheiro pungente. Eles podem causar irritação cutânea grave e danos renais e hepáticos e também podem afetar o sistema nervoso central. Esses compostos são fornecidos como aditivos separados (aglutinante de três partes) ou já estão misturados com os materiais oleosos, e o LEV deve ser fornecido nas etapas de mistura, moldagem, fundição e nocaute. Para alguns outros processos sem cozimento, os catalisadores usados são ácidos fosfóricos ou vários ácidos sulfônicos, que também são tóxicos; acidentes durante o transporte ou uso devem ser adequadamente protegidos.
A fabricação de núcleos endurecidos a gás compreende o dióxido de carbono (CO2)-silicato e os processos Isocure (ou “Ashland”). Muitas variações do CO2-silicato foram desenvolvidos desde a década de 1950. Este processo tem sido geralmente utilizado para a produção de moldes e machos de médio a grande porte. A areia do núcleo é uma mistura de silicato de sódio e areia de sílica, geralmente modificada pela adição de substâncias como melaço como agentes de decomposição. Depois que a caixa do núcleo é preenchida, o núcleo é curado passando dióxido de carbono pela mistura do núcleo. Isso forma carbonato de sódio e gel de sílica, que atua como um aglutinante.
O silicato de sódio é uma substância alcalina e pode ser prejudicial se entrar em contato com a pele ou olhos ou se for ingerido. É aconselhável fornecer um chuveiro de emergência próximo a áreas onde grandes quantidades de silicato de sódio são manuseadas e sempre usar luvas. Um lava-olhos prontamente disponível deve estar localizado em qualquer área de fundição onde o silicato de sódio é usado. o CO2 pode ser fornecido como um sólido, líquido ou gás. Quando for fornecido em cilindros ou tanques de pressão, muitos cuidados de limpeza devem ser tomados, como armazenamento de cilindros, manutenção de válvulas, manuseio e assim por diante. Há também o risco do próprio gás, pois pode diminuir a concentração de oxigênio no ar em ambientes fechados.
O processo Isocure é usado para machos e moldes. Este é um sistema de gás no qual uma resina, frequentemente fenol-formaldeído, é misturada com um di-isocianato (por exemplo, MDI) e areia. Isso é injetado na caixa do núcleo e, em seguida, gaseado com uma amina, geralmente trietilamina ou dimetiletilamina, para causar a reação de formação de reticulação. As aminas, muitas vezes vendidas em tambores, são líquidos altamente voláteis com forte cheiro de amônia. Existe um risco muito real de incêndio ou explosão, e deve-se tomar extremo cuidado, especialmente quando o material é armazenado a granel. O efeito característico dessas aminas é causar visão de halo e inchaço da córnea, embora também afetem o sistema nervoso central, onde podem causar convulsões, paralisia e, ocasionalmente, a morte. Se parte da amina entrar em contato com os olhos ou a pele, as medidas de primeiros socorros devem incluir lavagem com água em abundância por pelo menos 15 minutos e atenção médica imediata. No processo Isocure, a amina é aplicada como um vapor em um transportador de nitrogênio, com o excesso de amina depurado através de uma torre de ácido. Vazamento da caixa de núcleo é a principal causa de alta exposição, embora a liberação de gás de amina de núcleos fabricados também seja significativa. Deve-se ter muito cuidado ao manusear este material, e equipamentos de exaustão adequados devem ser instalados para remover os vapores das áreas de trabalho.
Shakeout, extração de fundição e nocaute do núcleo
Depois que o metal fundido esfria, a fundição bruta deve ser removida do molde. Este é um processo ruidoso, normalmente expondo os operadores bem acima de 90 dBA durante um dia de trabalho de 8 horas. Protetores auriculares devem ser fornecidos se não for possível reduzir a emissão de ruído. A maior parte do molde é separada da peça fundida, geralmente por impacto. Freqüentemente, a caixa de moldagem, o molde e a fundição são jogados em uma grade vibratória para desalojar a areia (agitação). A areia então cai através da grade em uma tremonha ou em um transportador onde pode ser submetida a separadores magnéticos e reciclada para moagem, tratamento e reutilização, ou simplesmente despejada. Às vezes, o hidrojateamento pode ser usado em vez de uma grade, criando menos poeira. O núcleo é removido aqui, às vezes também usando correntes de água de alta pressão.
A fundição é então removida e transferida para o próximo estágio da operação de nocaute. Freqüentemente, pequenas peças fundidas podem ser removidas do frasco por um processo de “punch-out” antes da agitação, o que produz menos poeira. A areia dá origem a níveis perigosos de poeira de sílica porque esteve em contato com metal fundido e, portanto, é muito seca. O metal e a areia permanecem muito quentes. A proteção dos olhos é necessária. As superfícies de passagem e de trabalho devem ser mantidas livres de sucata, que é um risco de tropeço, e de poeira, que pode ser ressuspensa para representar um risco de inalação.
Relativamente poucos estudos foram realizados para determinar qual efeito, se houver, os novos aglomerantes de núcleo têm sobre a saúde do operador de descolamento em particular. Os furanos, álcool furfurílico e ácido fosfórico, resinas de ureia e fenol-formaldeído, silicato de sódio e dióxido de carbono, no-bakes, óleo de linhaça modificado e MDI, todos sofrem algum tipo de decomposição térmica quando expostos às temperaturas dos metais fundidos.
Ainda não foram realizados estudos sobre o efeito da partícula de sílica revestida com resina no desenvolvimento de pneumoconiose. Não se sabe se esses revestimentos terão um efeito inibidor ou acelerador nas lesões do tecido pulmonar. Teme-se que os produtos da reação do ácido fosfórico possam liberar fosfina. Experimentos com animais e alguns estudos selecionados mostraram que o efeito do pó de sílica no tecido pulmonar é bastante acelerado quando a sílica é tratada com um ácido mineral. As resinas de uréia e fenol-formaldeído podem liberar fenóis livres, aldeídos e monóxido de carbono. Os açúcares adicionados para aumentar a colapsibilidade produzem quantidades significativas de monóxido de carbono. No-bakes liberará isocianatos (por exemplo, MDI) e monóxido de carbono.
