108287 Tutkimus

Keraamisen hiekan käyttökelpoisuus valimoiden kvartsipölyhaitan poistamiseksi

Keraamisen hiekan käyttökelpoisuus valimoiden kvartsipölyhaitan poistamiseksi

10.11.2008

Valimoissa yleisin käytetty muottien kaavausaine on kvartsihiekka. Kvartsipölyä syntyy työvaiheissa, joissa kvartsihiekkaa liikutellaan tai käsitellään siten, että hiekka hiertyy. Tällaisia vaiheita ovat esimerkiksi muottien kaavaus, keernojen valmistus, muottien tyhjennys ja valujen puhdistus. Kaikkein haitallisinta on erittäin hienojakoinen kvartsipöly, eli alveolijae, joka tunkeutuu aina keuhkorakkuloihin saakka. Kyseessä on niin pieni jae, ettei sitä silmin havaita, joten pölyn leviämisen laajuus on vaikeasti arvioitavissa, eivätkä työntekijät välttämättä miellä altistuvansa pölylle.

Jos kvartsipölystä pyritään kokonaan eroon, on kaavaushiekka korvattava kvartsittomalla tuotteella. Uusimpana lupaavana vaihtoehtona ovat synteettisesti valmistetut keraamiset hiekat. Hankkeen tarkoituksena on tutkia keraamisen hiekan käyttökelpoisuutta kvartsihiekan korvaavana tuotteena.

Keraaminen hiekka on kallista, mutta ainakin osittain hintaa voivat kompensoida tuotteen muut edulliset ominaisuudet. Keraamisen hiekan käytön sanotaan vähentävän taipumusta kiinnipalamiseen, tunkeumaan ja halkeamapurseen muodostumiseen. Kokeellisella tutkimuksella, esimerkiksi koevaluilla, selvitetään, ovatko tuotteen tekniset ominaisuudet niin hyvällä tasolla suhteessa hintaan, että täysin kvartsittoman valimoprosessin toteuttaminen olisi taloudellisesti mahdollista.

Hankkeen vastuuhenkilö
Juhani Orkas

Aineistoa Materials-välilehdellä.

Synteettisestä keraamisesta hiekasta toivoa pölykeuhkon ennaltaehkäisyyn

15.10.2010

Aalto-yliopiston teknillisen korkeakoulun koneenrakennustekniikan laitos tutki, miten valimotyöntekijöiden pölyaltistusta voidaan vähentää. Valimopölylle altistuminen kaksinkertaistaa riskin sairastua keuhkosairauksiin. Työsuojelurahasto osallistui tutkimuksen rahoitukseen.

Valimopölylle altistuneen riskinä ovat keuhkoputkitulehdukset, keuhkoahtauma ja astmaoireet. Muottien materiaalina valimoissa käytetään yleisesti kvartsihiekkaa. Kun kvartsihiekkaa käsitellään, muodostuu terveydelle haitallista hienojakoista kvartsipölyä.

Tavallisesti pölyltä suojaudutaan suojaimilla ja kohdepoistoimureilla, mutta kvartsihiekka voidaan myös korvata vaihtoehtoisilla tuotteilla. Valimo-olosuhteissa ilmanvaihdon haasteena on, että metallisula ja kuumat valukappaleet aiheuttavat erittäin voimakkaan konvektion. Konvektiolla tarkoitetaan lämmön siirtoa kaasussa tai nesteessä.

Kvartsipölyä syntyy työvaiheissa, joissa kvartsihiekkaa liikutellaan tai käsitellään siten, että hiekka hiertyy. Tällaisia ovat esimerkiksi muottien kaavaus, keernojen valmistus, muottien tyhjennys ja valujen puhdistus.

Synteettiset keraamiset hiekat kvartsihiekan korvaajiksi

Uusi lupaava vaihtoehto kvartsihiekalle ovat synteettisesti valmistetut keraamiset hiekat. Synteettisellä keraamisella hiekalla on kvartsihiekkaan nähden monia edullisia ominaisuuksia. Näitä ovat esimerkiksi vähäinen lämpölaajeneminen, hyvä tyhjennettävyys ja kvartsihiekkaa vähäisempi pölyn tuotto. Tarjolla on useita tuotteita, jotka eivät sisällä lainkaan kiteistä kvartsia. Myös kvartsia sisältävissä tuotteissa on silloin huomattavasti kvartsihiekkaa alhaisemmat kvartsipitoisuudet.

Muiden kuin kvartsia sisältävien faasien osalta haitallisuuden arviointi on hankalaa, koska maailmaltakaan ei löydy sopivaa tutkimusta. Täyttä varmuutta ei siten ole siitä, että tällä pölyllä olisi vähemmän terveydellisiä haittavaikutuksia kuin kvartsipölyllä.

Keraaminen hiekka kestää kvartsia paremmin mekaanista kulutusta ja näin todennäköisesti syntyy vähemmän pölyä. Keraaminen hiekka on kallista, mutta hintaa kompensoivat tuotteen muut edulliset ominaisuudet. Säästöä voidaan saavuttaa kappaleiden paremmalla pinnanlaadulla, jolloin työläs viimeistelyvaihe helpottuu.

Käyttöä rajoittaa korkea hinta

Hinta kuitenkin rajoittaa käyttöä, ja ehdoton edellytys keraamisen hiekan käytölle on, että uuden hiekan lisäyksen tarve on pieni. Tämä vaatii hiekan tehokasta elvytystä. Lisäksi kappaleiden laatua on parannettava ja työmäärää vähennettävä. Korkean hinnan ohella käyttöä rajoittaa taipumus pureutumiseen ja tunkeumavirheeseen.

