Кварцевое стекло на современном этапе развития науки и техники представляет исключительно большой интерес. Благодаря наличию уникальнейших физико-химических свойств, оно нашло широкое применение во многих областях науки и техники. Это стекло используется в астронавигации и технике высоких частот, цветной металлургии и промышленности полупроводников, здравоохранении, а также во многих других отраслях народного хозяйства. В нашей стране созданы и эксплуатируются предприятия по получению кварцевого стекла и будут строиться новые заводы. Процессы производства этого вида стекла значительно отличаются от получения обычного стекла как своим аппаратурным оформлением, так и используемым сырьем, в воздух при данном производстве поступает в виде аэрозолей чистый кварц. Помимо этого, производственные операции сопровождаются и другими неблагоприятными моментами.

Целью настоящего информационно-методического письма является изложение основных санитарно-гигиенических требований к организации технологических процессов и оборудованию для оказания помощи врачам, осуществляющим предупредительный и текущий санитарный надзор и участвующим в проведении предварительных и периодических медицинских осмотров, а также инженерам в проектировании и эксплуатации подобных производств.

Современный процесс получения кварцевого стекла складывается из следующих основных этапов: обогащения сырья (дробление, просеивание, обработка соляной и плавиковой кислотами, промывка, сушка), варки стекломассы при температуре 1800 - 2200 °C, выработки и последующей обработки полученных изделий (резка, шлифовка, кварцедувные работы и т.д.). В зависимости от применяемого сырья получают изделия в виде труб, оптически прозрачного и непрозрачного кварцевого стекла.

В качестве исходного сырья для получения стеклянных труб используется кристаллический горный хрусталь в кусках различной величины или крупка, содержащие 99,97% двуокиси кремния. Обогащение горного хрусталя начинается с его дробления в щековой дробилке и просева в сите-бурата. Используемое в настоящее время оборудование в гигиеническом отношении имеет ряд существенных недостатков: неполная герметизация, ручная загрузка с помощью лопаты. Раздробленный горный хрусталь обрабатывается в ваннах холодной 14 - 20% соляной кислоты. Во время загрузки и выгрузки ванны открыты, происходит выделение паров хлористого водорода в рабочую зону. Промытый хрусталь загружается вручную в противни и подается в муфельную печь для сушки при температуре 500 °C.

При ручном открывании печи и выгрузке из нее рабочий подвергается воздействию лучистой энергии. В процессе выгрузки горячих противней возможны ожоги рук работающих.

Последующая сортировка хрусталя проводится на открытых столах с выделением пыли и при значительном напряжении зрения сортировщиц. Варка прозрачного стекла осуществляется в вакуум-индукционных электропечах при температуре 1900 °C. В процессе варки при создаваемом в печи вакууме не происходит газо- и пылевыделений. Наиболее неблагоприятными в гигиеническом отношении являются операции открывания нижней заглушки печи после снятия вакуума и вытягивание кварцевой трубы. Эти процессы прерывистые, готовность стекломассы к вытягиванию определяется не на приборах, а визуально, "на глазок", при этом возможно преждевременное снятие вакуума и поступление в связи с этим продуктов испарения стекла (аэрозоль конденсации двуокиси кремния) в рабочую зону. Вытягивание трубок производится с помощью специальной машины, из-за нерациональной конструкции которой (отсутствие укрытия, автоматизации замера диаметра трубки, ее отломки по длине и т.д.) имеет место воздействие на работающих кварцевой пыли, окиси углерода, лучистой энергии.

Указанная операция сопровождается перегреванием организма, приводит к обильному профузному потоотделению. Из-за отсутствия специальных приспособлений для отломки трубки, возникает опасность травмирования глаз и открытых частей тела осколками горячего стекла. Заканчивается операция удалением вручную отработанного графитового тигля.

Технологическая схема получения оптически прозрачного кварцевого стекла в некоторой степени сходна с таковой при производстве кварцевых труб (содержание в исходном сырье 99,9% кремнезема, кислотная обработка крупки, одинаковая температура плавления обогащенного сырья).