Refinamento (limpeza)
A limpeza da fundição, ou refinamento, é realizada após a remoção e remoção do núcleo. Os vários processos envolvidos são designados de forma variada em lugares diferentes, mas podem ser classificados da seguinte forma:
A remoção do espru é a primeira operação de curativo. Até metade do metal fundido no molde não faz parte da peça fundida final. O molde deve incluir reservatórios, cavidades, alimentadores e sprue para que seja preenchido com metal para completar o objeto fundido. O espru geralmente pode ser removido durante a fase de nocaute, mas às vezes isso deve ser realizado como uma etapa separada da operação de rebarbação ou curativo. A remoção do espru é feita manualmente, geralmente batendo na peça fundida com um martelo. Para reduzir o ruído, os martelos de metal podem ser substituídos por outros revestidos de borracha e os transportadores revestidos com a mesma borracha de amortecimento de ruído. Fragmentos de metal quente são lançados e representam um risco para os olhos. Proteção para os olhos deve ser usada. Os sprues soltos devem normalmente ser devolvidos à região de carregamento da planta de fusão e não deve ser permitido que se acumulem na seção de desprulamento da fundição. Após a remoção do spruing (mas às vezes antes), a maioria das peças fundidas é jateada ou tombada para remover os materiais do molde e talvez para melhorar o acabamento da superfície. Barris caindo geram altos níveis de ruído. Gabinetes podem ser necessários, o que também pode exigir LEV.
Os métodos de dressagem em fundições de aço, ferro e não ferrosos são muito semelhantes, mas existem dificuldades especiais na dressagem e rebarbação de fundidos de aço devido a maiores quantidades de areia fundida queimada em comparação com fundidos de ferro e não ferrosos. A areia fundida em grandes peças fundidas de aço pode conter cristobalita, que é mais tóxica do que o quartzo encontrado na areia virgem.
É necessário jateamento sem ar ou tombamento de peças fundidas antes de lascar e retificar para evitar a superexposição ao pó de sílica. A peça fundida deve estar livre de poeira visível, embora um risco de sílica ainda possa ser gerado pela retificação se a sílica for queimada na superfície de metal aparentemente limpa da peça fundida. O tiro é impulsionado de forma centrífuga no lançamento e nenhum operador é necessário dentro da unidade. O gabinete de jateamento deve ser esgotado para que nenhuma poeira visível escape. Somente quando há quebra ou deterioração do gabinete de jateamento e/ou ventilador e coletor é que há problema de poeira.
Água ou água e areia ou jateamento sob pressão podem ser usados para remover a areia aderente, submetendo a peça fundida a uma corrente de alta pressão de água ou granalha de ferro ou aço. O jateamento de areia foi proibido em vários países (por exemplo, Reino Unido) devido ao risco de silicose, pois as partículas de areia se tornam cada vez mais finas e a fração respirável aumenta continuamente. A água ou o tiro é descarregado através de uma pistola e pode representar um risco para o pessoal se não for manuseado corretamente. A detonação deve ser sempre realizada em um espaço isolado e fechado. Todos os compartimentos de jateamento devem ser inspecionados em intervalos regulares para garantir que o sistema de extração de poeira esteja funcionando e que não haja vazamentos através dos quais granalha ou água possam escapar para a fundição. Os capacetes dos Blasters devem ser aprovados e cuidadosamente mantidos. É recomendável afixar um aviso na porta do estande, alertando os funcionários que estão ocorrendo detonações e que é proibida a entrada de pessoas não autorizadas. Em certas circunstâncias, os parafusos de retardo ligados ao motor de jateamento podem ser instalados nas portas, impossibilitando a abertura das portas até que o jateamento tenha cessado.
Uma variedade de ferramentas de retificação são usadas para suavizar a fundição grosseira. Os rebolos abrasivos podem ser montados em máquinas de chão ou pedestal ou em esmerilhadeiras portáteis ou basculantes. Retificadoras de pedestal são usadas para peças fundidas menores que podem ser facilmente manuseadas; esmerilhadeiras portáteis, rebolos de disco de superfície, rebolos tipo copo e rebolos cônicos são usados para uma série de finalidades, incluindo alisamento de superfícies internas de peças fundidas; As retificadoras de estrutura oscilante são usadas principalmente em grandes peças fundidas que requerem muita remoção de metal.
Outras fundições
fundação de aço
A produção na fundição de aço (diferente de uma usina siderúrgica básica) é semelhante à da fundição de ferro; no entanto, as temperaturas do metal são muito mais altas. Isso significa que a proteção ocular com lentes coloridas é essencial e que a sílica no molde é convertida pelo calor em tridimita ou cristobalita, duas formas de sílica cristalina que são particularmente perigosas para os pulmões. A areia muitas vezes fica queimada na peça fundida e tem de ser removida por meios mecânicos, o que dá origem a poeiras perigosas; conseqüentemente, sistemas eficazes de exaustão de pó e proteção respiratória são essenciais.
Fundição de liga leve
A fundição de ligas leves utiliza principalmente ligas de alumínio e magnésio. Estes geralmente contêm pequenas quantidades de metais que podem liberar vapores tóxicos sob certas circunstâncias. Os vapores devem ser analisados para determinar seus constituintes onde a liga pode conter tais componentes.
Nas fundições de alumínio e magnésio, a fusão é comumente feita em fornos de cadinho. Aberturas de exaustão ao redor do topo da panela para remover a fumaça são aconselháveis. Em fornos a óleo, a combustão incompleta devido a queimadores defeituosos pode resultar na liberação de produtos como monóxido de carbono no ar. Os vapores do forno podem conter hidrocarbonetos complexos, alguns dos quais podem ser cancerígenos. Durante a limpeza da fornalha e da chaminé existe o risco de exposição ao pentóxido de vanádio concentrado na fuligem da fornalha dos depósitos de óleo.
