MUNKABIZTONSÁG 2.5 3.3
Fémmegmunkáló folyadékok munkabiztonsági vonatkozásai Tárgyszavak: munkabiztonság; fémfeldolgozás; veszélyes anyag; folyadék; káros hatás; toxicitás; egészségvédelem.
Fémfeldolgozó folyadékok típusai Amióta nagyipari módszerekkel dolgoznak fel fémeket, a szerszámok élettartamának növelése, a súrlódás csökkentése, a felületek védelme és a hulladék eltávolítása érdekében gyakran alkalmaznak különféle segédfolyadékokat, amelyek a keletkező hő egy részét is elnyelik. Eleinte ámbraolajat, különféle ásványi olajakat és petróleumot használtak erre a célra. Ezek a típusok voltak használatban az ipari forradalom kezdetétől egészen az 1940-es évek elejéig. Ezután részben a technológia fejlődése, részben az ámbráscetek számának csökkenése miatt új fémfeldolgozó folyadékok jelentek meg a piacon, köztük vízben oldható és félszintetikus típusok is. A két utóbbi típus az 1970-es évekre elterjedt az egész iparban. A nagysebességű feldolgozási technológiák, különleges ötvözetek és nagyobb pontossági követelmények megjelenése azonban 1985-től további új típusok kifejlesztését eredményezte, többek között az aminalapú, csökkentett szénhidrogén-tartalmú és szintetikus fémfeldolgozó folyadékokét. Ma egyetlen üzemen belül is találkozhatunk többféle fémfeldolgozó folyadék fajtával, amelyeket általában négy nagyobb típusba szoktak sorolni. • Sima olajok/tiszta olajok: ide tartoznak az oldószerrel finomított kőolajszármazékok, valamint egyéb állati vagy növényi, esetleg szintetikus olajok, esetleg ezek keverékei vagy adalékolt változatai. Ezeket nem vízzel együtt alkalmazzák. • Oldható olajok: ezek az előző csoporthoz tartozó olajok emulgátorokkal és más adalékokkal kombinálva, amelyeket felhasználás előtt vízzel kevernek össze. • Félszintetikus olajok: ezek a folyadékok 30–50% vizet tartalmaznak a sima olajokon, emulgátorokon és egyéb adalékokon kívül. A
félszintetikus olajok tartalmazhatnak egyéb szerves vegyületeket is, pl. aminokat (trietanolamint). • Szintetikus olajok: ezek nem tartalmaznak kőolajszármazékokat és felhasználás előtt vízzel keverik őket.
Egészségi veszélyek a fémfeldolgozó üzemben 1993-ban az USA egyik autóipari szakszervezete azzal a kéréssel fordult a Munkabiztonsági és Foglalkozás-egészségügyi Hivatalhoz (OSHA), hogy csökkentsék a fémmegmunkáló folyadékokra vonatkozó maximális megengedett expozíciós szintet 5,0 mg/m3-ről ennek az értéknek a tizedére. Ezek az értékek eredetileg olajködre vonatkoztak, csak később alkalmazták őket fémmegmunkáló folyadékra is. Érdekes megvizsgálni, hogy mit tett az autóipar e probléma megértése és kiküszöbölése érdekében, illetve hogy milyen szabályozási módosítások várhatók még a közeljövőben. A kérdésnek az ad jelentőséget, hogy az USAban kb. 1,2 millió dolgozó van kitéve ilyen jellegű veszélyeknek. A fémfeldolgozó folyadék ködének lehetséges egészségi kihatásai a következők: • bőrgyógyászati problémák, pl. kontakt dermatitisz; • rák (gégerák, végbélrák, hasnyálmirigyrák, bőrrák, hererák, hólyagrák); • tüdőbetegségek (allergiás léghólyaggyulladás, asztma) A dolgozók gyakran tapasztalnak bőrkivörösödést karjukon, mellkasukon, hasukon, ahol érintkezésbe kerülnek a megmunkált fémdarabokkal. Az irritáció lehet kémiai, biológiai, vagy mechanikai eredetű (az olajok kis fémszemcséket is tartalmaznak). A kialakuló bőrbántalom mértékét sok tényező befolyásolja: • a folyadék összetétele, • az érintkezés gyakorisága és időtartama (pl. a szennyezett ruha hordásának időtartama), • egyéni érzékenység allergénekkel szemben, • vízhatlan védőöltözet hordása. A rákos problémákat elsősorban a második generációs fémfeldolgozó folyadékokkal kapcsolatban észlelték, ahol a baktériumölő szerek miatt az aminokkal érintkezve rákkeltő nitrozaminok alakultak ki. Jelenleg ilyen baktericid vegyületeket nem ajánlanak fémfeldolgozó folyadékokhoz, de nem árt ellenőrizni a termékek biztonsági lapjait (MSDS). A rákkeltő tulajdonságot az is befolyásolta, hogy milyen mértékben finomítot-
