Излучение расплавленного металла это пример
Можно пояснить с позиций термодинамики -- в равновесии кинетическая энергия движения молекул распределяется равномерно по всем степеням свободы, по 0.5kT на каждую. Забудем на секунду квантмех, тогда электрон может болтаться в атоме как на пружинке, и становится ясно, что на эту колебательную степень свободы электрона в равновесии так же приходится 0.5kT. Просто потому, что она может приходиться от случайных столкновений с другими молекулами -- столкновений так много, что они неизбежно приводят к равномерному распределению энергии по всем возможным направлениям и способам движения. Как известно, движение заряда с ускорением (а колебательное движение именно таково) вызывает излучение -- вот, собственно, всё. Электрон "толкают", он начинает колебаться, излучает, успокаивается, его снова "толкают" и т. п. . То же справедливо для нормальных условий, в них кусок металла (да и чего угодно) тоже светится, но в инфракрасном диапазоне, и совсем немного в видимом.
Теперь ещё добавляем ступенчатость энергии в квантмехе и вот этот вопрос дяди Мити, и получаем полную картину :-)
А вот и нет. Переход с уровня на уровень даёт дискретный спектр, межд тем как спектр свечения нагретого тела - сплошной.
Прямо уж-таки сплошной? Это вот Ваше заявление противоречит основам эмиссионного спектрального анализа, например. Я на эти спектры каждый день смотрю - есть такой прибор, стилоскоп называется - там спектр видимой области прямо глазами видно визуально в виде линий)
Потому, что при нагревании металл получает дополнительную энергию. Эту энергию он и испускаетв виде фотонов (квантов) электромагнитного излучения. А глаз человека принимает это излучение как свет. За открытие процессов квантования М. Планк в 1924 г получил Нобелевку. Так, что когда включаете лампочку, то вспоминайте Макса Планка добрым словом.
А конкретней нельзя я это и так знаю.
Мне хотелось бы знать на какие процессы конкретно тратится энергия
полученная от нагревания.
Броня крепка! Просветленный (24849) Вам действительно хочется знать на какие процессы конкретно тратится энергия полученная от нагревания? Тогда надо читать серьезные книги по квантовой физике. А если и задавать здесь на эту тему вопросы, то задавать их на правильном русском языке и писать без ошибок!
Для простоты возьмем атом водорода. Если сильно его разогреть, то атом поглощает часть энергии. При этом электрон скачком переходит с нижней стационарной орбиты на более высокие стационарные орбиты ). Такой "возбужденный" атом не может долго существовать и электрон возвращается ("падает") на более низкую орбиту, выделяя при этом строго определенную порцию (квант) световой энергии. То же самое происходит и с атомами других элементов.
Почему ж тогда у Солнца (сплошь водород и гелий) спектр свечения сплошной, а не линейчатый, как у водорода? Линии Фраунгофера не в счёт - это линии ПОГЛОЩЕНИЯ, а не испускания.
Treasure Hunter Просветленный (23308) А причем тут водород и гелий? Непрерывные (или сплошные) спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. Для получения непрерывного спектра нужно всего лишь нагреть тело до высокой температуры. Характер непрерывного спектра и сам факт его существования не только определяются свойствами отдельных излучающих атомов, но и в сильной степени зависят от взаимодействия атомов друг с другом. Непрерывный спектр дает также высокотемпературная плазма. Электромагнитные волны излучаются плазмой в основном при столкновениях электронов с ионами.
Почему раскаленный металл светится, что именно за процессы заставляеют испускает кванты света из кристаллической решетки
Почему раскаленные металлы светятся, а стекло при той же температуре нет?
Стекло (лучше взять тугоплавкий кварц), нагретое, например, до 900°С, почти не светится или светится очень слабо, а достаточно тугоплавкий металл, например, железо, при той же температуре будет светиться очень ярко. Почему?
При нагревании тела светятся тем лучше, чем ближе они к абсолютно чёрному телу. Поэтому даже металлы светятся неодинаково. Расплавленый алюминий (около 700 градусов) остаётся зеркальным, а вот железо уже при 600 светится красным цветом. То есть чем меньше света тело поглощает - тем меньше оно и испускает при нагревании.
Стекло - прозрачное. То есть довольно далеко от приближения "абсолютно чёрного тела". Поэтому и не светится.