В процессе подготовки сырья к плавке преобладают ручные процессы с затратой мышечной энергии. Наиболее трудоемкими операциями в обработке этого вида стекла являются резка (особенно крупногабаритных изделий) и грубая шлифовка, связанная со снятием больших объемов стекла.

Непрозрачное кварцевое стекло получается путем обогащения чистых кварцевых песков и последующей их плавки в электрических контактных печах при температуре 1800 - 2000 °C. Процессы обогащения песка протекают с применением воды. Одним из неблагоприятных в гигиеническом отношении моментов является процесс загрузки электропечи кварцевым песком, характеризующийся поступлением пыли кварца в рабочую зону. Несовершенно также оборудование, применяемое для раздувки блоков, оно открыто, является источником газовыделений.

Таким образом, несмотря на отдельные положительные моменты (применение на отдельных производствах гидро- и термодробления, варка стекла в вакууме, применение индукционных электропечей, как более прогрессивных с гигиенической точки зрения), наши исследования позволяют считать, что даже и современный технологический процесс и оборудование несовершенны с гигиенической точки зрения, что отрицательно отражается на состоянии производственной среды.

Санитарно-гигиенические условия труда рабочих характеризуются наличием комплекса неблагоприятных факторов: кварцевая пыль, окись углерода, пары кислот, нагревающийся микроклимат, шум, электромагнитные поля радиочастот. Однако ведущим из них является пыль. При начальных и заключительных этапах процесса в воздух поступает аэрозоль дезинтеграции, а при варке стекла и кварцедувных работах аэрозоль конденсации. Рентгеноструктурный анализ пыли показывает, что в отделениях варки и кварцедувном отделении пыль представлена аморфным кварцем; в отделениях обогащения сырья - кристаллической модификацией кварца; в шлифовально-полировальном по своему составу пыль смешанная: 80% аморфный кварц, 20% - кристаллический корунд. Содержание свободной двуокиси кремния в витающей пыли составляет 72 - 99% и только при шлифовальных работах несколько ниже - 87,5 - 60%. Частицы пыли высокодисперсны и даже аэрозоли дезинтеграции имеют размер до 5 микрон. Содержание пыли в воздухе колеблется в широких пределах (см. таблицу). Предельно-допустимые концентрации пыли в воздуху рабочих помещений 1 мг/м³.

Наибольшая запыленность наблюдается при погрузочно-разгрузочных и шлифовальных операциях. Основными причинами повышенной запыленности воздуха в отделениях являются применение сухих сыпучих материалов, наличие ручных операций, негерметичное оборудование и малоэффективная вентиляция.

Сопутствующими факторами при многих процессах являются химические вещества: окись углерода, пары соляной и плавиковой кислот. Концентрации паров соляной кислоты колеблются от 1 мг/м³ до 20 мг/м³. При обработке кварцевого стекла в плавиковой кислоте в рабочую зону поступают пары фтористого водорода в концентрациях 0,9 - 6,5 мг/м³.

Работа в отделениях обогащения сырья проводится в условиях высокой температуры воздуха (до 37 °C), в отделениях варки стекла при сочетанном действии высокой температуры и инфракрасного излучения. Перепады между температурой воздуха в помещении и наружной составляются летом 8 - 26 °C. Особенно высокой является температура у печей, вблизи смотровых окон, при вытягивании труб (до 56°). Температура наружных поверхностей печей без экранирования достигает 48°, при экранировании - 38°. Интенсивность потоков лучистого тепла колеблется при вытягивании от 2,5 до 20 кал/см²/мин. в зависимости от вида технологического процесса. Действие ее кратковременно и прерывисто (за исключением процессов кварцедувной обработки изделий).

Причинами неблагоприятных метеорологических условий являются: значительная насыщенность ряда помещений нагретым оборудованием, его недостаточная теплоизоляция, неудовлетворительная организация аэрации.

Выявлены и некоторые другие отрицательные моменты. Так, при выработке кварцевых труб имеет место воздействие на рабочего электромагнитных полей высокой частоты. Их источниками являются отдельные элементы ламповых генераторов печей индукционного нагрева. При отсутствии экранизации источников напряженность магнитного поля составляла 2 - 300 а/м, электрического - 8 - 50 а/м.