O espatoflúor é comumente usado como fundente na fusão do alumínio, e quantidades significativas de pó de flúor podem ser liberadas no meio ambiente. Em certos casos, o cloreto de bário foi usado como fundente para ligas de magnésio; trata-se de uma substância significativamente tóxica e, conseqüentemente, exige-se muito cuidado em seu uso. Ligas leves podem ocasionalmente ser desgaseificadas pela passagem de dióxido de enxofre ou cloro (ou compostos patenteados que se decompõem para produzir cloro) através do metal fundido; ventilação de exaustão e equipamento de proteção respiratória são necessários para esta operação. A fim de reduzir a taxa de resfriamento do metal quente no molde, uma mistura de substâncias (geralmente alumínio e óxido de ferro) que reagem altamente exotermicamente é colocada no riser do molde. Esta mistura de “thermite” emite fumos densos que se revelaram inócuos na prática. Quando os fumos são de cor castanha, pode ser dado alarme devido à suspeita da presença de óxidos de azoto; no entanto, essa suspeita é infundada. O alumínio finamente dividido produzido durante a preparação de fundidos de alumínio e magnésio constitui um grave risco de incêndio, e métodos úmidos devem ser usados para coleta de pó.
A fundição de magnésio acarreta risco potencial considerável de incêndio e explosão. O magnésio fundido entrará em combustão a menos que uma barreira protetora seja mantida entre ele e a atmosfera; o enxofre fundido é amplamente empregado para esta finalidade. Os trabalhadores da fundição que aplicam o pó de enxofre no caldeirão manualmente podem desenvolver dermatite e devem usar luvas feitas de tecido à prova de fogo. O enxofre em contato com o metal está em constante combustão, de modo que quantidades consideráveis de dióxido de enxofre são liberadas. Ventilação de exaustão deve ser instalada. Os trabalhadores devem ser informados sobre o perigo de uma panela ou concha de magnésio fundido pegar fogo, o que pode dar origem a uma nuvem densa de óxido de magnésio finamente dividido. Roupas de proteção de materiais à prova de fogo devem ser usadas por todos os trabalhadores de fundição de magnésio. Roupas revestidas com pó de magnésio não devem ser guardadas em armários sem controle de umidade, pois pode ocorrer combustão espontânea. O pó de magnésio deve ser removido da roupa. O giz francês é usado extensivamente na preparação de moldes em fundições de magnésio; a poeira deve ser controlada para evitar a talcose. Óleos penetrantes e pós em pó são empregados na inspeção de peças fundidas de ligas leves para a detecção de trincas.
Corantes foram introduzidos para melhorar a eficácia dessas técnicas. Descobriu-se que certos corantes vermelhos são absorvidos e excretados no suor, causando sujeira nas roupas pessoais; embora esta condição seja um incômodo, nenhum efeito sobre a saúde foi observado.
Fundições de latão e bronze
Fumos de metais tóxicos e poeira de ligas típicas são um perigo especial de fundições de latão e bronze. Exposições ao chumbo acima dos limites de segurança nas operações de fusão, vazamento e acabamento são comuns, especialmente quando as ligas têm uma composição de alto teor de chumbo. O risco de chumbo na limpeza do forno e eliminação de escória é particularmente grave. A superexposição ao chumbo é frequente na fusão e vazamento e também pode ocorrer na moagem. Os fumos de zinco e cobre (os constituintes do bronze) são as causas mais comuns da febre dos fumos metálicos, embora a condição também tenha sido observada em trabalhadores de fundição que usam magnésio, alumínio, antimônio e assim por diante. Algumas ligas de alta resistência contêm cádmio, que pode causar pneumonia química por exposição aguda e danos renais e câncer de pulmão por exposição crônica.
processo de molde permanente
A fundição em moldes de metal permanentes, como na fundição sob pressão, tem sido um desenvolvimento importante na fundição. Neste caso, a modelagem é amplamente substituída por métodos de engenharia e é realmente uma operação de penetração. A maior parte dos perigos da modelação são assim removidos e os riscos da areia também são eliminados, mas são substituídos por um grau de risco inerente à utilização de algum tipo de material refractário para revestir a matriz ou molde. No trabalho de fundição moderna, o uso crescente é feito de núcleos de areia, caso em que os riscos de poeira da fundição de areia ainda estão presentes.
fundição
O alumínio é um metal comum na fundição sob pressão. O hardware automotivo, como acabamento cromado, é normalmente fundido em zinco, seguido de cobre, níquel e cromagem. O risco de febre de fumaça de metal de fumaça de zinco deve ser constantemente controlado, assim como a névoa de ácido crômico.
As máquinas de fundição sob pressão apresentam todos os perigos comuns às prensas hidráulicas. Além disso, o trabalhador pode ser exposto à névoa de óleos usados como lubrificantes e deve ser protegido contra a inalação dessas névoas e contra o perigo de roupas saturadas de óleo. Os fluidos hidráulicos resistentes ao fogo utilizados nas prensas podem conter compostos organofosforados tóxicos, devendo-se tomar cuidado especial durante os trabalhos de manutenção nos sistemas hidráulicos.
Fundação de precisão
As fundições de precisão dependem do investimento ou processo de fundição por cera perdida, no qual os padrões são feitos por injeção de cera de moldagem em uma matriz; esses padrões são revestidos com um pó refratário fino que serve como material de revestimento do molde, e a cera é então derretida antes da fundição ou pela introdução do próprio metal de fundição.
A remoção de cera apresenta um risco de incêndio definido, e a decomposição da cera produz acroleína e outros produtos de decomposição perigosos. Os fornos de queima de cera devem ser adequadamente ventilados. O tricloroetileno foi usado para remover os últimos vestígios de cera; este solvente pode se acumular em bolsas no molde ou ser absorvido pelo material refratário e vaporizar ou se decompor durante o vazamento. A inclusão de materiais refratários de fundição de investimento de amianto deve ser eliminada devido aos perigos do amianto.