Perinteisesti kvartsihiekan vaihtoehtona on käytetty oliviinihiekkaa, kromihiekkaa ja zirkonihiekkaa. Zirkonihiekka on lievästi radioaktiivista ja hinnaltaan erittäin kallista. Sen käyttö rajoittuu hyvin vaativiin erikoissovelluksiin. Myös oliviini- ja kromiittihiekka ovat huomattavasti kvartsihiekkaa kalliimpia. Kromiittihiekan ominaisuudet ovat kertakäyttöhiekkana erinomaiset, mutta kiertohiekkana sen ominaisuudet heikkenevät.

Kromiittihiekan suuremmasta tiheydestä johtuen muotit ovat huomattavasti painavampia kuin kvartsihiekkaiset. Myöskään oliviinihiekan ominaisuudet hintaan nähden eivät ole riittäneet sen yleistymiseen.

Oireiden ilmaantuessa kivipölykeuhko on jo edennyt pitkälle

Millään menetelmällä ei kvartsipölystä päästä täysin eroon, ellei kvartsihiekkaa korvata vaihtoehtoisella tuotteella. Kaikkein haitallisinta on erittäin hienojakoinen kvartsipöly, joka tunkeutuu aina keuhkorakkuloihin saakka. Pölyn jakeet ovat niin pieniä, ettei niitä havaitse paljain silmin. Siten tällaisen pölyn leviämisen laajuus on vaikeasti arvioitavissa, eikä työntekijä välttämättä miellä altistuvansa pölylle.

Altistuminen hienojakoiselle kvartsipölylle voi aiheuttaa silikoosia, eli kivipölykeuhkoa, keuhkosyöpää ja tuberkuloosia. Krooninen eli klassinen silikoosi kehittyy, kun altistutaan pienehkölle kvartsipitoisuudelle yli 10 vuoden ajan. Korkealle kvartsipölypitoisuudelle altistuttaessa vaarana on akuutti silikoosi.

Ongelma on, että oireet ilmaantuvat varsin myöhään. Tyypillinen oire on rasituksessa ilmenevä hengenahdistus.

Taustalla uusi kvartsisopimus

Kvartsialtistus on saanut lisää huomiota niin sanotun kvartsisopimuksen myötä. Sopimus on solmittu Euroopan työnantaja- ja työntekijäjärjestöjen välillä. Kvartsisopimuksen tarkoitus on vähentää työntekijöiden kvartsista aiheutuvia terveyshaittoja. Työoloja on tarkoitus kehittää hyvässä yhteishengessä, jottei asiasta tarvitsisi laatia direktiiviä.

Nyt tehty tutkimus oli laaja sisältäen mittaustuloksia ja työolosuhdetietoja 30 vuoden ajalta. Tutkimuksessa ei voitu eritellä kvartsipölyn ja muiden pölyfraktioiden osuutta työntekijän terveydentilaan.

Kokeet tehtiin kolmella eri raejakauman synteettisellä keraamishiekalla ja tuloksia verrattiin kahteen eri raejakauman kvartsihiekkaan. Keraamisen hiekan teknisiä ominaisuuksia verrattiin kvartsihiekkaan monin eri mittarein. Tarkastelussa verrattiin kaasunläpäisevyyksiä, lujuuksia, kulumiskestävyyttä ja hienoaineksen tuottoa. Valuominaisuuksia testattiin koevaluilla.

Hankkeessa kerätty tieto keraamisen hiekan ominaisuuksista auttaa valimoita arvioimaan
mahdollisuuksia sen käyttöön pyrittäessä vähentämään kvartsipölyaltistusta.

Toimittaja
Camilla Reinboth

Aineistoa Materials-välilehdellä.

Keraamisen hiekan käyttökelpoisuus valimoiden kvartsipölyhaitan poistamiseksi

Peräsaari Tomi, Orkas Juhani. 2010. Keraamisen hiekan käyttökelpoisuus valimoiden kvartsipölyhaitan poistamiseksi. Raportti 24.6.2010. Aalto-yliopiston Teknillinen korkeakoulu, Koneenrakennustekniikan laitos, Espoo.
108287-Loppuraportti TSR 108287.pdf (7652.7 kt)

Hanketiedot

  • HakijaAalto-yliopiston teknillinen korkeakoulu, Koneenrakennustekniikan laito
  • ToteuttajaAalto-yliopiston teknillinen korkeakoulu, Koneenrakennustekniikan laitos
  • Lisätietoja
  • Juhani Orkas
    (09) 451 3515
    juhani.orkas@tkk.fi
    (09) 451 3518
  • Toteutusaika
  • 1.11.2008 - 1.12.2009
  • Arvioitu valmistumisaika
  • 1.6.2010
  • Työsuojelurahaston päätös
  • 10.11.2008
    53 000 euroa
  • Kokonaiskustannukset
  • 71 670 euroa
  • Tulokset valmistuneet 31.8.2010

Aiheluokitus

  • 1. Työpaikkaratkaisujen vaikutukset
  • -1.1. tuotteiden, tuotannon ja työvälineiden kehittäminen
    -1.3. työympäristön kehittäminen
  • 5. Työelämän terveysriskit ja kuormitustekijät
  • -5.4. fysikaaliset altisteet ja altistuminen
  • valimot , foundries , kvartsipöly , kvartsihiekka , keraamiset hiekat