Это, так сказать, "феноменологиче ское" объяснение. Оно очевидно. А вот каков механизм этого явления? Кстати, поверхность расплавленного алюминия будет зеркальной, наверное, в атмосфере инертного газа? Потому что если расплавить на газовой конфорке конец алюминиевой проволоки, расплав будет очень "серым" из-за оксидной пленки (алюминий - очень активный металл, с водой реагирует, если нет защитного слоя оксида). — 6 лет назад
Механизм свечения нагретых тел вообще тёмна вода в облацех, и фундаментальное его объяснение даётся с привлечением концепции физического вакуума, выходящей за рамки моего понимания. — 6 лет назад
Я как химик аналитик далек от теории твердого тела и квантовой оптики, но догадываюсь, что при нагревании стекла запрещённая зона сужается и в конце концов исчезает. Тогда стекло и начинает светится. В металле запрещённая зона отсутствует, и температура его свечения определяется законом Планка. — 6 лет назад
Видимо, именно так: свет-то испускают не ядра, а электроны, и то не всякие, а только внешние (иначе это будет не свет, а рентген). Именно эти электроны легче всего термически возбуждаются в металлах. Интересно, а химик-аналитик Ю.А.Золотов как ответил бы на этот вопрос? :) — 6 лет назад
Кто такой Золотов, я не знаю.(((( Валентные электроны есть и в диэлектриках, и в проводниках, а вот электроны проводимости - только в проводниках. Они и дают свечение при высокой температуре.
Нашёл Ю.А.Золотова в Википедии. Думаю, что спрашивать нужно всё-таки физиков, а не химиков-аналитиков, даже владеющих в совершенстве спектральными методами анализа. — 6 лет назад
Золотов - академик, заведующий кафедрой аналитической химии, главный редактор “Журнала аналитической химии”. А по поводу электронов - верно: валентные электроны, например, кремния в силикатах трудно возбудить, а в металлах электроны перевести на более высокий уровень намного легче. — 6 лет назад
Вероятно, ответ такой. Все нагретые до достаточно высокой температуры тела излучают видимый свет (а инфракрасный свет и свет с большими длинами волн излучают и холодные тела). Излучение видимого света происходит в результате "прыжка" электрона с энергетически более высокого уровня на уровень с меньшей энергией. А "забрасывает" электроны на высокие энергетические уровни энергия столкновения атомов друг с другом, и эта энергия повышается с увеличением температуры. Легче всего возбуждаются внешние электроны металлов, поэтому металлы и начинают светиться обычно при более низких температурах. В стекле (кварце) электроны атомов кремния, кислорода и ИОНОВ металлов возбуждаются значительно труднее, поэтому нужны более высокие температуры, чтобы такие вещества начали испускать свет.
ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ. СВЕЧЕНИЕ ВЕЩЕСТВ
ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ. СВЕЧЕНИЕ ВЕЩЕСТВ. Слово «люминесценция» произошло от латинского lumen – свет. Все источники света можно разделить на два типа. К первому относятся те, свечение которых обусловлено высокой температурой, ко второму – так называемое холодное свечение (к нему, как правило, и относят различные виды люминесценции).
Самый «универсальный» способ заставить тело испускать свет – сильно нагреть его. Так излучают свет сильно нагретая спираль электроплитки, раскаленная спираль электрической лампочки, Солнце и звезды, свечка, факел и другие горящие вещества и тела. Чем выше температура, тем более энергично движутся и сталкиваются атомы в веществе. При этом электроны в атомах возбуждаются и переходят на уровни с повышенной энергией. В этом состоянии электроны находятся недолго (миллиардные доли секунды), после чего они теряют избыток энергии. Эта потеря сопровождается испусканием кванта света – фотона, энергия которого как раз равна разности энергии электронов на двух уровнях ( см. также АТОМА СТРОЕНИЕ).
При нагреве тел электроны могут запасать (а затем испускать) разную энергию. Поэтому нагретое тело излучает фотоны разной энергии, то есть разного «цвета». Чем меньше энергия фотона, тем «краснее» свет, а чем энергия выше, тем свет «голубее». При очень слабом нагреве вещества фотоны в основном имеют малую энергию, которая соответствует инфракрасному участку спектра. Этот термин произошел от латинского infra – под. В 1800 английский астроном и оптик Вильгельм Гершель, перемещая чувствительный термометр вдоль солнечного спектра, неожиданно обнаружил, что максимум температуры наблюдается в самом низу, за пределами красного участка спектра, где глаз ничего не различает. Поэтому инфракрасное излучение с длиной волны ( l ) больше 700–750 нм (0,70–0,75 мкм) и энергией фотонов меньше 160 кДж/моль часто называют тепловым. Много инфракрасных лучей испускает, например, хорошо протопленная печка.