Problemas de saúde e padrões de doenças
As fundições se destacam entre os processos industriais devido a uma taxa de mortalidade mais alta decorrente de derramamentos e explosões de metal fundido, manutenção da cúpula, incluindo queda no fundo e perigos de monóxido de carbono durante o revestimento. As fundições relatam uma maior incidência de lesões por corpos estranhos, contusões e queimaduras e uma menor proporção de lesões musculoesqueléticas do que outras instalações. Eles também têm os mais altos níveis de exposição ao ruído.
Um estudo de várias dezenas de lesões fatais em fundições revelou as seguintes causas: esmagamento entre carros transportadores de moldes e estruturas de edifícios durante a manutenção e solução de problemas, esmagamento durante a limpeza de trituradores que foram ativados remotamente, queimaduras de metal fundido após falha do guindaste, rachaduras no molde, transferência por transbordamento concha, erupção de vapor em concha não seca, quedas de guindastes e plataformas de trabalho, eletrocussão de equipamentos de soldagem, esmagamento de veículos de manuseio de materiais, queimaduras por queda do fundo da cúpula, atmosfera com alto teor de oxigênio durante o reparo da cúpula e superexposição de monóxido de carbono durante o reparo da cúpula.
Rodas abrasivas
O rebentamento ou quebra de rebolos abrasivos pode causar ferimentos fatais ou muito graves: os espaços entre o rebolo e o resto nas esmerilhadeiras de pedestal podem prender e esmagar a mão ou o antebraço. Os olhos desprotegidos estão em risco em todas as fases. Escorregadelas e quedas, principalmente ao transportar cargas pesadas, podem ser causadas por pisos mal conservados ou obstruídos. Lesões nos pés podem ser causadas pela queda de objetos ou cargas. Entorses e distensões podem resultar de esforço excessivo em levantar e carregar. Dispositivos de elevação mal conservados podem falhar e fazer com que os materiais caiam sobre os trabalhadores. Choque elétrico pode resultar de equipamentos elétricos mal conservados ou desenterrados (sem aterramento), especialmente ferramentas portáteis.
Todas as partes perigosas do maquinário, especialmente as rodas abrasivas, devem ter proteção adequada, com bloqueio automático se a proteção for removida durante o processamento. As lacunas perigosas entre o rebolo e o restante nas esmerilhadeiras de pedestal devem ser eliminadas e deve-se prestar muita atenção a todos os cuidados e cuidados com os rebolos abrasivos e na regulação de sua velocidade (cuidado especial é necessário com rebolos portáteis). A manutenção rigorosa de todos os equipamentos elétricos e arranjos de aterramento adequados devem ser aplicados. Os trabalhadores devem ser instruídos sobre técnicas corretas de levantamento e transporte e devem saber como prender cargas a ganchos de guindastes e outros aparelhos de içamento. EPI adequado, como protetores oculares e faciais e proteção para os pés e pernas, também devem ser fornecidos. Devem ser tomadas providências para primeiros socorros imediatos, mesmo para ferimentos leves, e cuidados médicos competentes quando necessário.
Dust
As doenças causadas pela poeira são proeminentes entre os trabalhadores de fundição. As exposições à sílica estão frequentemente próximas ou excedem os limites de exposição prescritos, mesmo em operações de limpeza bem controladas em modernas fundições de produção e onde as peças fundidas estão livres de poeira visível. Exposições muitas vezes acima do limite ocorrem onde as peças fundidas estão empoeiradas ou os gabinetes vazam. As superexposições são prováveis onde a poeira visível escapa da ventilação na remoção, preparação de areia ou reparo de refratários.
A silicose é o risco de saúde predominante na oficina de acabamento de aço; uma pneumoconiose mista é mais prevalente em rebarbação de ferro (Landrigan et al. 1986). Na fundição, a prevalência aumenta com o tempo de exposição e maiores níveis de poeira. Há alguma evidência de que as condições nas fundições de aço são mais propensas a causar silicose do que nas fundições de ferro devido aos níveis mais altos de sílica livre presente. As tentativas de definir um nível de exposição no qual a silicose não ocorrerá foram inconclusivas; o limite é provavelmente inferior a 100 microgramas/m3 e talvez tão baixo quanto a metade desse valor.
Na maioria dos países, a ocorrência de novos casos de silicose está diminuindo, em parte por causa de mudanças na tecnologia, um afastamento da areia de sílica em fundições e uma mudança do tijolo de sílica para revestimentos básicos de fornalhas na fundição de aço. Uma das principais razões é o fato de que a automação resultou no emprego de menos trabalhadores na produção de aço e nas fundições. A exposição ao pó de sílica respirável permanece teimosamente alta em muitas fundições, no entanto, e em países onde os processos exigem muita mão-de-obra, a silicose continua sendo um grande problema.
A silico-tuberculose tem sido relatada há muito tempo em trabalhadores de fundição. Onde a prevalência da silicose diminuiu, houve uma queda paralela nos casos relatados de tuberculose, embora essa doença não tenha sido completamente erradicada. Em países onde os níveis de poeira permaneceram altos, os processos empoeirados são trabalhosos e a prevalência de tuberculose na população em geral é elevada, a tuberculose continua sendo uma importante causa de morte entre os trabalhadores de fundição.
Muitos trabalhadores que sofrem de pneumoconiose também têm bronquite crônica, frequentemente associada a enfisema; há muito que muitos investigadores acreditam que, pelo menos em alguns casos, as exposições ocupacionais podem ter desempenhado um papel. Câncer de pulmão, pneumonia lobar, broncopneumonia e trombose coronária também foram relatados como associados à pneumoconiose em trabalhadores de fundição.
Uma revisão recente de estudos de mortalidade de trabalhadores de fundição, incluindo a indústria automobilística americana, mostrou um aumento de mortes por câncer de pulmão em 14 dos 15 estudos. Como as altas taxas de câncer de pulmão são encontradas entre os trabalhadores de salas de limpeza, onde o principal perigo é a sílica, é provável que exposições mistas também sejam encontradas.