Исследования также показали, что работа некоторые видов оборудования (кварцедувных горелок, машинных генераторов, дробильно-помольных агрегатов) сопровождается шумом значительной интенсивности. Наиболее он выражен при кварцедувных работах и характеризуется широким диапазоном частот спектра (от 200 до 8000 гц).

Проведенные измерения при работе различного количества горелок показали, что уровень звукового давления колеблется в области высоких частот от 99 до 109 дб, что превышает допустимые величины на 6 - 34 дб. Характер шума стабильный, рабочий подвержен его воздействию 67% своего времени.

Таким образом, изучение условий труда работающих позволило установить, что в процессе работы они подвергаются воздействию комплекса неблагоприятных факторов, доминирующим среди которых являются кварцевая пыль и нагревающий микроклимат, а в отдельных помещениях - шум.

Разработка данных заболеваемости с временной утратой трудоспособности и специальных медицинских осмотров позволили выявить изменения в состоянии здоровья рабочих, которые в известной степени обусловлены воздействием вредных факторов среды.

Показатели заболеваемости у рабочих, занятых в производстве кварцевого стекла выше, чем аналогичные показатели у рабочих контрольной группы на 18% по числу больных лиц, и на 34% по числу дней нетрудоспособности.

Анализ заболеваемости с временной утратой трудоспособности рабочих за 4 года позволили выявить высокие показатели по гриппу и катару верхних дыхательных путей, ангинам, заболеваниям сердечно-сосудистой системы.

Значительный удельный вес в структуре занимают болезни органов периферической нервной системы, мышечно-двигательного аппарата, туберкулез, гипертоническая болезнь, а также группа "прочие" болезни.

Результаты исследования показали, что среди выявленных болезней первое место по частоте случаев занимают такие заболевания, как вегетососудистая дистония, болезни периферической нервной системы, органов дыхания.

Клинико-рентгенологическому обследованию были подвергнуты рабочие основных профессий (дробильщики-обогатители, варщики стекла, шлифовщики-полировщики и др.), находящиеся постоянно в контакте с пылью.

Возраст работающих от 25 до 40 лет, стаж работы от 5 до 13 лет. При рентгенографическом исследовании органов грудной клетки у 31% рабочих обнаружены изменения легочного рисунка различного характера (начальные и выраженные стадии пневмокониоза интерстициальной формы).

Обращает внимание значительная частота изменения верхних дыхательных путей. Патологические изменения выявлены у 61% обследованных, в том числе у одной трети обнаружены субатрофические изменения. Эти изменения представлены хроническими гранулезными фарингитами, хроническими субатрофическими назофарингитами и др.

Проведенное обследование рабочих, занятых в производстве кварцевого стекла и имеющих контакт с кварцсодержащей пылью свидетельствует о том, что выявленные изменения со стороны легких и верхних дыхательных путей являются результатом воздействия двуокиси кремния на органы дыхания, которое в дальнейшем может привести к развитию силикоза.

Для оценки состояния органов слуха были проведены аудиометрические исследования у рабочих-кварцедувов, подвергающихся воздействию интенсивного высокочастотного шума. Выявленные при этом случаи понижения слуха относятся к числу изменений слуховой чувствительности I степени и являются признаком воздействия шума на орган слуха. Установлена зависимость степени слуховой чувствительности от стажа работающих: чем больше стаж работы, тем степень изменений более выражена.

Результаты проведенных наблюдений позволили обосновать профилактические мероприятия по оздоровлению условий труда и снижению заболеваемости. В общем виде эти мероприятия направлены на совершенствование технологического процесса, оборудования и планировки, механизацию ручных операций, внедрение рациональной конструкции санитарно-технических устройств, рационализацию режима труда и отдыха, правильную организацию рабочего места, соблюдение мер личной защиты и выполнение лечебно-профилактических мероприятий.

В подготовительных отделениях среди оздоровительных мероприятий важное значение принадлежит непрерывности технологического процесса обогащения кварцевого сырья. С этой целью была рекомендована и в последующем оборудована поточная линия обработки кварцевой крупки. Это мероприятие позволило в 2 - 4 раза снизить концентрации пыли на рабочих местах, ликвидировать ряд ручных операций по обработке крупки и улучшить условия труда обогатителей.

Внедрение электроразрядного дробления горного хрусталя (по предложению Владимирской областной санэпидстанции) исключило выделение в воздушную среду пыли и обязательность нахождения рабочего в зоне дробилки. Отпала необходимость использовать пылящее дробильное оборудование - щековые и валковые дробилки, сита-бурата.

Процессы кислотной обработки горного хрусталя должны быть выделены в отдельное помещение; шкафы, в которых проводится выдержка хрусталя в соляной кислоте, закрыты плотными шторами, изготовленными из брезента. Механизирован процесс закачки кислоты в расходную емкость, а оттуда в реакторы. В результате проведения этих мероприятий, концентрации паров соляной кислоты в подготовительных отделениях снизились в 3 - 6 раз.

В отделениях выработки стекла необходимо рекомендовать переход на непрерывный способ вытягивания кварцевых труб. В этом случае будут ликвидированы такие трудоемкие операции, как постоянная загрузка и разгрузка высокочастотной печи, приготовление большого количества тиглей для печей и др. Имеется проект такой установки для выработки оптического стекла.

Для нормализации метеорологических условий целесообразно использование печей с индукционным нагревом, что исключает выделение лучистого и конвекционного тепла при их работе. В отделении выработки стеклоблоков генерирующие шум машинные генераторы от вакуум-компрессионных печей должны быть вынесены в изолированное помещение с шумопоглощающими стенами.

В кварцедувном отделении самым существенным мероприятием по снижению шума является конструирование и внедрение в производство новой газовой горелки с невысоким уровнем звукового давления.

Рекомендуется механизировать операции в подготовительных отделениях: загрузку мешков с кварцевой крупкой в ковш скипового подъемника, разгрузку бункера-накопителя кварцевой крупки, транспортировку горного хрусталя в печи и от нее на разбраковку, все работы по загрузке и выгрузке кварца в сушильные печи. Отдельные производственные операции, связанные с выделением пыли, необходимо оборудовать дистационным управлением: разделение крупки на фракции в виброситах, загрузку и выгрузку сырья в дробильное оборудование.

В отделениях выработки стекла оздоровление условий труда может быть достигнуто путем автоматизации процесса вытягивания труб, в первую очередь, процесса измерения диаметров трубы. Это будет способствовать устранению контакта рабочего с раскаленной кварцевой трубой. С целью предупреждения травмирования и воздействия лучистой энергии на работающих весьма важна механизация таких трудоемких операций, как выемка отработанного тигля из высокочастотной печи и разгрузка других стекловаренных печей (вакуум-компрессионных, электрических, газопламенных). Для отломки кварцевой трубки следует применить механический отломщик. Это предотвратит рабочего от опасности травмирования осколками стекла при ручной отломке трубки.

В отделениях обработки кварцевого стекла необходимо идти по линии механизации работ, связанных с обработкой стеклоизделий: шлифовки, обдирки, резки крупногабаритных оптических дисков стекла, которые осуществляются с затратой физических усилий.

Мероприятия по рациональной конструкции санитарно-технических устройств должны быть направлены на герметизацию пылящего оборудования, установку эффективней приточно-вытяжной вентиляции, улучшение искусственной освещенности и т.д.

Необходимо оборудовать местную приточную вентиляцию (воздушное душирование) с охлаждением воздуха в теплое время года на фиксированных рабочих местах варщиков стекла и при вытягивании труб; смонтировать вытяжные установки от вакуум-компрессионных печей, шлифовальных станков, нижних отверстий высокочастотных установок. Запыленный воздух перед выбросом в атмосферу должен подвергаться двухступенчатой очистке в камерах или циклонах в сочетании с рукавными фильтрами.

Оборудование местной вытяжной вентиляции (скорость отсоса 2 м/сек.) от нижних отверстий высокочастотных печей позволяет снизить концентрации пыли в отделения выработки кварцевых труб с 4,5 мг/м³ до 0,7 мг/м³. Устройство эффективной вентиляции и усовершенствование конструкции оборудования привело к уменьшению запыленности воздушной среды в отделениях выработки непрозрачного стекла с 16 мг/м³ до 3 мг/м³, выработки оптически прозрачного - с 3,2 мг/м³ до 0,8 мг/м³.

Освещенность люминесцентными лампами при сортировке оптической кварцевой крупки, кристаллов горного хрусталя и термодробленого хрусталя должна быть не ниже 750 лн.

С целью предупреждения воздействия лучистой энергии на варщика оптического стекла необходимо экранировать наружную поверхность газопламенных печей алюминием, который должен охлаждаться водой. Интенсивность лучистой энергии при этом уменьшается в 1,5 - 8 раз, температура в помещении выработки оптически прозрачного стекла снижается до 26 - 32°. Экранирование конденсаторных батарей и нижних отверстий индукторов печей по выработке кварцевых труб позволило уменьшись напряженность электромагнитного поля по магнитной составляющей в 2,5 - 5,2 раза, по электрической в 3 - 19 раз.

Сюда относятся мероприятия по улучшению конструкции рабочей мебели для кварцедувов и сортировщиков кварцевого сырья, выполняющих работу сидя. Кварцедувы должны иметь подлокотники из пористой резины для упора руками. Стул должен быть подвижным с откидывающейся спинкой. Края стола необходимо делать гладкими, без острых углов и шероховатостей. То же самое относится и к рабочей мебели сортировщиков кварцевого сырья.

С целью предупреждения воздействия на глаза энергии большое значение приобретает использование защитных очков: для варщиков стекла - специальные очки, для кварцедувов - экраны со светофильтром В-2 или В-2 из фиолетового стекла марки Т-1.

Для защиты органов дыхания от пыли наиболее эффективны респираторы ШБ-1 "Лепесток", имеющие высокий процент задержки аэрозолей. Для предохранения органов слуха от воздействия производственного шума целесообразно использовать антифоны-противошумы парки ВЦНИИОТ-4а, эффективные при работах с высокими частотами звукового давления. Возможно применение заглушек из органической ваты, рекомендованных лабораторией шума и вибрации института гигиены труда АМН СССР.

Для защиты тела варщиков от ожогов стекла рекомендуется применять специальные костюмы из хлопчатобумажных тканей с огнестойкой пропиткой.

С целью предупреждения воздействия лучистой энергии на кисти рук варщиков труб, должны быть использованы рукавицы из брезента со специальными асбестовыми прокладками на тыльной стороне рук. У кварцедувов с этой целью целесообразно использование перчаток из хлопчатобумажной ткани.

В соответствии с приказом Министра здравоохранения СССР N 400 от 30 мая 1969 г. рабочие, занятые в производстве кварцевого стекла должны проходить обязательные предварительные при поступлении на работу и периодические медицинские осмотры. Дробильщики-обогатители подлежат осмотру с целью выявления пылевой патологии, у варщиков стекла, кварцедувов, подвергавшихся воздействию инфракрасной радиации, должны обследоваться органы зрения. Обязательно проведение аудиометрических исследований у кварцедувов, находящихся в шумовой обстановке.

Одним из оздоровительных мероприятий следует считать организацию санаториев-профилакториев для рабочих, занятых в производстве кварцевого стекла. В последнее время в отечественной литературе появились работы, указывающие на необходимость проведения профилактических ингаляций щелочью рабочим, имеющим постоянный контакт с кварцесодержащей пылью.

В качестве лечебно-профилактического питания рабочим "пылевых" профессий Маршаком М.С. и Евгеновой М.В. рекомендована диета, обогащенная липотропными факторами, с введением метионина или холинхлорида. Клинические наблюдения показали положительные сдвиги в обмене веществ под влиянием этой диеты у работающих в контакте с силикозоопасной пылью.

Указанные оздоровительные мероприятия можно рекомендовать для всех предприятий по производству кварцевого стекла.

Письмо подготовлено Владимирской областной санэпидстанцией (т. Пучежским А.А.) под руководством отдела гигиены труда Главного санитарно-эпидемиологического управления Министерства здравоохранения РСФСР.