Если постепенно повышать температуру тела, оно начнет светиться. Зависимость интенсивности излучения от длины волны имеет форму колокола: она максимальна при некоторой длине волны и быстро спадает при ее увеличении и уменьшении. В соответствии с законом смещения, сформулированным в 1894 Вильгельмом Вином, с повышением температуры максимум излучения смещается в сторону меньших длин волн: l max = 2900/T мкм; одновременно резко возрастает интенсивность излучения. Так, печка, нагретая до 150° С (423 К) излучает инфракрасный свет с максимумом около 7 мкм, поэтому ее свет невидим (в области менее 0,75 мкм фотонов практически нет). Если через спираль от электроплитки (она сделана из нихрома – тугоплавкого сплава никеля, железа, хрома и марганца) пропускать все более сильный электрический ток, она начнет светиться. При 500–600° С появляется темно-красный свет, чуть заметный в темноте, при 600–800° С цвет становится вишнево-красным, при 800–1000° С – ярко-красным, при 1000–1100° С – желтым, а если вещество нагреть еще сильнее, оно начнет испускать белый свет («белое каление»). По цвету астроном может определить температуру звезды, а опытный металлург – температуру расплавленного металла. Правда, спираль плитки до белого каления нагреть не удастся – она еще раньше расплавится или сгорит на воздухе. А вот тугоплавкую и химически стойкую платину можно нагреть очень сильно; на расплавленную платину (1770° С) невозможно даже смотреть с близкого расстояния – настолько яркий свет она испускает. Вольфрамовая спираль обычной лампы разогрета примерно до 2600° С и максимум ее излучения приходится на 1 мкм. Поэтому спираль излучает больше красных фотонов, чем синих, и ее цвет желтоватый. В галогенных лампах спираль раскалена сильнее, и их свет ближе к белому.
Когда горит свеча или факел, светятся мельчайшие раскаленные частички угля в пламени. Их температура не так высока, поэтому пламя красноватое. Когда в прошлом веке появились первые газовые фонари, их пламенем сильно нагревали специальные «калильные сетки», изготовленные из оксидов тория, церия и других редких металлов. Раскаленные сетки испускали очень яркий свет, которым освещали по ночам улицы.
Когда свет испускает раскаленный газ, тип излучения зависит не только от температуры, но и от давления. Если давление высоко, газ светится примерно так же, как твердое тело. Так излучают Солнце и звезды. Если давление газа невелико, спектр его излучения не сплошной, а линейчатый: газ излучает фотоны только некоторых длин волн, зависящих от природы газа. Каждый химический элемент имеет характерный для него линейчатый спектр. Исследование линейчатых спектров испускания – важный раздел спектрального анализа – метода, разработанного в начале 1860-х Густавом Робертом Кирхгофом и Робертом Вильгельмом Бунзеном.
С помощью спектрального анализа было открыто немало новых химических элементов. Первыми из низ были рубидий и цезий, открытие Кирхгофом и Бунзеном. Цезий назван по ярко-голубой линии в спектре (лат. caesius – голубой), рубидий – по линиям в красной части спектра (лат. rubidus – красный). Английский физик и химик Уильям Крукс, специалист в области спектрального анализа, изучая отходы сернокислотного производства, записал 7 марта 1861 в своем лабораторном журнале: «Зеленая линия в спектре, даваемая некоторыми порциями селеновых остатков, не обусловлена ни серой, селеном, теллуром; ни кальцием, барием, стронцием; ни калием, натрием, литием». Действительно, это была линия нового элемента, название которого произведено от греческого thallos – зеленая ветвь. Выбирая название новому элементу, Крукс проявил себя романтиком: «Я выбрал это название, ибо зеленая линия соответствует спектру и перекликается со специфической яркостью свежего цвета растений в настоящее время». Публикация эта датирована 18 мая 1861, когда цвет свежей зелени особенно ярок.
Ко второму типу относится свечение, не связанное с нагреванием – это и есть люминесценция в строгом смысле этого слова. Ее можно видеть в огнях рекламы (которую по традиции иногда называют «неоновой»); светятся экраны телевизоров и компьютеров, таблички «выход» в залах театров и кинотеатров, светятся цифры и стрелки на некоторых приборах, светятся ночью волны в океане и светлячки в лесу.
Механизм люминесценции может быть разным, так как существует несколько способов возбуждать электроны в атомах. Во многих лампах свет испускают ртутные пары, а энергию атомы ртути получают за счет электрического разряда. Если давление паров ртути невелико, лампа слабо светится бледно-синим светом, но зато она интенсивно излучает в невидимой ультрафиолетовой области ( l = 254 нм). Ультрафиолет убивает микробов, поэтому такие лампы называются бактерицидными; их устанавливают в больницах и поликлиниках и периодически включают для стерилизации помещения. Трубки этих ламп делают из специального стекла, пропускающего ультрафиолетовый свет.
Если трубку для лампы сделать из обычного стекла, но покрыть ее изнутри специальным составом – люминофором (в переводе – «несущий свет»), получится лампа дневного света. Люминофор, поглощая невидимый и вредный для глаз ультрафиолет, сам начинает светиться. Лампы дневного света часто имеют приятный желтоватый оттенок, приближающий его к солнечному; соответственно бывают люминесцентные лампы дневного, белого, тепло-белого и холодно-белого света. Эти лампы значительно экономичнее ламп накаливания: современная 11-ваттная люминесцентная лампа дает света столько же, сколько 75-ваттная лампа накаливания! Срок службы люминесцентных ламп также в 2–2,5 раза больше. Еще одно преимущество – трубка люминесцентной лампы чуть теплая, о нее невозможно обжечься, значит, уменьшается опасность возгорания или оплавления пластмассового светильника. Но есть у люминесцентных ламп и неприятная особенность: в них содержится немного ртути, и когда такие лампы просто выбрасывают на свалку, где они бьются, то это приводит к загрязнению воздуха и почвы ядовитым металлом.