Estudos de carcinógenos no ambiente de fundição têm se concentrado em hidrocarbonetos aromáticos policíclicos formados na quebra térmica de aditivos de areia e aglutinantes. Sugeriu-se que metais como cromo e níquel e poeiras como sílica e amianto também podem ser responsáveis por parte do excesso de mortalidade. Diferenças na química de moldagem e fabricação de machos, tipo de areia e composição de ligas de ferro e aço podem ser responsáveis por diferentes níveis de risco em diferentes fundições (IARC 1984).
O aumento da mortalidade por doenças respiratórias não malignas foi encontrado em 8 dos 11 estudos. As mortes por silicose também foram registradas. Estudos clínicos encontraram alterações de raios-x características de pneumoconiose, déficits de função pulmonar característicos de obstrução e aumento de sintomas respiratórios entre trabalhadores em modernas fundições de produção “limpa”. Estes resultaram de exposições após a década de 960 e sugerem fortemente que os riscos à saúde prevalentes nas antigas fundições ainda não foram eliminados.
A prevenção de distúrbios pulmonares é essencialmente uma questão de controle de poeira e fumaça; a solução geralmente aplicável é fornecer boa ventilação geral juntamente com LEV eficiente. Sistemas de baixo volume e alta velocidade são mais adequados para algumas operações, especialmente rebolos portáteis e ferramentas pneumáticas.
Cinzéis manuais ou pneumáticos usados para remover areia queimada produzem muito pó finamente dividido. Escovar o excesso de materiais com escovas de arame giratórias ou escovas manuais também produz muita poeira; LEV é necessária.
As medidas de controle de poeira são facilmente adaptáveis a esmerilhadeiras de piso e de estrutura oscilante. A retificação portátil em pequenas peças fundidas pode ser realizada em bancadas com ventilação de exaustão ou pode ser aplicada ventilação nas próprias ferramentas. A escovação também pode ser realizada em bancada ventilada. O controle de poeira em peças fundidas grandes apresenta um problema, mas um progresso considerável foi feito com sistemas de ventilação de baixo volume e alta velocidade. Instrução e treinamento em seu uso são necessários para superar as objeções dos trabalhadores que acham esses sistemas complicados e reclamam que sua visão da área de trabalho é prejudicada.
A preparação e preparação de moldes muito grandes, onde a ventilação local é impraticável, deve ser feita em uma área separada e isolada e em um momento em que poucos outros trabalhadores estejam presentes. EPI adequado, limpo e reparado regularmente, deve ser fornecido para cada trabalhador, juntamente com instruções sobre seu uso adequado.
Desde a década de 1950, uma variedade de sistemas de resinas sintéticas foi introduzida em fundições para ligar a areia em núcleos e moldes. Estes geralmente compreendem um material de base e um catalisador ou endurecedor que inicia a polimerização. Muitos desses produtos químicos reativos são sensibilizadores (por exemplo, isocianatos, álcool furfurílico, aminas e formaldeído) e já foram implicados em casos de asma ocupacional entre trabalhadores de fundição. Em um estudo, 12 de 78 trabalhadores de fundição expostos a resinas Pepset (cold-box) apresentaram sintomas asmáticos e, destes, seis tiveram um declínio acentuado nas taxas de fluxo de ar em um teste de desafio usando metil di-isocianato (Johnson et al. 1985 ).
Soldagem
A soldagem em oficinas de acabamento expõe os trabalhadores a vapores metálicos com o consequente risco de toxicidade e febre dos metais, dependendo da composição dos metais envolvidos. A soldagem em ferro fundido requer uma haste de níquel e cria exposição a vapores de níquel. A tocha de plasma produz uma quantidade considerável de fumaça metálica, ozônio, óxido de nitrogênio e radiação ultravioleta, além de gerar altos níveis de ruído.
Uma bancada ventilada por exaustão pode ser fornecida para soldagem de peças fundidas pequenas. É difícil controlar as exposições durante as operações de soldagem ou queima em peças fundidas grandes. Uma abordagem bem-sucedida envolve a criação de uma estação central para essas operações e o fornecimento de LEV por meio de um duto flexível posicionado no ponto de soldagem. Isso requer treinamento do trabalhador para mover o duto de um local para outro. Uma boa ventilação geral e, quando necessário, o uso de EPI ajudará a reduzir a exposição geral à poeira e fumaça.
Ruído e vibração
Os maiores níveis de ruído na fundição são normalmente encontrados nas operações de desmontagem e limpeza; são maiores nas fundições mecanizadas do que nas manuais. O próprio sistema de ventilação pode gerar exposições próximas a 90 dBA.
Os níveis de ruído no rebarbamento de fundidos de aço podem estar na faixa de 115 a 120 dBA, enquanto os realmente encontrados no rebarbamento de ferro fundido estão na faixa de 105 a 115 dBA. A Associação Britânica de Pesquisa de Fundição de Aço estabeleceu que as fontes de ruído durante a rebarbação incluem:
As estratégias de controle de ruído variam com o tamanho da peça fundida, o tipo de metal, a área de trabalho disponível, o uso de ferramentas portáteis e outros fatores relacionados. Certas medidas básicas estão disponíveis para reduzir a exposição ao ruído de indivíduos e colegas de trabalho, incluindo isolamento no tempo e no espaço, fechamentos completos, partições de absorção parcial de som, execução de trabalhos em superfícies de absorção de som, defletores, painéis e capas feitas de material fono-absorvente. absorventes ou outros materiais acústicos. As diretrizes para limites seguros de exposição diária devem ser observadas e, como último recurso, dispositivos de proteção individual podem ser usados.
Uma bancada de rebarbação desenvolvida pela British Steel Casting Research Association reduz o ruído no lascamento em cerca de 4 a 5 dBA. Este banco incorpora um sistema de exaustão para remover a poeira. Essa melhoria é encorajadora e leva à esperança de que, com mais desenvolvimento, reduções de ruído ainda maiores se tornem possíveis.
Síndrome de vibração mão-braço
Ferramentas vibratórias portáteis podem causar o fenômeno de Raynaud (síndrome de vibração mão-braço - HAVS). Isso é mais prevalente em garras de aço do que em garras de ferro e mais frequente entre aquelas que usam ferramentas rotativas. A taxa vibratória crítica para o aparecimento desse fenômeno está entre 2,000 e 3,000 revoluções por minuto e na faixa de 40 a 125 Hz.
