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:

1. Refinação. Produção de alumina a partir da bauxita pelo processo Bayer no qual a bauxita é digerida a alta temperatura e pressão em uma solução forte de soda cáustica. O hidrato resultante é cristalizado e calcinado no óxido em um forno ou calcinador de leito fluidizado.
2. Redução. Redução de alumina a alumínio metálico virgem pelo processo eletrolítico Hall-Heroult utilizando eletrodos de carbono e fluxo de criolita.

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

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.

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