Если к парам ртути в лампе добавить под давлением инертный газ, а трубку сделать из тугоплавкого кварцевого стекла, можно значительно повысить температуру в ней и получить лампу типа «горное солнце». Такие лампы используют в медицинских целях, а также для получения искусственного загара в зимнее время (особенно в северных районах России, где мало естественного солнечного ультрафиолета).
Ртутные лампы высокого давления, наподобие тех, что применяют в кабинетах физиотерапии, используют и для освещения улиц. Эти лампы двойные: внутри у них кварцевая лампа, а снаружи – большой стеклянный баллон, также покрытый изнутри люминофором, который излучает свет, несколько напоминающий дневной. Такие лампы могут иметь мощность в десятки киловатт; их используют для освещения площадей, стадионов, железнодорожных узлов – везде, где требуется создать хорошее освещение на большой площади. Для этой цели используют также ксеноновые лампы сверхвысокого давления.
В последние десятилетия для уличного освещения начали широко использовать натриевые лампы, дающие желтовато-оранжевый цвет. Свет в этих лампах испускают пары натрия (иногда с добавками других металлов). Свет этих ламп довольно далек от дневного, но зато они экономичнее, так как при той же затрате электроэнергии дают значительно большую освещенность.
В веществах-люминофорах могут происходить различные физические процессы. Чтобы люминофор светился, его надо возбуждать, т.е. подводить энергию. Делать это можно разными способами. Самый распространенный способ возбуждения – светом, видимым или ультрафиолетовым (фотолюминесценция). Электроны с избыточной энергией могут излучить свет практически сразу – за время порядка стомиллионной доли секунды после поглощения возбуждающего фотона. В таком случае излучение называется флуоресценцией – от названия минерала флюорита CaF2, у которого впервые обнаружено это явление. Флуоресцируют синеватым светом кристаллы нафталина на солнечном свету, зеленоватым светом – растворов флуоресцеина или эозина (эти красители иногда добавляют к шампуням и экстрактам для ванн), ярко светятся на солнечном свету особые краски бакенов, цветных афиш, деталей одежды, фломастеров (маркеров). Это так называемые дневные флуоресцирующие красители – органические соединения, поглощающие ультрафиолетовые и синие солнечные лучи и излучающие зеленые, оранжевые или красные. Сильной флуоресценцией обладает хинин, соединение с исключительно горьким вкусом. Он используется как лекарство от малярии, его также добавляют к различным тонизирующим напиткам. Малые добавки хинина придают напиткам чуть горьковатый привкус, а также. способность ярко светиться под действием ультрафиолетовых лучей!
Флуоресцирующие красители входят в состав многих моющих средств. Здесь они выполняют роль оптических отбеливателей. Их назначение – преобразовать ультрафиолетовую часть солнечного света в голубой, синий и фиолетовый свет. Таким образом они «подправляют» чуть желтоватый цвет ткани так, что она кажется чисто белой. Этот прием известен с древности, только вместо синтетических флуоресцирующих красителей раньше подкрашивали ткань синькой.
Иногда фотолюминесценция не исчезает сразу после прекращения действия источника возбуждения, а может продолжаться несколько секунд, минут, а иногда и часов. Это фосфоресценция (от латинского phos – свет и phoros – несущий). Фосфоресценцию органических молекул можно наблюдать только в специальных условиях в лабораториях. А вот неорганические фосфoры – это те самые люминофоры, которыми покрыты изнутри лампы дневного света. Чаще всего это различные оксиды, сульфиды, фосфаты и силикаты. Кроме этих веществ, в состав люминофора вводят активирующие добавки сурьмы, марганца, олова, серебра, меди и других тяжелых металлов. Примером могут служить (Zn,Sr)3(PO4)2·Sn, BaSi2O5·Pb. В мировом выпуске всех классов люминофоров их доля составляет примерно 90%.
От ламп дневного света не требуется, чтобы они светились после отключения от сети. Но бывают люминофоры с длительным послесвечением, их используют для покрытия циферблатов и стрелок измерительных приборов. Если такой люминофор длительного действия «насветить» несколько минут на солнце, то потом в темноте в течение нескольких часов он будет светиться – сначала ярко, потом все более тускло.
Люминофоры для экранов телевизоров, мониторов, осциллографов относятся к катодолюминофорам – они возбуждаются пучком электронов (раньше их называли катодными лучами). Еще в конце 19 в. были найдены вещества, ярко светящиеся под действием электронов. В настоящее время по масштабам мирового производства (сотни тонн в год) катодолюминофоры занимают второе место после ламповых люминофоров. Некоторые из них перестают светиться после прекращения возбуждения очень быстро; если бы, к примеру, люминофор на экране телевизора светился хотя бы секунду после того, как с него ушел «рисующий» изображение электронный луч, картинка на экране была бы полностью смазана. Другие люминофоры, наоборот, должны обладать послесвечением. Ими покрыты экраны с «памятью» (в некоторых осциллографах, радиолокационных трубках). Для получения цветного изображения используют люминофоры со специальными активаторами. Например, в цветных телевизорах синее свечение экрана может давать ZnS·Ag, зеленое – (Zn,Cd)S·Cu,Al, красное – Y2(O,S)3·Eu. Разработаны и другие композиции, в которых сочетание трех основных цветов в различных соотношениях дает миллионы разнообразных оттенков. Используются они и при производстве компьютеров – для экранов цветных мониторов (если посмотреть в сильную лупу на белый экран, можно увидеть цветные светящиеся точки – пиксели). К катодолюминофорам близки ретгенолюминофоры, которыми покрыты экраны в рентгеновских кабинетах – они светятся под действием рентгеновских лучей. Кроме уже упомянутых люминофоров, здесь могут использоваться CaWO4, BaSO4·Pb и другие.
В отдельный класс выделяют электролюминофоры – вещества, светящиеся под действием электрического поля. Они непосредственно преобразуют электрическую энергию в световую, потребляя очень малую мощность и обладая очень большим сроком службы. Однако светимость электролюминофоров мала, поэтому их используют обычно для световой сигнализации. Например, надпись «выход», светящаяся зеленым светом в концертных залах, театрах и кинотеатрах, – это как раз пример электролюминофора.
Наконец, последний класс люминофоров – радиолюминофоры, свечение которых возбуждается излучением естественных или искусственных радиоактивных препаратов. Такие люминофоры могут светиться годами, а срок их работы часто обусловлен разрушающим действием радиации на люминофор. Радиолюминофоры сыграли в свое время огромную роль в изучении явлений радиоактивности: до изобретения электроизмерительных приборов (ионизационной камеры, счетчика Гейгера – Мюллера) ими покрывали небольшие пластинки и затем в полной темноте подсчитывали число вспышек на пластинке, чтобы определить интенсивность излучения от разных источников. Раньше радиолюминофором служил тетрацианоплатинат(II) бария Ba[Pt(CN)4]·4Н2О. Под действием радиации в нем возбуждается яркая желто-зеленая люминесценция. Сейчас используют значительно более дешевые люминофоры, например, активированный медью сульфид цинка. Раньше радиолюминофором – светящимся составом постоянного действия с примесью радиоактивного препарата покрывали стрелки и цифры часов. Из-за вредности (в основном для рабочих, занятых на производстве) такие часы сейчас не делают.
Особую группу светящихся веществ составляют соединения, испускающие свет за счет энергии химических реакций. Это явление называется хемилюминесценцией. Светиться могут гнилушки, светляки, некоторые морские одноклеточные организмы. Светятся и многие морские животные, обитающие как на поверхности моря, так и в его глубине. Это примеры биолюминесценции – свечения в живых организмах. Причина всех описанных явлений – химические реакции, идущие с выделением энергии. Обычно эта энергия выделяется в виде тепла, но в редких случаях часть ее переходит в световую. В живых организмах такие реакции (как и все другие) регулируются ферментами.
Известны и неферментативные химические реакции, в ходе которых наблюдается хемилюминесценция. Еще в 1669 алхимик из Гамбурга Хенниг Бранд случайно открыл белый фосфор по его свечению в темноте. Впоследствии химики выяснили, что белый фосфор легко испаряется, и светятся его пары, когда они реагируют с кислородом воздуха. В результате был открыт совершенно новый класс химических реакций.
Свечение паров фосфора, хотя и привело к важному научному открытию, не имеет практического значения. Однако химики обнаружили, что при окислении некоторых органических веществ, например, перекисью водорода, энергия реакции почти со 100%-ной эффективностью преобразуется в световую. При этом наблюдается настолько яркая хемилюминесценция, что ее можно видеть даже при дневном освещении. Это явление используют, например, для производства игрушек и украшений. Их делают в виде прозрачных пластмассовых трубочек, в которых запаяна ампула с перекисью водорода, а также раствор дифенилового эфира щавелевой кислоты и флуоресцентный краситель. Если ампулу раздавить, эфир начнет окисляться, энергия этой реакции передается на краситель, который и светится. Его цвет может быть разным – оранжевым, голубым, зеленым – в зависимости от красителя. Чем быстрее идет реакция окисления, тем ярче свечение, но тем быстрее оно прекращается. Подбором компонентов получают яркое (можно читать в темноте) свечение, которое затухает в течение примерно 12 часов – для карнавала или дискотеки этого вполне достаточно.