Pensa-se agora que o HAVS envolva efeitos em vários outros tecidos no antebraço, além dos nervos periféricos e vasos sanguíneos. Está associada à síndrome do túnel do carpo e alterações degenerativas nas articulações. Um estudo recente de trituradores e trituradores de usinas siderúrgicas mostrou que eles tinham duas vezes mais chances de desenvolver a contratura de Dupuytren do que um grupo de comparação (Thomas e Clarke 1992).
A vibração transmitida às mãos do trabalhador pode ser consideravelmente reduzida por: seleção de ferramentas projetadas para reduzir as faixas nocivas de frequência e amplitude; direção da porta de exaustão longe da mão; uso de várias camadas de luvas ou luva isolante; e encurtamento do tempo de exposição por mudanças nas operações de trabalho, ferramentas e períodos de descanso.
Problemas oculares
Algumas das poeiras e produtos químicos encontrados em fundições (por exemplo, isocianatos, formaldeído e aminas terciárias, como dimetiletilamina, trietilamina e assim por diante) são irritantes e têm sido responsáveis por sintomas visuais entre os trabalhadores expostos. Estes incluem coceira, olhos lacrimejantes, visão nebulosa ou turva ou a chamada “visão cinza-azulada”. Com base na ocorrência desses efeitos, recomenda-se reduzir as exposições médias ponderadas no tempo abaixo de 3 ppm.
Outros problemas
Exposições ao formaldeído iguais ou superiores ao limite de exposição dos EUA são encontradas em operações bem controladas de fabricação de núcleos de caixa quente. Exposições muitas vezes acima do limite podem ser encontradas onde o controle de risco é deficiente.
O amianto tem sido amplamente utilizado na indústria de fundição e, até recentemente, era frequentemente usado em roupas de proteção para trabalhadores expostos ao calor. Seus efeitos foram encontrados em pesquisas de raio-x de trabalhadores de fundição, tanto entre trabalhadores de produção quanto de manutenção que foram expostos ao amianto; uma pesquisa transversal encontrou o envolvimento pleural característico em 20 de 900 trabalhadores do aço (Kronenberg et al. 1991).
Exames periódicos
Pré-colocação e exames médicos periódicos, incluindo uma pesquisa de sintomas, radiografias de tórax, testes de função pulmonar e audiogramas, devem ser fornecidos para todos os trabalhadores da fundição com acompanhamento adequado se forem detectados achados questionáveis ou anormais. Os efeitos combinados da fumaça do tabaco sobre o risco de problemas respiratórios entre os trabalhadores de fundição exigem a inclusão de conselhos sobre como parar de fumar em um programa de educação e promoção de saúde.
Conclusão
As fundições têm sido uma operação industrial essencial há séculos. Apesar dos avanços contínuos na tecnologia, eles apresentam aos trabalhadores uma panóplia de riscos à segurança e à saúde. Como os perigos continuam a existir mesmo nas fábricas mais modernas com programas exemplares de prevenção e controle, proteger a saúde e o bem-estar dos trabalhadores continua sendo um desafio contínuo para a administração e para os trabalhadores e seus representantes. Isso permanece difícil tanto em recessões da indústria (quando as preocupações com a saúde e segurança do trabalhador tendem a dar lugar a restrições econômicas) quanto em tempos de expansão (quando a demanda por aumento de produção pode levar a atalhos potencialmente perigosos nos processos). Portanto, a educação e o treinamento no controle de riscos continuam sendo uma necessidade constante.
Visão geral do processo
A conformação de peças metálicas pela aplicação de altas forças de compressão e tração é comum em toda a fabricação industrial. Nas operações de estampagem, o metal, na maioria das vezes na forma de folhas, tiras ou bobinas, é moldado em formas específicas à temperatura ambiente por cisalhamento, prensagem e estiramento entre matrizes, geralmente em uma série de uma ou mais etapas de impacto discretas. O aço laminado a frio é o material inicial em muitas operações de estampagem, criando peças de chapa metálica nas indústrias automotiva e de eletrodomésticos e outras. Aproximadamente 15% dos trabalhadores da indústria automotiva trabalham em operações ou fábricas de estampagem.
No forjamento, a força compressiva é aplicada a blocos pré-formados (brancos) de metal, geralmente aquecidos a altas temperaturas, também em uma ou mais etapas discretas de prensagem. A forma da peça final é determinada pela forma das cavidades na matriz ou matrizes metálicas utilizadas. Com matrizes de impressão abertas, como no forjamento por martelo, a peça bruta é comprimida entre uma matriz presa à bigorna inferior e o aríete vertical. Com matrizes de impressão fechadas, como no forjamento por prensagem, a peça bruta é comprimida entre a matriz inferior e uma matriz superior presa ao aríete.
As forjas de martelo de queda usam um cilindro de vapor ou ar para levantar o martelo, que é então derrubado pela gravidade ou acionado por vapor ou ar. O número e a força dos golpes do martelo são controlados manualmente pelo operador. O operador geralmente segura a extremidade fria da coronha enquanto opera o martelo de queda. O forjamento com martelo de queda já compôs cerca de dois terços de todo o forjamento feito nos Estados Unidos, mas é menos comum hoje.
As forjas de prensa usam um aríete mecânico ou hidráulico para moldar a peça com um único golpe lento e controlado (consulte a figura 1). O forjamento por prensagem geralmente é controlado automaticamente. Pode ser feito a quente ou em temperaturas normais (frio-forjamento, extrusão). Uma variação do forjamento normal é o rolamento, onde são usadas aplicações contínuas de força e o operador gira a peça.
Figura 1. Forjamento por prensagem
Lubrificantes de moldes são pulverizados ou aplicados de outra forma nas faces dos moldes e superfícies em branco antes e entre golpes de martelo ou prensa.
