Техника безопасности при производстве магния и сплавов магния

Физико-химические свойства магния и магниевых сплавов таковы, что при работе с этими сплавами в жидком и твердом их состоянии необходимо соблюдать специальные правила техники безопасности.
Магниевые сплавы при определенных условиях воспламеняются вследствие высокой химической активности и большого сродства магния к кислороду.
В компактной форме — в чушках, слитках магний и магниевые сплавы при нормальной температуре практически неогнеопасны. Скорость окисления магния и сплавов, а также возможность их воспламенения возрастает с повышением температуры и уменьшением размеров частиц, с увеличением поверхности соприкосновения частиц магния с окружающей средой.
Магний и его сплавы загораются при нагревании на воздухе выше температуры плавления. Горение магния сопровождается выделением большого количества тепла по реакции
2Mg+O2=2MgO+146,1 ккал.
При горении магния на воздухе достигается температура 2850° С. Ниже приведена температура возможного загорания магния и его сплавов:
Магний или сплав   МЛ4     МЛ5, МЛ5п. ч.   МЛ12   Магний
Температура, °С      >400     >430                  >500      650
Сухая стружка магниевых сплавов в зависимости от состава воспламеняется при 400-500°С. Чистая сухая
пыль магниевых сплавов воспламеняется со взрывом при 420—440° С; при этом минимальная взрывоопасная концентрация пыли в воздухе равна 20—25 мг/л. Магниевая пыль с содержанием 4—48% влаги воспламеняется при 360—420° С. В пылевидном состоянии магний энергично взаимодействует с водой по реакциям:
Mg+H2O→MgO+H2+77,73 ккал;
Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2+81,96 ккал.
В результате этих реакций выделяется водород и температура повышается до 100° С.
Наличие водорода в воздухе более 4% недопустимо из-за возможности образования гремучего газа.
За последние годы на переделах переработки магния были внедрены новые аппараты и процессы, в качестве легирующих компонентов использованы новые металлы. В связи с этим необходимо отметить наиболее опасные моменты при эксплуатации оборудования и выполнении технологических операций, а также предложить наиболее безопасные приемы труда и оцепить вновь применяемые и получаемые материалы с точки зрения их безопасного использования.
ХАРАКТЕРИСТИКА  ОСНОВНЫХ  ВРЕДНЫХ  ВЕЩЕСТВ,  ИСПОЛЬЗУЕМЫХ  ПРИ  РАФИНИРОВАНИИ  И  ЛИТЬЕ  МАГНИЯ  И  СПЛАВОВ
Рафинирование, приготовление и разливка магния и магниевых сплавов связаны с использованием различных вредных веществ. Ниже помещена краткая их характеристика и показано токсическое их действие на организм человека [99].
Окись магниячасто встречается в производственных условиях при горении магния. Образующийся дым вызывает явления, напоминающие литейную лихорадку (потеря аппетита, усталость, сонливость, сухой кашель, озноб), наиболее ярко выраженную при воздействии на организм окиси цинка. Норм не установлено, однако описанные явления возникают при вдыхании воздуха, содержащего 4—6 мг/м3 окиси магния в течение 12 мин.
Газы
Сернистый газ— (двуокись серы) тяжелый с удушливым и колющим запахом газ, кислый на вкус. Легко
растворим в воде. Предельно допустимая концентрация (ПДК) 10 мг/м3. При отравлении действует на дыхательные пути, наблюдаются чихание, насморк, боль и стеснение в области груди, першение и царапание в горле, временная хрипота, затрудненное дыхание, слезотечение, возможны бронхит, воспаление и даже отек легких. Первая помощь при отравлении этим газом — немедленное удаление из зараженной атмосферы, вдыхание кислорода. Пострадавшего необходимо направить в медпункт. Во избежание отравления надо надевать фильтрующий противогаз марки В и спецодежду.
Хлор— газ желтовато-зеленого цвета с резким удушливым запахом. Легко растворяется в воде, лучше всего при 9—10° С. Легко сгущается в темновато-зеленоватую жидкость. ПДК 1,00 мг/м3. Действует на дыхательные пути. При отравлениях им наблюдается сильный кашель, спазм голосовой щели, чувство боли и стеснения в области груди, мокрота, иногда с примесью крови, одышка, общая слабость, тошнота, рвота, хрипота, жжение и царапание в горле, насморк, чихание, слезотечение. Средства защиты от отравления хлором: фильтрующий противогаз марки В и соответствующая спецодежда.
Металлы (легирующие компоненты)
Алюминий.В компактной форме алюминий не горит и не воспламеняется. пыль (порошок) алюминия взрывоопасна . Нижний предел взрываемости алюминиевой пыли 40—50 мг/л. ПДК пыли окиси алюминия и сплавовалюминия 2 мг/м3.
Цинк. Встречается в воздухе рабочих помещений в виде тумана везде, где нагрет выше его температуры плавления, равной 419° С. Окись цинка образуется при окислении паров цинка при 650° С и ниже, при этом получается тонкая суспензия с частицами величиной 0,3— 0,4 мкм. Вдыхание окиси цинка вызывает литейную лихорадку. ПДК для окиси цинка составляет 5 мг/м3.
Марганец.Встречается в воздухе при плавке сплавов, при измельчении и разливке. Наибольшую опасность представляет вдыхание больших количеств пыли. При отравлении поражается центральная нервная система. ПДК составляет 0,3 мг/м3 в пересчете на двуокись марганца. Средства защиты от отравления марганцем — противопылевые респираторы типа ШБ-1  («лепесток»)
пли ШБ-2, при большой концентрации пыли — промышленный противогаз с коробкой БКФ и фильтром.
Литий.При введении лития в магний возможно образование окиси лития и ее гидрата. При отравлении литием происходит поражение желудочно-кишечного тракта, почек и центральной нервной системы. ПДК гидрида лития 0,025 мг/м3. Литий надо хранить в керосине либо парафине. Промышленный противогаз марки «В» при приготовлении и разливке магнневолитиевых сплавов не предохраняет человека от проникновения соединений лития в органы дыхания.
Кадмий.Особенность кадмия — его сравнительно низкая температура кипения, равная 767° С. При достижении этой температуры над магниевыми сплавами, содержащими кадмий, образуются желтовато-коричневые пары. При плавлении кадмия возможно отравление его окисью. Поскольку окись кадмия не имеет запаха и не оказывает непосредственного раздражающего действия на организм, она особенно опасна. Все соединения кадмия ядовиты (пыль, туман, пары, дым). Признаками отравления являются раздражение слизистых оболочек, слабость, повышение температуры. ПДК окиси кадмия 0,1 мг/м3, ПДК пыли кадмиевого сплава 0,3— 0,4 мг/м3.
Торий.Обладает естественной радиоактивностью, является альфа-излучателем. Опасно попадание тория в организм при вдыхании загрязненного воздуха. Необходимо соблюдать правила безопасной работы с радиоактивными металлами. Работу надо выполнять в изолированном помещении на максимально герметизированном оборудовании при мощной общей и местной вентиляции. ПДК тория 0,05 мг/м3.
Бериллий. Пыль бериллия и его окиси встречаются в атмосфере цехов, где плавят и разливают сплавы, в состав которых вводят соединения бериллия. Металлический бериллий и его соли ядовиты. Степень отравления соединениями бериллия зависит от степени их дисперсности: более дисперсные частицы (дымы или пары) более ядовиты и ведут к поражениям глубоких дыхательных путей, менее дисперсные — преимущественно действуют на верхние дыхательные пути и кожу. ПДК бериллия и его соединений 0,001 мг/м3. Индивидуальным защитным средством от бериллия является противопыле-вый респиратор ШБ-1 («лепесток»). При концентрациях ПДК более 0,2 мг/м3 необходимо работать в специальных пневмошлемах и пневмокостюмах.
Ртутьи подавляющее большинство ее соединений весьма ядовиты. Жидкий металл при обыкновенной температуре испаряется и проникает в организм через дыхательные пути. Случаи острого отравления ртутью сравнительно редки. В производственных условиях гораздо чаще наблюдается хроническое отравление ртутью (меркуриализм) при длительном вдыхании малых концентраций паров ртути. Основные симптомы: головная боль, головокружение, сонливость, сменяющаяся бессо-ницей, слабость, быстрая утомляемость, ослабление памяти, чувство страха, потливость. При работе необходимо надевать противогаз марки Г и соответствующую спецодежду, которую следует регулярно чистить. Уносить спецодежду домой запрещается. Допустимая концентрация 0,01 мг/м3. Места работы с ртутью и ее соединениями должны быть оснащены мощной вентиляцией.
Галлий, индий.При использовании галлия необходимо от мест возможного его испарения производить специальные отсосы. Обязательна защита рук во избежание непосредственного контакта с галлием. Во время и после работы руки необходимо тщательно мыть.
Таллий — сильный яд, напоминающий по действию свинец и мышьяк. Поражает центральную нервную систему, желудочно-кишечный тракт и кожу. ПДК таллия 0,01 мг/м3. Необходима максимальная герметизация оборудования, на котором производят плавку и разливку сплавов, содержащих таллий.
Соли
Хлористые и фтористые соли щелочных и щелочноземельных металлов(кроме хлористого бария) неядовиты. Однако длительная работа с ними — голыми руками — может вызвать раздражение кожи вплоть до образования дерматитов и катары дыхательных путей.
Хлористый барийпри попадании внутрь организма действует на органы дыхания и пищеварения, вызывая слюнотечение, жжение во рту и пищеводе, боли в желудке, паралич. Токсические дозы 0,2—0,5 г; при приеме внутрь вызывает отравление, смертельная доза 0,8— 0,9 г. Защитные Средства при работе с хлористым барием: респираторы и противогазы.
Поражение электрическим током
Печи, применяемые на литейном переделе магниевых заводов, — в основном с электрическим обогревом. Поэтому возможно поражение обслуживающего персонала электрическим током. Он вызывает механическое повреждение тканей, ожоги, поражение центральной нервной системы, оказывает электрохимическое воздействие на кровь. Ток силой 0,05 А и выше опасен, а ток 0,11 А и выше смертелен. Безопасно в сухом открытом помещении напряжение не выше 36 В, во влажных и закрытых сосудах — не выше 12 В.
Работники литейных цехов должны хорошо знать меры по оказанию первой помощи при поражении электрическим током — освобождение от тока и проведение искусственного дыхания — и уметь применять их.
ОСОБЕННОСТИ  ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ  В   ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  ПРОЦЕССАХ
Соляные печи.Поскольку в состав электролита печи для непрерывного рафинирования магния входят хлористые соли, при обслуживании печи следует соблюдать все меры предосторожности, предусмотренные при работе с расплавленными солями. Кроме того, в состав электролита входит хлористый барий, что заставляет значительно ужесточить требования по соблюдению правил использования промышленных противогазов.
Работы по пуску, остановке печи, а также по замене колокола необходимо выполнять только по наряду-допуску в связи с совокупностью различных факторов: высокой температуры, загазованности, большой глубины печи и наличия в ней 10—20 т расплавленной соли.
Все аппараты в литейном отделении заземлены. Поэтому во избежание короткого замыкания и перегорания троса мостового крана (при выполнении всех операций с применением мостового крана) печь необходимо отключать. Исключением является разделительный миксер поточной системы, располагающийся в электролизном цехе. В этом случае требуется соблюдать правила, предусмотренные при работе с электролизерами, т. е. миксер должен быть тщательно изолирован от земли.
Аварийные ситуации при эксплуатации печей могут возникать при попадании воды из сальников водоохлаждаемых электродов в электролит, а также при выходе магния из-под колокола вследствие разрушения колокола либо из-за перелива магния.
При тщательной герметичности под колоколом происходит накопление водорода над магнием. Внезапное открытие герметичной крышки колокола приводит к поступлению воздуха в зону над металлом и возникновению гремучей смеси. Поэтому наиболее приемлемым решением в данном случае следует считать не герметизацию пространства над металлом, а защиту магния от окисления путем подачи нейтрального газа. Исключительное внимание следует уделять прочностисвода печи.
Транспортировка магнияс помощью электромагнитных насосов. После включения устройств для разогрева трубопровода и начала транспортировки по нему магния должно пройти определенное время для полного испарения всей влаги, находящейся внутри трубопровода. Особое внимание следует уделять прочности сварных швов активной зоны насоса и напорного трубопровода, так как при возникновении отверстия возможен ожог вытекающим из него жидким магнием.
При транспортировке магния электромагнитными насосами наиболее опасной операцией является подсос магния в трубопровод с помощью вакуума.
Приготовление магния и сплавов высокой чистоты.Титансодержащий флюс отличается большой гигроскопичностью, поэтому перед загрузкой в магний его следует подогревать. Однако сильный нагрев, особенно мелкоизмельченного флюса, может вызвать его самовозгорание.
Загрузку крупных кусков флюса следует производить осторожно во избежание выброса металла.
Из-за высокой активности низших хлоридов титана и взаимодействия их с железом тигля может произойти преждевременное прогорание тигля.
Разливка магния высокой чистоты в чушки сопровождается сильным его горением ослепительным пламенем в зоне заливки в изложницу. Поэтому при разливке следует использовать светозащитные очки.
Разливка магния в изложницы.При конвейерной разливке металла в чугунные изложницы необходимо своевременно открывать воду для охлаждения изложниц. Как правило, воду, точка подачи которой расположена на нижней ветви ленты в зоне выпадения чушек,начинают подавать после одного оборота ленты (после длительного перерыва в литье). Преждевременная подача воды на непрогретую изложницу может привести к выбросу металла при заливке его в эту изложницу. По этой же причине изложницу перед заливкой металла надо нагреть до 120—150° С, что гарантирует отсутствие в ней влаги.
При разливке магния или сплавов из тигля путем его наклона очень часто шлам со дна тигля попадает в изложницу. В этом случае разливку надо прекратить и шлам из изложницы удалить, иначе из-за гигроскопичности шлама, в состав которого входят хлористые соли, также возможен «выброс» металла из изложницы.
При проектировании водоохлаждаемых изложниц необходимо обязательно учитывать, что точка ввода воды в изложницу должна быть расположена в самой нижней ее части, а точка выхода — в самой верхней. Если не выполнять это требование, то в полости, предназначенной для воды, возможно образование паровых пробок, резкое повышение давления внутри изложницы и разрыв стенки изложницы.
Поскольку водоохлаждаемые изложницы выполняют сварными, при их проектировании и изготовлении следует исключить возможность контакта магния и воды. При эксплуатации необходимо регулярно проверять прочность сварных швов и стенок изложницы.
Перед заливкой жидкого металла изложницу надо нагреть до температуры не ниже 50—60° С, чтобы исключить конденсацию влаги из окружающего воздуха на внутренней стенке изложницы.
Приготовление и разливка сплавов магния с литием и ртутью
При разливке магниеволитиевых сплавов всегда следует учитывать, что их окисляемость па воздухе значительно сильнее, чем магниевых сплавов, не содержащих литий, и самого магния. При извлечении уровнемера либо при отборе пробы или проливе металла образуется огромное количество белого дыма, вероятно окиси лития и окиси магния, способного значительно уменьшить видимость в промышленном цехе за короткий промежуток времени.
При обработке сплавов на станках возможно загорание стружки. Поэтому инструмент следует соответственно затачивать, чтобы исключить трение резца о слиток.
Поскольку в состав некоторых магниевых сплавов входит ртуть, то на всех этапах и переделах приготовления их следует соблюдать специальные правила, определяющие условия работы с ртутью.
Следует отметить, что наиболее опасен передел обработки готовых слитков (отбор пробы на токарном станке, обдирка и обрезка торцов слитков и пр.). Образующаяся при этом пыль токсична.
Наиболее безопасны приготовление и обработка слитков на герметичном оборудовании.