Безопасность технологического процесса выплавки металлов
Процесс плавки и рафинирования металлической руды и лома. Придание металлу формы на токарном станке. Общие сведения о технологических процессах, вредные и опасные факторы и их предотвращение. Основные опасные и вредные факторы литейного производства.
| Рубрика | Безопасность жизнедеятельности и охрана труда |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.01.2014 |
| Размер файла | 23,5 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
по дисциплине «Безопасность технологических процессов в металлургии»
на тему «Безопасность технологического процесса выплавки металлов»
1. Выплавка металлов
2. Общие сведения о технологических процессах
3. Вредные и опасные факторы и их предотвращение
4. Загрязнение и защита окружающей среды
Список использованной литературы
В процессе жизнедеятельности человек подвергается воздействию различных опасностей, под которыми обычно понимают явления, процессы, объекты, способные в определенных условиях наносить ущерб здоровью человека непосредственно или косвенно, т.е. вызывать различные нежелательные последствия. Человек подвергается воздействию опасностей и в своей трудовой деятельности. Эта деятельность осуществляется в пространстве, называемом производственной средой. В условиях производства на человека в основном действуют техногенные, т.е. связанные с техникой, опасности, которые принято называть опасными и вредными производственными факторами.
Основными опасными и вредными факторами литейного производства являются выделения теплоты, пыли, токсических газов, аэрозолей, движущиеся машины и механизмы, подвижные части производственного оборудования.
1. Выплавка металлов
Металлургическая промышленность перерабатывает руду и металлолом для получения сплавов и чистых металлов. В металлообрабатывающих отраслях производится их обработка с целью производства деталей и компонентов машин, оборудования, приборов и инструментов, в которых нуждаются другие промышленные отрасли и сектора экономики. В качестве исходных материалов металлы и сплавы используются в различных видах, в частности в виде проката (круглого, полосового, тонколистового, трубчатого и т. п.) и холоднотянутых изделий (круглых, трубчатых, проволоки, мелкосортных профилей и т.п.). К основным технологическим методам обработки металла относятся следующие:
· Плавка и рафинирование металлической руды и лома
· Разливка расплавленного металла в профильные формы
· Придание металлу формы для волочения с помощью ковки или штамповки (горячая или холодная ковка под прессом)
· Сварка или резка тонколистового металла
· Агломерация (сжатие и нагрев материалов в порошковой форме из одного или нескольких металлов)
· Придание металлу формы на токарном станке
Разнообразные методы применяются и для отделки и покрытия металлов, в их числе шлифовка и полировка, абразивная струйная очистка, гальваностегия, оцинкование, термическая обработка, анодирование, нанесение защитного покрытия спеканием.
При плавке металлов ценные компоненты отделяются от бесполезного материала посредством физических и химических реакций. Конечным продуктом становится металл, содержащий заданное количество примесей. При первичной плавке металлы получают непосредственно из рудных концентратов, при вторичной - из лома и технологических отходов. К лому относятся пригодные для переработки остатки, обрезки металлических деталей, нестандартные бруски, листы и проволока.
плавка металл опасный вредный
Для производства металлов чаще всего применяются два технологических способа - пирометаллургический и гидрометаллургический. В пирометаллургическом процессе отделение металлов от других материалов происходит за счет теплоты - используется разница между потенциалами оксидирования, точками плавления, давлением паров, плотностью или смешиваемостью рудных компонентов при плавке. Гидрометаллургическая технология характеризуется тем, что металлы отделяются в водных растворах от других материалов с помощью методов, основанных на использовании разной растворимости их структурных составляющих, на различии их электрохимических свойств.
В пирометаллургическом процессе руда после ее обогащения (посредством дробления, измельчения, флотации и сушки) агломерируется или обжигается (кальцинируется) с другими материалами, такими как флюс. Затем концентрат плавится в доменной печи, полученные слитки подвергается третьему пирометаллургическому процессу для рафинирования металла до требуемого уровня чистоты. Каждый раз при нагревании руды или слитка образуются отходы. Вентиляционная пыль и технологические газы могут накапливаться в пылеуловителе с тканевыми фильтрами и удаляются или возвращаются в процесс в зависимости от остаточного содержания металла. Из газа захватывается также сера, и, если ее концентрация превышает 4%, она может быть превращена в серную кислоту. В зависимости от происхождения руды и остаточного содержания основного металла из нее в качестве побочных продуктов могут извлекаться различные металлы, например, такие как золото и серебро.
При плавке сульфидной руды образуется частично оксидированный металлический концентрат (штейн). При плавке ненужный материал, обычно железо, образует с флюсом шлак и превращается в оксид. Ценные металлы обретают кондиции на этапе конвертерного процесса (в конвертерной печи). Этот метод используется при производстве меди и никеля. Железо, феррохром, свинец, магний и железистые соединения получаются посредством перегонки руды с древесным углем и флюсом (известняком) - плавка обычно проводится в электрической печи (см. главу Железо и Сталь). Еще один пример пирометаллургического процесса - электролиз расплавленных солей.