Peças de máquinas de alta resistência, como eixos, coroas dentadas, parafusos e componentes de suspensão de veículos, são produtos forjados de aço comuns. Componentes de aeronaves de alta resistência, como longarinas de asas, discos de turbina e trem de pouso, são forjados de alumínio, titânio ou níquel e ligas de aço. Aproximadamente 3% dos trabalhadores automotivos estão em operações ou fábricas de forjamento.
Condições de trabalho
Muitos perigos comuns na indústria pesada estão presentes nas operações de estampagem e forjamento. Isso inclui lesões por esforço repetitivo (LER) de manuseio e processamento repetidos de peças e operação de controles de máquinas, como botões de palma. As peças pesadas colocam os trabalhadores em risco de problemas nas costas e nos ombros, bem como distúrbios musculoesqueléticos nas extremidades superiores. Os operadores de prensas em fábricas de estampagem automotiva têm taxas de LERs comparáveis às dos trabalhadores de fábricas de montagem em trabalhos de alto risco. Ruído e vibração de alto impulso estão presentes na maioria das operações de estampagem e forjamento (por exemplo, martelo a vapor ou a ar), causando perda auditiva e possível doença cardiovascular; estes estão entre os ambientes industriais de maior ruído (acima de 100 dBA). Como em outras formas de sistemas acionados por automação, as cargas de energia do trabalhador podem ser altas, dependendo das peças manuseadas e das taxas de ciclos da máquina.
Lesões catastróficas resultantes de movimentos imprevistos da máquina são comuns em estampagem e forjamento. Isso pode ser devido a: (1) falha mecânica dos sistemas de controle da máquina, como mecanismos de embreagem em situações em que se espera que os trabalhadores estejam rotineiramente dentro do envelope operacional da máquina (um projeto de processo inaceitável); (2) deficiências no projeto ou desempenho da máquina que convidam a intervenções não programadas do trabalhador, como movimentação de peças emperradas ou desalinhadas; ou (3) procedimentos de manutenção impróprios e de alto risco executados sem o bloqueio adequado de toda a rede de máquinas envolvida, incluindo a automação de transferência de peças e as funções de outras máquinas conectadas. A maioria das redes de máquinas automatizadas não está configurada para um bloqueio rápido, eficiente e eficaz ou solução de problemas segura.
Névoas de óleos lubrificantes de máquinas geradas durante a operação normal são outro risco genérico à saúde nas operações de estampagem e forjamento movidas a ar comprimido, potencialmente colocando os trabalhadores em risco de doenças respiratórias, dermatológicas e digestivas.
Problemas de Saúde e Segurança
Estampagem
As operações de estampagem apresentam alto risco de lacerações graves devido ao manuseio necessário de peças com arestas vivas. Possivelmente pior é o manuseio da sucata resultante dos perímetros cortados e das seções perfuradas das peças. A sucata é normalmente coletada por calhas e transportadores alimentados por gravidade. Desobstruir congestionamentos ocasionais é uma atividade de alto risco.
Os perigos químicos específicos da estampagem geralmente surgem de duas fontes principais: compostos de estampagem (ou seja, lubrificantes de matrizes) em operações reais de prensagem e emissões de soldagem da montagem das peças estampadas. Compostos de desenho (DCs) são necessários para a maioria das estampagens. O material é pulverizado ou enrolado na chapa de metal e outras névoas são geradas pelo próprio evento de estampagem. Como outros fluidos de usinagem, os compostos de trefilação podem ser óleos puros ou emulsões de óleo (óleos solúveis). Os componentes incluem frações de óleo de petróleo, agentes lubrificantes especiais (por exemplo, derivados de ácidos graxos animais e vegetais, óleos clorados e ceras), alcanolaminas, sulfonatos de petróleo, boratos, espessantes derivados de celulose, inibidores de corrosão e biocidas. As concentrações de névoa no ar em operações de estampagem podem atingir as de operações de usinagem típicas, embora esses níveis tendam a ser menores em média (0.05 a 2.0 mg/m3). No entanto, névoa visível e filme de óleo acumulado nas superfícies do edifício estão frequentemente presentes, e o contato com a pele pode ser maior devido ao manuseio extensivo das peças. As exposições com maior probabilidade de apresentar riscos são óleos clorados (possível câncer, doença hepática, distúrbios da pele), resina ou derivados de ácidos graxos de resina (sensibilizantes), frações de petróleo (cânceres digestivos) e, possivelmente, formaldeído (de biocidas) e nitrosaminas (de alcanolaminas e nitrito de sódio, como ingredientes DC ou em revestimentos de superfície em aço de entrada). Câncer digestivo elevado foi observado em duas fábricas de estampagem automotiva. Florescimentos microbiológicos em sistemas que aplicam CDs rolando-os sobre chapas de um reservatório aberto podem representar riscos para os trabalhadores devido a problemas respiratórios e dermatológicos análogos aos das operações de usinagem.
A soldagem de peças estampadas é frequentemente realizada em plantas de estampagem, geralmente sem lavagem intermediária. Isso produz emissões que incluem vapores metálicos e produtos de pirólise e combustão do composto de desenho e outros resíduos de superfície. As operações de soldagem típicas (principalmente por resistência) em plantas de estampagem geram concentrações totais de partículas de ar na faixa de 0.05 a 4.0 mg/m3. O conteúdo de metal (como vapores e óxidos) geralmente compõe menos da metade desse material particulado, indicando que até 2.0 mg/m3 são detritos químicos mal caracterizados. O resultado é uma névoa visível em muitas áreas de soldagem da planta de estampagem. A presença de derivados clorados e outros ingredientes orgânicos levanta sérias preocupações sobre a composição da fumaça de soldagem nessas configurações e defende fortemente os controles de ventilação. A aplicação de outros materiais antes da soldagem (como primer, tinta e adesivos do tipo epóxi), alguns dos quais são então soldados, aumenta a preocupação. As atividades de reparo de produção de soldagem, geralmente feitas manualmente, geralmente apresentam exposições mais altas a esses mesmos contaminantes do ar. Taxas excessivas de câncer de pulmão foram observadas entre soldadores em uma fábrica de estampagem automotiva.
Forjar
Assim como a estampagem, as operações de forjamento podem apresentar altos riscos de laceração quando os trabalhadores manuseiam peças forjadas ou aparam rebarbas ou bordas indesejadas das peças. O forjamento de alto impacto também pode ejetar fragmentos, escamas ou ferramentas, causando ferimentos. Em algumas atividades de forjamento, o trabalhador agarra a peça de trabalho com pinças durante as etapas de prensagem ou impacto, aumentando o risco de lesões musculoesqueléticas. Na forja, ao contrário da estampagem, fornos para peças de aquecimento (para forjamento e recozimento), bem como silos de peças forjadas a quente, geralmente estão próximos. Isso cria potencial para condições de alto estresse térmico. Fatores adicionais no estresse por calor são a carga metabólica do trabalhador durante o manuseio manual de materiais e, em alguns casos, o calor dos produtos de combustão de lubrificantes à base de óleo.
A lubrificação da matriz é necessária na maioria dos forjamentos e tem a característica adicional de que o lubrificante entra em contato com peças de alta temperatura. Isso causa pirólise imediata e aerossolização não apenas nas matrizes, mas também subseqüentemente de peças fumegantes em recipientes de resfriamento. Os ingredientes dos lubrificantes para matrizes de forjamento podem incluir pastas de grafite, espessantes poliméricos, emulsificantes de sulfonato, frações de petróleo, nitrato de sódio, nitrito de sódio, carbonato de sódio, silicato de sódio, óleos de silicone e biocidas. Estes são aplicados como sprays ou, em algumas aplicações, por cotonete. Fornos usados para aquecer o metal a ser forjado são geralmente acionados por óleo ou gás, ou são fornos de indução. As emissões podem resultar de fornos movidos a combustível com tiragem inadequada e de fornos de indução não ventilados quando o material de entrada de metal tem contaminantes de superfície, como inibidores de corrosão ou óleo, ou se, antes do forjamento, foi lubrificado para cisalhamento ou serragem (como em caso de barra). Nos EUA, as concentrações totais de ar particulado em operações de forjamento geralmente variam de 0.1 a 5.0 mg/m3 e variam amplamente nas operações de forjamento devido às correntes de convecção térmica. Uma taxa elevada de câncer de pulmão foi observada entre os trabalhadores de forjamento e tratamento térmico de duas fábricas de rolamentos de esferas.
Práticas de Saúde e Segurança
Poucos estudos avaliaram os efeitos reais na saúde de trabalhadores expostos a estampagem ou forjamento. A caracterização abrangente do potencial de toxicidade da maioria das operações de rotina, incluindo identificação e medição de agentes tóxicos prioritários, não foi feita. A avaliação dos efeitos de longo prazo sobre a saúde da tecnologia de lubrificação de moldes desenvolvida nas décadas de 1960 e 1970 só recentemente se tornou viável. Como resultado, a regulamentação dessas exposições segue padrões genéricos de poeira ou particulados totais, como 5.0 mg/m3 nos E.U.A. Embora provavelmente adequado em algumas circunstâncias, este padrão não é comprovadamente adequado para muitas aplicações de estampagem e forjamento.
Alguma redução nas concentrações de névoa de lubrificante na matriz é possível com um gerenciamento cuidadoso do procedimento de aplicação tanto na estampagem quanto na forja. A aplicação com rolo em estampagem é preferida quando viável, e o uso de pressão de ar mínima em sprays é benéfico. A possível eliminação de ingredientes perigosos prioritários deve ser investigada. Gabinetes com pressão negativa e coletores de névoa podem ser altamente eficazes, mas podem ser incompatíveis com o manuseio de peças. A filtragem do ar liberado dos sistemas de ar de alta pressão nas prensas reduziria a névoa de óleo da prensa (e o ruído). O contato com a pele em operações de estampagem pode ser reduzido com automação e bom uso de proteção pessoal, fornecendo proteção contra laceração e saturação de líquido. Para a soldagem de instalações de estampagem, a lavagem das peças antes da soldagem é altamente desejável, e os enclausuramentos parciais com LEV reduziriam substancialmente os níveis de fumaça.
Os controles para reduzir o estresse térmico na estampagem e forjamento a quente incluem minimizar a quantidade de manuseio manual de materiais em áreas de alto calor, blindagem de fornos para reduzir a radiação de calor, minimizar a altura das portas e slots do forno e usar ventiladores de resfriamento. A localização dos ventiladores de resfriamento deve ser parte integrante do projeto do movimento do ar para controlar a exposição à névoa e o estresse térmico; caso contrário, o resfriamento pode ser obtido apenas à custa de exposições mais altas.
A mecanização do manuseio de materiais, trocando o martelo pelo forjamento por prensa quando possível e ajustando a taxa de trabalho para níveis ergonomicamente práticos podem reduzir o número de lesões musculoesqueléticas.
Os níveis de ruído podem ser reduzidos por meio de uma combinação de mudança de martelo para forja de prensa quando possível, gabinetes bem projetados e silenciamento de sopradores de forno, embreagens de ar, cabos de ar e manuseio de peças. Um programa de conservação auditiva deve ser instituído.
O EPI necessário inclui proteção para a cabeça, proteção para os pés, óculos de proteção, protetores auriculares (ao redor de ruído excessivo), aventais e leggings à prova de calor e óleo (com uso intenso de lubrificantes à base de óleo) e proteção infravermelha para os olhos e rosto (ao redor fornos).
Riscos de saúde ambiental
Os perigos ambientais decorrentes das plantas de estampagem, relativamente menores em comparação com os de alguns outros tipos de plantas, incluem o descarte de compostos de extração de resíduos e soluções de lavagem e a exaustão da fumaça de soldagem sem limpeza adequada. Algumas fábricas de forjamento historicamente causaram degradação aguda da qualidade do ar local com fumaça de forja e pó de incrustação. No entanto, com capacidade de limpeza de ar adequada, isso não precisa ocorrer. A disposição da sucata de estampagem e da carepa de forjamento contendo lubrificantes para matrizes é outro problema em potencial.
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