ták felhasználás előtt az olajokat. A nem kellőképpen hidrogénezett ásványi olajok tartalmazhatnak több gyűrűs aromás szénhidrogéneket (PAH), amelyek rákkeltőek. A legérdekesebb, ugyanakkor a legkevésbé kutatott területet a fémfeldolgozó folyadékok által okozott tüdőelváltozások (asztma, ill. túlérzékenység okozta allergiás léghólyaggyulladás) jelentik. Az arra érzékeny személyeknél az asztmás tünetek olyan munkahelyi koncentrációk mellett jelentkeznek, amely más dolgozóknak általában nem okoznak problémát. A túlérzékenységet viszont a fémfeldolgozó folyadékokban elszaporodó baktériumok által termelt toxinok okozzák. A túlérzékenység tünetei között szerepel a tüdőgyulladás, légszomj, száraz köhögés és fogyás. Ez akkor léphet fel, amikor baj van a fémfeldolgozó folyadék mikrobiológiai kontrolljával. Ha túl sok baktericid/biocid vegyületet adnak a folyadékhoz, bőr-, szem- vagy tüdőirritáció alakulhat ki, illetve negatív hatással lehet nemcsak a mikroorganizmusokra, hanem az élő környezetre is. Ha viszont nem eléggé baktericid vegyületet alkalmaznak, vagy nem a megfelelő időben, a toxinok miatt alakulhatnak ki egészségi ártalmak. A fémfeldolgozó folyadék mikrobiológiai állapotát ellenőrző dolgozóknak folyamatosan ellenőrizniük kell a mikrobiológiai állományt, a pH-t, a színt, szagot, a szennyező olajok jelenlétét, a fémszemcsék mennyiségét a szűrőkön. Külön figyelmet kell szentelni azoknak a régióknak, ahol megállhat az olaj áramlása. Ilyen szolgáltatásokat külső cégeknek is ki lehet adni. A rákos és tüdőkárosodási esetekben az összefüggés bizonyítása a fémfeldolgozó folyadék expozícióval még folyamatban van.
A köd definíciója Az amerikai Országos Foglalkozás-egészségügyi és Munkabiztonsági Intézet (NIOSH) a következő módon definiálja a fémmegmunkáló folyadékból képződő aeroszolt: „az a köd minden szennyezőjével együtt, amely fémből és fémpótló anyagokból képződik köszörülés és egyéb gépi megmunkálási műveletek során”. Olyan finoman eloszlatott folyadékrészecskékről van szó, amelyek a fémmegmunkáló gépek környezetében fordulnak elő, a köd pedig heterogén rendszerként szemcséket és gőzöket is tartalmaz. Nem választhatók el az aeroszoltól a szilárd szemcsék sem, tehát van benne köd, pára és füst is. Az aeroszol folyékony és szilárd szemcséi olyan finomak (0,01-től 100 µm-ig), hogy sokáig diszpergált állapot-
ban maradnak. A szilárd szemcsék vagy az eredetileg is a levegőben levő még finomabb részecskék agglomerációjából, vagy a fém (esetleg fémhelyettesítő anyag) égéséből származnak.
Hogyan képződik a köd? A köd képződéséhez legalább három mechanizmus járul hozzá: a gőzképződés, a megmunkálás mechanikai hatása és a fémmegmunkáló folyadék illékony komponensei. A forró vágási zónában a legillékonyabb komponensek elpárolognak. A forró zónától távolabb megindul a gőzök kondenzációja és nagyságrendileg mikron finomságú folyadékcseppek képződnek. Ha nem megfelelő a szellőzés, az ilyen méretű cseppek nagy távolságra eljutnak. Füst képződik minden olyan anyagból, amelyek égnek a megmunkálás hőmérsékletén. A mechanikai megmunkálás egészen más módon képez ködöt. A nagy sebességgel mozgó forgó alkatrészek (pl. fúrók) mechanikailag szétoszlatják a fémfeldolgozó folyadékot. Ezeknek a cseppecskéknek a tipikus mérete 10 µm, tehát ezek jóval lokalizáltabban fordulnak elő. A harmadik mechanizmus szerint akkor képződnek apró cseppecskék, amikor a fémmegmunkáló folyadék nyugalomba kerül, és a benne levő levegő kiszabadul. Ilyenkor is mikron méretű cseppek képződnek, amelyekben olyan illékony komponensek találhatók, mint rövid szénláncú zsírsavak. A kis cseppméret miatt ez a ködkomponens is messze eljuthat a fémmegmunkáló berendezéstől a csarnokon belül, ha nem gondoskodnak eltávolításáról.
A ködöt leíró főbb változók Tekintettel arra, hogy a köd több úton képződik és a megmunkálási folyamat is meglehetősen komplex, sok tényező befolyásolja a ködképződést. Az egyik legfontosabb tényező a fémmegmunkáló eszköz sebessége (ezt a forgási sebesség és az eszköz átmérője is befolyásolja). Tekintettel arra, hogy a köd koncentrációja négyzetesen függ a szerszám sebességétől, ez a legfontosabb tényező. Más olyan tényezők, mint a betáplálás sebessége vagy a vágás mélysége (amelyek a feldolgozók szemében összefüggnek a szerszámsebességgel), csak kismértékben befolyásolják a ködképződést. Ez azt is jelenti, hogy a gépkezelőknek inkább e két utóbbi paraméterrel kell növelniük a termelékenységet, mert ezek nem növelik annyira a képződő köd mennyiségét.
A nem vizes folyadékok (egyszerű olajok) jobban hozzájárulnak a ködképződéshez, mint az egyéb folyadéktípusok (oldható olajok, félszintetikus és szintetikus folyadékok), amelyek vizet is tartalmaznak. Minél több a nem vizes komponens a folyadékban, annál több köd képződik. A folyadék hígítása és olajtartalma tehát ugyancsak fontos tényezők a ködképződés szempontjából. A fémmegmunkáló folyadékba véletlenül kerülő szennyező olaj (tramp oil) is növeli a köd mennyiségét. Egy kísérletsorozatban, amelyben különböző vizes alapú fémmegmunkáló folyadékok viselkedését tanulmányozták, kiderült, hogy 3% olaj hozzáadása háromszorosára is növelheti a képződő köd mennyiségét. Vannak olyan paraméterek is, amelyek nem kapcsolhatók a feldolgozó berendezéshez, mégis befolyásolják a köd mennyiségét. Ilyenek a cigarettafüst, a dízel kipufogógáz, építésből származó por, további hegesztő berendezésekből származó por, és egyéb, a területen levő feldolgozó berendezésektől származó hatások. Azt is megfigyelték, hogy a központi rendszerekben a forgács eltávolítására használt mosókból is gyakran származik köd. Ha mechanikus eltávolítási módszert választanak, vagy ha folyamatos mozgatás helyett inkább impulzusos áramlást használnak, kisebb a ködképződés. Egy 10 feldolgozó gépet működtető üzemben megbecsülték, hogy a központi rendszer alkalmazásával a hűtőfolyadék 90%-át a forgács továbbítására használják, 8%-ot a vágástól a mosórendszerig történő továbbításra, és mindössze 2% használódik fel magában a vágási folyamatban.
A köd toxicitása A fémfeldolgozás során keletkező ködök rengeteg biológiai, kémiai és fizikai eredetű komponenst tartalmaznak. A használt folyadékokban akár mikroorganizmusok is elszaporodhatnak, mert fel tudják használni azok szerves komponenseit tápanyagként. A tiszta fémfeldolgozó folyadékok komponensei ismertek, de az üzemi folyamatok során számos egyéb komponens is bekerülhet (szennyező olaj, tisztítószerek, zsírmenetesítők stb.). Jelen lehet számos mechanikus eredetű, de a feldolgozáshoz nem köthető elem is, pl. fémpor, dízel kipufogógáz, hegesztési szemcsék és por. A bonyolult összetétel miatt nehéz megállapítani az egyes komponensek, ill. azok kombinációinak egészségi hatását. Ezt tovább bonyolítja a dolgozók eltérő érzékenysége, valamint az adott munkahelyen fellépő egyéb kémiai és biológiai expozíciók hatása. Néha mikroorganizmu-
sok és endotoxinok is jelen vannak a ködben. Annak ellenére, hogy intenzíven folyik a toxikus komponensek kiszűrése, egyelőre nincsenek határozott válaszok.
A képződő ködmennyiség csökkentése Tekintettel arra, hogy az idegen olajokkal való szennyeződés jelentősen növelheti a köd mennyiségét, ügyelni kell ezeknek a folyadékoknak a megfelelő kezelésére, hogy elkerülhető legyen a szennyeződés. A munkakörnyezet tisztán tartása ugyancsak hozzájárulhat a ködképződés csökkentéséhez. A dohányzást célszerű elkülönített helyiségekre korlátozni, lehetőleg távol a munkaterülettől (vagy külön épületben). A ködképződést csökkentő stratégia legfontosabb elemei a következők: • a mechanikus ködképződés és a folyadékáramlás csökkentése a vágás helyén; • a forgács távozási sebességének csökkentése a feldolgozó berendezéstől; • jobb szellőzés (helyi és általános); • a feldolgozó gép elzárása; • ködképződést csökkentő adalékok. Az első ponttal kapcsolatban nagyon fontos szerepe van a megfelelő folyadék kiválasztásának, a tanácsadásnak. A gyártó cégek segítenek kiválasztani az adott művelethez és helyzethez leginkább megfelelő folyadékot, a megfelelő hatóanyag-koncentrációt és a megfelelő folyadékkezelési módszert. Ha ködképződést inkább mechanikai okokra lehet visszavezetni, akkor annak mértéke csökkenthető a folyadékáramlással, a folyadék levegőbe jutásának megakadályozásával (pl. habréteg alkalmazása az olajteknő fölött), esetleg olyan polimer adalékokkal, amelyek csökkentik az aeroszolképződést. A füst, a gyorsabb áramlás, a kevésbé illékony komponensek alkalmazása és a hűtés csökkenti az ilyen jellegű köd képződését. Optimalizálni kell a feldolgozó gép működési paramétereit is, elsősorban a folyadék nyomását és a vágás sebességét. Minél nagyobb a folyadéknyomás, és minél nagyobb a megmunkálás sebessége, annál több köd képződik. Emellett azonban fontos szerepe van a fúvóka megfelelő elhelyezésének is. A fémmegmunkáló folyadékot elsősorban saját funkciójában kell alkalmazni, a fogácsok eltávolításáról más eszközökkel kell gondoskodni.
Ha mindezeket az óvintézkedéseket megtették, még további mérnöki megfontolásokra is szükség lehet (pl. szellőztetők beszerelésére a csarnokba vagy az adott gépbe). A szellőztetőbe a ventilátoron kívül folyadékgyűjtőket is el kell helyezni. Számos ködleválasztó berendezés kapható már ma is a piacon, amelyek hatékonysága egyre javul. Vannak adott berendezésekhez tervezett ködleválasztók, vannak olyanok is, amelyek nagyobb területről gyűjtik a tisztítandó levegőt és vannak olyanok is, amelyek az üzem általános légtisztításába integrálhatók. Megfelelően alkalmazva azokat nagyon hatékonyan működnek. Ködleválasztási technológiák A ködleválasztásnak három gyakran alkalmazott technológiája van: a szűrés, a centrifugálás és az elektrosztatikus leválasztás. A centrifugák nagyobb részecskék esetében hatékonyak. Nagy sebességű köszörülés esetében, ahol finom szemcsék képződnek, a centrifugális helyett inkább szűrő ködleválasztókat érdemes alkalmazni. Igen hatékonyak a helyi elszívó ventilátorok is, amelyeket zárt fémfeldolgozó gépek mellé kínálnak. Itt rögtön a keletkezés helyén fogják meg a képződő ködöt. A modern berendezések többsége már ilyen zárt változatban készül, ahol a „doboz” azt a részt veszi körül, ahol a vágás történik. A keletkező ködöt negatív nyomással azonnal eltávolítják, és így nem kerülhet a munkacsarnok légkörébe. A gépkezelő addig nem nyitja ki a zárt részt a művelet befejezése után, amíg a szellőztetőberendezés el nem távolította a ködöt. Különösen fontos ez az olyan erős ködképződéssel járó műveletek esetében, mint a nagysebességű köszörülés. A ködképződést akadályozó adalékok rendszerint olyan polimerek, amelyek stabilizálják a nagyobb cseppeket, és megakadályozzák azok apróbb cseppekre töredezését. A legtöbb ködképződést gátló polimer adalék poli(izo-butilén)-ből, poli(etilén-oxid)-ból vagy asszociatív polimerekből áll. Az elsőt sima olajok esetében, a másik kettőt vizes alapú rendszerekben használják. Ezek az adalékok hatékonyan csökkentik az 1 µm körüli átmérőjű cseppek számát, amelyek mechanikus úton képződnek, de nem alkalmasak az 1 µm alatti ködcseppek eltávolítására, amelyek párolgás/kicsapódás útján képződnek. Tekintettel azonban arra, hogy 30–70%-kal képesek csökkenteni a köd mennyiségét, bizonyos területeken nagyon hasznosan alkalmazhatóak. Mindegyik polimer adalék azonban maga is az erős nyíróhatások miatt mechanikai degradációnak van kitéve (molekuláris szinten), ezért hatásuk nem túl tartós. Általában hetente kell előhígítás után újítani a
polimer adalékot. Maguk az adalékgyártók sincsenek teljesen megelégedve a mai lehetőségekkel, és stabilabb megoldásokat keresnek.
Esettanulmányok A General Motors hosszú idő óta próbálkozik a nagysebességű köszörülés során képződő köd mennyiségének csökkentésével. Itt sima olajat használnak folyadékként, a sebesség pedig kb. 6000 m/perc. A nagy sebesség miatt erős a melegedés, a rekondenzált szubmikronos cseppek keletkezése és a füstképződés. Először centifugális ködleválasztókkal próbálkoztak, amely más esetekben hatékonynak bizonyult (0,5 mg/m3 ködtartalom), de ebben az esetben a szubmikronos cseppek miatt át kellett állni a szűrős ködleválasztók használatára, ami ebben a nehéz esetben is lehetővé tette a 0,5 mg/m3 ködtartalom elérését. Egy esetben olyan problémát kellett megoldani, ahol az üzemben központi szellőztető és ködleválasztó rendszert használtak (sikerrel), de egy specifikus helyen az átlagosnál 30–50%-kal magasabb ködkoncentrációt mértek. Kiderült, hogy ezt a szivárgó olaj okozta, annak forrását kellett megszüntetni. Egy amerikai üzemben 2-akril-amido-2-metil-porpánszulfonsav monomerre épülő, nyíró igénybevétellel szemben stabilabb ködképződést gátló polimer adalékot teszteltek. Egy 5000 m2-es csarnokban egy 120 m3-s tartállyal kombinált központi ellátórendszer működött, amelyet öntött vas nagysebességű feldolgozásához használtak. Az adalékot a tartályba keverték be, kb. 1000 ppm (0,1%) szinten. Ezután 5 héten át regisztrálták a keletkező köd mennyiségét, és jelentős csökkenést tapasztaltak, és ez az alacsony szint további 8 héten át fennmaradt. A 40–50%-os ködcsökkenést eredményező polimer nem zavarta a feldolgozási műveletet és nem rontotta a képződő fémtermékek felületminőségét sem.
Kilátások Ami a szabályozás jövőbeni változásait illeti, az OSHA jelenleg más prioritásokkal van elfoglalva (hatértékű krómvegyületek, berillium és kristályos kvarc kiküszöbölése), ezért jelenleg nem aktuális a ködre vonatkozó szabályok megváltoztatása. A GM-nél az üzemek maguktól is törekszenek a köd csökkentésére. Régebbi berendezések esetében a megengedett kibocsátás 1,0 mg/m3, új berendezések esetében ennek a fele. Az újonnan vásárolt be-
rendezések már mind zártak, és saját elszívóval vannak ellátva. Az OSHA-hoz folyamodványt benyújtó szakszervezet is elégedetten állapította meg, hogy még azok a gépkocsigyártók is törekszenek a 0,5 mg/m3-s határ elérésére, amelyek jelenleg nem hajlandók ezt hivatalosan elfogadni. Erős törekvés van arra, hogy mennyiségi jellemzőket állapítsanak meg a keletkező ködre, amelyek összefüggésbe hozhatók annak veszélyességével, mert jelenleg ilyen egyszerű adat nem áll rendelkezésre. Ma inkább egy úgynevezett „zöld teret” próbálnak definiálni egy sokdimenziós paramétertérben, amelynek koordinátáit a gépbeállítási paraméterek, vegyszer-, mikroba- és nedvességtartalmak, hő és zaj alkotják. Ha ez a közelítés beválik, minőségileg új megközelítést jelenthet a feldolgozógépek biztonsági és foglalkozás-egészségügyi környezetével foglalkozó szakemberek számára. A kisebb feldolgozó cégek számára, amelyeknek ez túl bonyolult megközelítést jelent, továbbra is fontos szerepe lesz a felvilágosító tanácsadásnak. Összeállította: Bánhegyiné Dr. Tóth Ágnes Martin, T. J.: Controlling exposure to fluids. = Occupational Hazards, 67. k. 5. sz. 2005. p. 48–51. Canter, N.: Metalworking fluid mist: Strategies for minimizing exposure. = Tribology and Lubrication Technology, 61. k. 3. sz. 2005. p. 37–44.