Высокая температура, требуемая для пирометаллургической обработки, достигается с помощью сжигания ископаемого топлива или использованием экзотермической реакции самой руды (например, во взвешенной плавке). Взвешенная плавка может служить примером энергосберегающего пирометаллургического процесса, при котором оксидируются железо и сера рудного концентрата. Экзотермическая реакция в сочетании с системой рекуперации теплоты обеспечивает ощутимую экономию энергии. Высокая рекуперация серы в этом процессе благоприятна также для защиты окружающей среды. Такой процесс используется в большей части недавно построенных меде- и никелеплавильных цехов.
Примерами гидрометаллургического процесса являются выщелачивание, осаждение осадков, электролитическое восстановление, ионообмен, мембранное разделение и экстракция растворителем. Первый этап гидрометаллургического процесса - выщелачивание ценных металлов из менее ценного материала, например, с помощью серной кислоты. Выщелачиванию часто предшествует предварительная обработка (например, сульфатизирующий обжиг). Процесс выщелачивания, как правило, требует высоких давления и температуры, присутствия кислорода. Выщелачивание можно осуществлять и с применением электричества. Искомые металл или его соединения получают из выщелачивающего раствора посредством осаждения или восстановления различными методами. Так, восстановление используется при производстве кобальта и никеля с применением газа.
Электролиз металлов в водных растворах также считается гидрометаллургическим процессом. При электролизе ионы металла преобразуются в металл. Находящийся в слабом кислотном растворе он осаждается на катодах под воздействием электрического тока. Посредством электролиза могут быть рафинированы многие цветные металлы.
Часто, в зависимости от обрабатываемого рудного концентрата и типа рафинируемого металла, металлургический процесс представляет собой сочетание пирометаллургического и гидрометаллургического процессов. Пример - производство никеля.
Предотвращение вредных факторов и травматизма в металлургической промышленности является, главным образом, проблемой обучения и проблемой технической. Медицинский аспект тут вторичен, играют только дополнительную роль. Наибольший эффект в предотвращении вредных факторов дают обмен информацией и сотрудничество между отделами планирования, техники безопасности и профессиональной гигиены, а также компаниями.
Самыми экономичными и результативными становятся меры, которые принимаются на этапе планирования нового процесса или создания новой установки. При планировании производственных мощностей необходимо принимать во внимание, как минимум, следующие аспекты:
· Потенциальные источники загрязняющих атмосферу веществ должны быть закрыты корпусом, изолированы;
· Технологическое оборудование должно быть сконструировано и размещено так, чтобы обеспечивался свободный доступ для его обслуживания;
· Зоны, где возможно непредвиденное возникновение вредных факторов (например, существует угроза поражения электричеством или отравления цианистым водородом), необходимо постоянно контролировать, предусмотрев надежную систему предупреждения об опасности;
· Ядовитые химреагенты должны добавляться так, чтобы контакт человека с ними был технологически исключен;
· Для соблюдения личной профессиональной гигиены необходимо использовать пробоотборники, позволяющие оценивать реальный уровень опасного воздействия вредных факторов. Необходим регулярный фиксируемый контроль загазованности, запыленности, шума;
· При планировании технологического пространства следует учитывать возможные изменения или расширение производства, чтобы не ухудшать стандарты профессиональной гигиены;
· Должна действовать система непрерывной подготовки специалистов, мастеров, бригадиров и рабочих по технике безопасности, санитарии и гигиене. Особое внимание следует уделять разъяснению вопросов, связанных с вредными факторами на конкретных рабочих местах, вновь принятым работникам. Такая специальная подготовка необходима каждый раз при внедрении нового технологического процесса;
· Несоблюдение личной гигиены при приеме пищи, курение в рабочей зоне способны увеличить незащищенность от вредных факторов;
· Руководство предприятия обязано наладить такую систему контроля за техникой безопасности, за уровнем санитарии и гигиены, которая позволяла бы получать надежные данные для принятия технических и экономических решений;
В литейном производстве уровень травматизма выше, чем во многих других отраслях. Разбрызгивание или разлив расплавленного металла и шлака; взрывы газа и при контакте расплава с водой; столкновения (наезд) локомотивов, вагонов, передвижных кранов и другого мобильного оборудования; падение тяжелых предметов и падение с высоты, на скользких полах и переходах - таков далеко не полный перечень источников травматизма.
К мерам предосторожности относятся следующие: надлежащая подготовка работников, соответствующие средства индивидуальной защиты (каска, предохранительная обувь, перчатки и т.п.); безопасное хранение материалов; профилактическое обслуживания оборудования; строгое соблюдение правил движения подвижного оборудования (установленные маршруты, эффективная сигнализации); программа мер предупреждения травм из-за падений.
3.2 Термическое воздействие
Заболевания, связанные с температурным воздействием, такие как стенокардия, вызываются, главным образом, инфракрасным излучением от печей и расплавленного металла. Это - особая проблема при напряженной работе в условиях высоких температур.
Ее решению способствуют размещение перед печами водяной или воздушной завесы, местное охлаждение, будки с кондиционерами, теплоизолирующая защитная одежда, достаточно продолжительная акклиматизация и регулярные перерывы в работе, позволяющие отдохнуть в прохладном месте, надлежащее количество напитков для обеспечения повышенной потребности организма в жидкости.
3.3 Химические вредные факторы
У плавильных печей высока незащищенность от вредных паров, пыли, газов, химических веществ. При дроблении и измельчении руды опасное воздействие оказывают диоксид кремния и токсичная металлическая пыль (содержащая свинец, мышьяк, кадмий и т.п.).
Ограничивать выбросы пыли и газа помогают защитные укрытия рабочей зоны, автоматизация технологического процесса, местная вытяжная вентиляция, смачивание материалов, исключение непосредственных контактов с ними. Если названных мер недостаточно, прибегают к специальной защите органов дыхания.
При плавке из сульфидных руд и моно оксида углерода в процессе сгорания выделяется значительный объем диоксида серы. Снизить опасность помогает разрежающая и местная вытяжная вентиляция.
Как побочный продукт при плавке образуется серная кислота, используемая в электролитическом рафинировании и выщелачивании металлов. Она вредна как в жидком состоянии, так и в виде паров (тумана). От нее следует защищать кожу и глаза, чему во многом способствует местная вытяжная вентиляция.
При получении некоторых металлов возникают особые вредные факторы. К ним следует отнести карбонил никеля (при рафинировании никеля), фториды (при плавке алюминия), мышьяк (при плавке и рафинировании меди и свинца), а также ртуть и цианид (при рафинировании золота). Чтобы предохраниться от них, нужны исключительные меры предосторожности.
3.4 Другие вредные факторы
Яркое видимое и инфракрасное излучение расплавленного металла пагубно для зрения, способно спровоцировать катаракту. Средства предохранения от него - очки и щитки. Интенсивное инфракрасное излучение вызывает ожоги кожи, если не использовать защитную одежду.
Установки для дробления и измельчения руды, газовые воздуходувки, электропечи высокой мощности производят шумы, угнетающие органы слуха. Если невозможна изоляция источника шума, следует прибегать к индивидуальным средствам защиты (например, наушникам). Необходимы регулярные аудиометрические исследования, на основании которых может быть составлена программа специальных мер.
Вредные электрические факторы возникают при электролитических процессах. К мерам предосторожности относятся надлежащее обслуживание электрических систем, наличие блокировки и маркировки; изоляционные перчатки, одежда и инструменты; при необходимости - устройства, предотвращающие замыкание на землю. Контакт с материалами, их подъем чреваты травмами спины и рук. Использование вспомогательных механизмов, в частности подъемных, заметно снижает остроту данной проблемы.
5. Загрязнение и защита окружающей среды
Выбросы таких опасных газов, как диоксид серы, сульфид водорода и хлорид водорода загрязняют воздушную среду, а также могут вызывать коррозию металла и бетона. Стойкость растительности к воздействию диоксида серы различна в зависимости от ее типа и характера почвы (в целом, вечнозеленые деревья менее устойчивы, чем лиственные). В выбросах могут содержаться неспецифические твердые частицы, фториды, свинец, мышьяк, кадмий и многие другие токсичные металлы. Сточные воды несут с собой многообразные опасные вещества, например, серную кислоту. Твердые отходы могут быть загрязнены мышьяком, свинцом, сульфидом железа, диоксидом кремния и т.д.
На плавильном производстве необходимо предусмотреть оценку и регулирование выбросов. Эта работа, имеющая свою специфику, должна выполняться персоналом, тщательно изучившим химические свойства материалов, выбрасываемых при технологических процессах. Их физическое состояние, температура, при которой они покидают процесс, компоненты газового потока, многие иные факторы - все это приходится учитывать при планировании мероприятий, направленных на снижение уровня загрязнения воздушной среды. Целесообразно также предусмотреть регистрацию метеорологических данных и готовность уменьшить количество выбросов при определенных погодных условиях. Необходимы выезды в населенные пункты и сельскохозяйственные районы для регулярного наблюдения за степенью загрязнения воздушной среды.
Источником диоксида серы - одного из главных загрязняющих веществ - является получаемая в значительных количествах серная кислота. Соблюдение стандартов выброса диоксида серы и других вредных газообразных отходов в отдельных случаях обеспечивается путем очистки с помощью тканевых фильтров и электростатических отстойников.
В таком процессе флотации, как концентрация меди, используется значительный объем воды. Большая часть его не сбрасывается, а возвращается в технологический процесс. Хвостовые погоны перекачиваются как шлам в отстойные водоемы; на очистных установках происходит обработка воды.
К твердым отходам относятся шлаки, шлам, образующийся при преобразовании диоксида серы в серную кислоту, отстой в прудах - хранилищах отходов. Некоторые шлаки вновь концентрируют и возвращают в плавильные печи для переработки или извлечения присутствующих в них металлов. Многие отходы вредны и должны храниться с соблюдением правил охраны окружающей среды.
Читайте также: