Общие сведения

“Алюминиевое легкое”, или алюминоз легких, — профессиональное заболевание, развивающееся в результате вдыхания алюминиевого дыма или алюминиевой пыли с высокой концентрацией частиц металла диаметром менее 5 мкм.

Алюминоз относится к группе так называемых металлокониозов. Многие виды металлической пыли могут вызывать развитие пневмокониотического процесса. В то же время следует отметить, что металлокониозы встречаются сравнительно редко, так как в производственных условиях пыль металлов обычно содержит различные примеси, в том числе и SiO₂.

Так называемые чистые металлокониозы характеризуются преимущественно медленным развитием и отсутствием тенденции к прогрессированию легочного фиброза. Из металлокониозов наиболее распространены сидероз и алюминоз.

Прежде чем переходить к характеристике алюминоза, необходимо упомянуть об алюминии как о химическом элементе.

Алюминий (лат. Aluminium) Al, химический элемент III группы Периодической системы Менделеева; атомный номер 13, атомная масса 26,9815; серебристо-белый легкий металл. Состоит из одного стабильного изотопа 27Al.

Историческая справка

Название алюминия происходит от латинского alumen — так еще за 500 лет до н.э. назывались алюминиевые квасцы, которые применялись как протрава при крашении тканей и для дубления кожи. Датский ученый Х.К. Эрстед в 1825 г., действуя амальгамой калия на безводный AlCl3 и затем отгоняя ртуть, получил относительно чистый алюминий. Первый промышленный способ производства данного металла предложил в 1854 г. французский химик А.Э. Сент-Клер Девиль. Способ заключался в восстановлении двойного хлорида алюминия и натрия Na3AlCl6 металлическим натрием. Похожий по цвету на серебро, алюминий на первых порах ценился очень дорого. С 1855 по 1890 гг. было получено всего 200 т металла. Современный способ получения алюминия электролизом криолито-глиноземного расплава разработан в 1886 г. одновременно и независимо друг от друга Ч. Холлом в США и П. Эру во Франции.

Общие сведения об алюминии

Распространенность в природе. По распространенности в природе алюминий занимает 3-е место после кислорода и кремния и 1-е среди металлов. Его содержание в земной коре составляет по массе 8,80 %. В свободном виде в силу своей химической активности не встречается. Известно несколько сотен минералов алюминия, преимущественно алюмосиликатов. Промышленное значение имеют боксит, алунит и нефелин. Нефелиновые породы беднее бокситов глиноземом, но при их комплексном использовании получаются важные побочные продукты: сода, поташ, серная кислота. В России был разработан метод комплексного использования нефелинов. Нефелиновые руды на территории России образуют в отличие от бокситов весьма крупные месторождения и создают практически неограниченные возможности для развития алюминиевой промышленности.

Физические и химические свойства. Алюминий сочетает весьма ценный комплекс свойств: малую плотность, высокие тепло- и электропроводимость, высокую пластичность и хорошую коррозионную стойкость. Он легко поддается ковке, штамповке, прокатке, волочению. Хорошо сваривается газовой, контактной и другими видами сварки. Решетка алюминия кубическая гранецентрированная с параметром а = 4,0413. Алюминий хорошо полируется, анодируется и обладает высокой отражательной способностью, близкой к серебру (он отражает до 90 % падающей световой энергии).

Обладая большим сродством к кислороду, на воздухе он покрывается тонкой, но очень прочной пленкой окиси Al2O3, защищающей металл от дальнейшего окисления и обусловливающей его высокие антикоррозионные свойства. Прочность окисной пленки и защитное действие ее сильно убывают в присутствии примесей ртути, натрия, магния, меди и др. Алюминий стоек к действию атмосферной коррозии, морской и пресной воды, практически не взаимодействует с концентрированной или сильно разбавленной азотной кислотой, с органическими кислотами, пищевыми продуктами.

Внешняя электронная оболочка атома алюминия состоит из 3 электронов и имеет строение 3s23р. В обычных условиях в соединениях трехвалентен, но при высоких температурах может быть одновалентным, образуя так называемые субсоединения. Субгалогениды алюминия (AlF и AlCl), устойчивые лишь в газообразном состоянии, в вакууме или в инертной атмосфере, при понижении температуры распадаются (диспропорционируют) на чистый Al и AlF3 или AlCl3 и поэтому могут быть использованы для получения сверхчистого алюминия. При накаливании мелкоизмельченный или порошкообразный алюминий энергично сгорает на воздухе. Свойством данного металла активно взаимодействовать с кислородом пользуются для восстановления металлов из их окислов.

Получение. В промышленности алюминий получают электролизом глинозема Al2O3, растворенного в расплавленном криолите Na3AlF6 при температуре около 950 °С.

Используются электролизеры 3 основных конструкций:

электролизеры с непрерывными самообжигающимися анодами и боковым подводом тока;
то же, но с верхним подводом тока;
электролизеры с обожженными анодами.

Электролитная ванна представляет собой железный кожух, футерованный внутри тепло- и электроизолирующим материалом (огнеупорным кирпичом) и выложенный угольными плитами и блоками. Рабочий объем заполняется расплавленным электролитом, состоящим из 6—8 % глинозема и 94—92 % криолита (обычно с добавкой AlF6 и около 5—6 % смеси фторидов калия и магния). Катодом служит подина ванны, анодом — погруженные в электролит угольные обожженные блоки или же набивные самообжигающиеся электроды. При прохождении тока на катоде выделяется расплавленный алюминий, который накапливается на подине, а на аноде — кислород, образующий с угольным анодом CO и CO₂. К глинозему (основному расходуемому материалу) предъявляются высокие требования по чистоте и размерам частиц. Присутствие в нем окислов более электроположительных элементов, чем алюминий, ведет к загрязнению металла. При достаточном содержании глинозема ванна работает нормально при электрическом напряжении порядка 4—4,5 В. Ванны присоединяют к источнику постоянного тока последовательно (сериями из 150—160 ванн). Современные электролизеры работают при силе тока до 150 кА. Из ванн алюминий извлекают обычно с помощью вакуум-ковша. Расплавленный металл чистотой 99,7 % разливают в формы.

При электролитическом производстве алюминия возможны поражения электрическим током, высокой температурой и вредными газами. Для предотвращения несчастных случаев ванны надежно изолируют, рабочие пользуются сухими валенками, соответствующей спецодеждой. Здоровая атмосфера поддерживается эффективной вентиляцией. При постоянном вдыхании пыли металлического алюминия и его окиси может возникнуть так называемый алюминоз легких. У рабочих, занятых в производстве алюминия, часто встречаются катары верхних дыхательных путей (риниты, фарингиты, ларингиты).

Применение. Сочетание физических, механических и химических свойств алюминия определяет его широкое применение практически во всех областях техники, особенно в виде его сплавов с другими металлами. В электротехнике алюминий успешно заменяет медь, особенно в производстве массивных проводников, например в воздушных линиях, высоковольтных кабелях, шинах распределительных устройств, трансформаторах. Сверхчистый алюминий используют в производстве электрических конденсаторов и выпрямителей, действие которых основано на способности окисной пленки алюминия пропускать электрический ток только в одном направлении. Сверхчистый металл, очищенный зонной плавкой, применяется для синтеза полупроводниковых соединений, применяемых для производства полупроводниковых приборов. Чистый алюминий используют в производстве разного рода зеркал отражателей, для предохранения металлических поверхностей от действия атмосферной коррозии (лакированием, применением алюминиевой краски). Обладая относительно низким сечением поглощения нейтронов, алюминий применяется как конструкционный материал в ядерных реакторах.

В алюминиевых резервуарах большой емкости хранят и транспортируют жидкие газы (метан, кислород, водород и т.д.), азотную и уксусную кислоты, чистую воду, перекись водорода и пищевые масла. Алюминий широко применяют в оборудовании и аппаратах пищевой промышленности, для упаковки пищевых продуктов (в виде фольги), для производства разного рода бытовых изделий. Резко возросло его потребление для отделки зданий, архитектурных, транспортных и спортивных сооружений.

В металлургии алюминий (помимо сплавов на его основе) — одна из самых распространенных легирующих добавок в сплавах на основе Cu, Mg, Ti, Ni, Zn и Fe. Применяют также для раскисления стали перед заливкой ее в форму, а также в процессах получения некоторых металлов методом алюминотермии. На основе алюминия методом порошковой металлургии создан САП (спеченный алюминиевый порошок), обладающий при температурах выше 300 °C большой жаропрочностью.

Данный металл используют в производстве взрывчатых веществ (аммонала, алюмотола). Производство и потребление алюминия непрерывно растут, значительно опережая по темпам роста производство стали, меди, свинца, цинка. Алюминий широко используют в виде сплавов с другими металлами. Хлорид алюминия используют в крекинге нефти и в производстве резины. Он “дымит” на воздухе с образованием соляной кислоты; при соединении с водой происходит взрыв, следовательно, сосуды, в которых его хранят, должны быть плотно закрыты и защищены от влаги. Соединения алюминия со щелочами используют в качестве катализаторов при производстве полиэтилена низкого давления. Они горючи, способны к самовозгоранию и токсичны, очень легко взаимодействуют с воздухом, влагой и соединениями, содержащими активный водород, поэтому должны храниться под слоем инертного газа. Оксид алюминия используют в качестве сырья для плавильных печей, абразивов, огнеупорной керамики и катализаторов.

Контакт с оксидами алюминия высоких концентраций (100 мг/м3) может привести к изменениям в легких. Мелкая пыль алюминия взрывоопасна: для пыли с размером частиц 0,14 мкм нижний предел взрываемости 40—50 г/м3, при контакте с раскаленной поверхностью — 7 г/м3.

Алюминий в организме. Алюминий входит в состав тканей животных и растений; в органах млекопитающих животных обнаружено от 10—3 до 10—5 % (на сырое вещество). Алюминий накапливается в печени, поджелудочной и щитовидной железах. В растительных продуктах его содержание колеблется от 4 мг на 1 кг сухого вещества (в картофеле) до 46 мг (в желтой репе), в продуктах животного происхождения — от 4 мг (в меде) до 72 мг на 1 кг сухого вещества (в говядине). В суточном рационе человека содержание алюминия достигает 35—40 мг.

Алюминий — это дитя цивилизации и прогресса. Только в середине ХХ в. появились технические возможности для массового производства “заменителя серебра”. Чудо-металл обеспечивает нас самолетами и электропроводкой, дешевой кухонной утварью и бытовой техникой, а взамен забирает наше здоровье.

В 1936—1938 гг. канадские ученые провели экспериментальные исследования, из которых следовало, что растворимость содержащей кремний пыли снижается, если одновременно подопытным животным вводить и тонкодисперсную пыль металлического алюминия. На основании этих опытов в дальнейшем было предложено вдыхание алюминиевой пудры как средство, предупреждающее развитие силикоза, и даже как лечебное мероприятие в отношении больных силикозом. Однако контрольные эксперименты на животных показали, что вдыхание и интратрахеальное введение пыли металлического алюминия не только не предотвращает развития силикоза и тем более не ведет к обратному его развитию, но и само по себе воздействие алюминия не является безвредным для организма.

Алюминоз наблюдается преимущественно у лиц, работающих с порошкообразным алюминием, который используется в пиротехнике и для изготовления краски, а также у рабочих электролизных цехов по получению алюминия из бокситов. Особенно тяжелые отравления алюминием стали наблюдаться у рабочих при его широком применении в самолетостроении.

В патоморфологической картине алюминоза отмечается развитие в легких межуточного склероза с разрастанием соединительной ткани в межальвеолярных перегородках, вокруг сосудов и бронхов. В просветах альвеол содержатся пылевые клетки скопления алюминия. Местами встречаются бронхоэктазы, мелко- и крупноочаговая эмфизема. Бифуркационные лимфатические узлы увеличены и уплотнены вследствие развития фиброзной ткани.

Далее по теме: