polveri minerali l'amianto e i minerali...
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PETROGRAFIA APPLICATA 2017
Polveri minerali
L'amianto e i minerali fibrosi
(2) – Polveri, amianto e minerali fibrosi ESEMPI DI TESTI SU POLVERI MINERALI E AMIANTO
(3) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
EFFETTI SULLA SALUTE DELLE POLVERI MINERALI
I solidi naturali sono, con poche eccezioni, minerali cioè sostanze dotate di
struttura cristallina. I minerali sono inoltre la materia prima di moltissimi processi
produttivi. Conseguenza di questo è che noi siamo esposti sempre a quantità
più o meno grandi di polveri minerali (e anche di altra origine!).
E' da tempo noto che alcuni minerali possono causare malattie polmonari
(pneumoconiosi, cancro) per inalazione di polveri.
La correlazione tra specie minerali e tossicità non è sempre del tutto chiara.
Origine delle polveri
L'atmosfera terrestre (nella sua parte inferiore = troposfera), contiene in
sospensione (talvolta in quantità rilevante) polveri di origine sia
naturale che prodotte dalla attività umana.
Le sorgenti principali delle polveri naturali sono le seguenti:
• Frammenti di minerali primari: Processi fisici di frammentazione attivi
principalmente in climi freddi e regioni aride.
• Minerali secondari (derivanti dalla alterazione dei primari)
• Ceneri e polveri vulcaniche
• Sale da aerosol marini
• Polveri extraterrestri
• Materiali biologici (pollini ecc.)
(4) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Stime del carico di particelle in sospensione in aria continentale non
direttamente influenzata da aree urbane sono le seguenti:
intervallo granulometrico numero particelle / m3
-------------------------------------------------------------------------------------
10.0 - 1.0 mm 105 (~100 particelle/l)
1.0 - 0.10 mm 20*106 (~20'000 particelle/l)
0.1 - 0.01 mm 300*106 (~300'000 particelle/l)
Totale aerosol naturale 2000*106 ton/anno
Totale da attività umana 300*106 ton/anno
L’attività umana aumenta sensibilmente il carico di polveri immesso
localmente nell’atmosfera
(5) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
(6) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Tempesta di polvere in clima arido. Le tempeste di polvere più potenti si
hanno in Asia, nelle zone montane del Pakistan o nelle grandi pianure
cinesi ove sono abbondanti sedimenti fini tipo loess.
Con una certa frequenza Pechino viene investita da tempeste di polvere
che provocano notevoli problemi ambientali (uniti al forte inquinamento).
(7) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
(8) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
(9) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Tempesta di polvere di origine sahariana verso l'Oceano Atlantico (sx) e
l'Europa (dx). In sé il trasporto di polveri non è dannoso in quanto consente
di trasportare elementi che hanno una importante funzione fertilizzante per
le acque oceaniche lontane dalle coste (primo fra tutti il ferro). I sedimenti
di fondo oceanico sono influenzati dal trasporto di polveri a lunga distanza)
(10) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Minerali potenzialmente / sicuramente pericolosi per la
salute umana
Il gruppo di minerali sicuramente fonte di (gravi) problemi
sanitari viene indicato genericamente con il termine amianto,
(asbesto, minerali asbestiformi).
Altri minerali fibrosi e sicuramente pericolosi sono zeoliti
fibrose (erionite);
Esistono molti minerali con abito fibroso ma in generale non
sono ritenuti pericolosi.
Ricordiamo ad esempio questi particolari minerali argillosi,
sepiolite e paligorskite; non sono ritenuti pericolosi.
Tra i minerali non fibrosi sono fonte di problemi sanitari i
minerali del gruppo della silice (fondamentalmente quarzo).
(11) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
(12) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Amianto: caratteristiche mineralogiche, fisiche,
chimiche
Con il termine amianto (asbesto) si intende non un
particolare minerale ma un gruppo di minerali caratterizzati
da un abito cristallino particolarmente fibroso.
Questi minerali possono formare, in condizioni favorevoli,
fibre molto lunghe e flessibili, resistenti al fuoco e agli
attacchi chimici. Per le loro proprietà gli amianti hanno
trovato moltissime applicazioni e quindi sono stati dispersi
abbondantemente nell’ambiente.
I minerali costituenti l’amianto sono i seguenti:
(13) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Amianto di serpentino crisotilo
Amianto di anfibolo
crocidolite
amosite
antofillite
tremolite
(altre varietà di anfibolo sono possibili)
Di questi ultimi i più importanti sono crocidolite e amosite
Comune a questi minerali è la genesi metamorfica e la
giacitura in vene.
(14) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Amianto di serpentino
Con il nome serpentino si intende un fillosilicato TO tri-ottaedrico di
formula:
Mg3Si2O5(OH)4 (limitate sostituzioni Mg/Fe e Si/Al)
Ricordiamo che il serpentino ha 3 polimorfi (crisotilo, lizardite, antigorite);
il crisotilo è il polimorfo che si “arrotola” caratteristicamente dando origine
a fibre lunghe (anche > 1m) e flessibili.
La genesi è metamorfica e costituisce le serpentiniti (rocce derivanti dalla
serpentinizzazione di peridotiti).
I giacimenti più importanti sono in Canada, Russia, Sudafrica, Serbia, US
ecc. Ricordiamo in Italia la miniera di Balangero (TO) che fu una delle
principali in Europa e forse al mondo. Dal 1990 è stata chiusa e bonificata
(speriamo in maniera durevole).
(15) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Struttura del
serpentino
vista in
proiezione e
dal lato dello
strato
tetraedrico
(T)
Immagine al microscopio elettronico a
trasmissione (TEM) di fibre arrotolate di
crisotilo. In basso campione di amianto
Mg3Si2O5(OH)4
(16) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) di fibre di crisotilo
e spettro EDX (Energy Dispersive X-ray spectrometer)
Il crisotilo è un Mg-silicato con
limitato contenuto di Fe e Al.
Genesi per metamorfismo di
basso grado / crosta oceanica a
partire da peridotiti. Minerale
genitore, olivina.
(17) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Crisotilo, lizardite, antigorite, amesite sono minerali metamorfici. La garnierite è
una varietà ricca in Ni tipica di ambienti di alterazione spinta in condizioni tropicali
(giacimenti residuali, "lateriti"). Rappresenta una fonte importante di Nickel.
Berthierite, greenalite sono Fe-silicati di genesi sedimentaria.
(18) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2 (°)Q
Inte
nsi
ty (
arb
. units
)
N. 2_theta d Int
1 9.36 9.4410 14.4
2 12.14 7.2846 98.9
3 19.44 4.5625 25.2
4 23.16 3.8374 19.7
5 24.40 3.6451 66.3
6 29.52 3.0235 55.8
7 30.98 2.8843 38.3
8 33.62 2.6636 15.4
9 34.62 2.5889 18.0
10 36.10 2.4861 27.8
11 36.68 2.4481 26.4
12 39.56 2.2762 16.2
13 41.24 2.1873 16.0
14 43.32 2.0870 16.9
15 45.00 2.0129 12.7
16 47.74 1.9036 18.2
17 48.68 1.8690 14.6
18 51.06 1.7873 13.2
19 57.64 1.5979 10.8
20 60.04 1.5397 20.2
21 60.84 1.5213 15.2
22 61.60 1.5044 12.6
Spettro XRD di vena a prevalente serpentino
(19) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
XPowder
Max. counts: 1712
Data file: GPS495.PLV
Kalpha1..: 1.54060
Kalpha2..: 1.54433
Kalpha...: 1.54184
Ka2/Ka1..: 0.50000
Diffractogram : GPS495
13:11:30 08/09/2015
N 2-theta d-spacing Counts InT/100
-----------------------------------------------------------------
1 9.36 9.4410 167 14.4
2 12.14 7.2846 1148 98.9
3 19.44 4.5625 292 25.2
4 23.16 3.8374 228 19.7
5 24.40 3.6451 770 66.3
6 29.52 3.0235 647 55.8
7 30.98 2.8843 445 38.3
8 33.62 2.6636 179 15.4
9 34.62 2.5889 209 18.0
10 36.10 2.4861 322 27.8
11 36.68 2.4481 306 26.4
12 39.56 2.2762 188 16.2
13 41.24 2.1873 186 16.0
14 43.32 2.0870 197 16.9
15 45.00 2.0129 147 12.7
16 47.74 1.9036 211 18.2
17 48.68 1.8690 170 14.6
18 51.06 1.7873 153 13.2
19 57.64 1.5979 126 10.8
20 60.04 1.5397 235 20.2
21 60.84 1.5213 176 15.2
22 61.60 1.5044 146 12.6
(20) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Esempi di schede XRD per i polimorfi del serpentino crisotilo e lizardite. Notare
come la lizardite abbia alcuni politipi
(21) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Amianto di anfibolo
Le varietà fibrose più comuni di anfibolo sono le seguenti:
riebeckite (crocidolite) Na2Fe3+2(Fe2+,Mg)3[Si8O22](OH)2
grunerite (amosite) (Fe2+,Mg)7[Si8O22](OH)2
antofillite (Fe2+,Mg)7[Si8O22](OH)2
tremolite Ca2(Mg,Fe2+)5[Si8O22](OH)2
actinolite Ca2(Fe2+,Mg)5[Si8O22](OH)2
Fluoro-edenite* NaCa2Mg5(Si7Al)O22F2
(notare come quasi tutti questi anfiboli contengano Fe2+ come componente
importante).
crocidolite: amianto blu
amosite: da Amosa - Asbestos Mines of South Africa; termine commerciale.
La genesi di questi anfiboli è (quasi) sempre metamorfica. Ricordiamo che gli
anfiboli sono un importante gruppo di minerali costituenti le rocce magmatiche e
metamorfiche.
* Zona di Biancavilla (Catania, zona Etnea). Questo anfibolo è responsabile di una anomala presenza di
mesotelioma nella popolazione.
(22) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Anfiboli: inosilicati a catena doppia
Y7Z8O22(OH)2 (serie rombica; meno diffusi)
W0-1X2Y5Z8O22(OH)2 (serie monoclina, i più diffusi)
A0-1B2C5T8O22(OH)2
W (A) = Na, K
Y (C) = Mg, Fe2+ (serie rombica)
X (B) = Ca, Na (serie monoclina)
Y (C) = Mg, Fe2+, Fe3+, Al, Ti (serie monoclina)
Z (T) = Si, Al
(23) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Struttura degli anfiboli
La struttura è costituita da catene doppie Z4O11 che, impilandosi, definiscono
moduli (I-beam, in grigio) con un numero elevato di siti (M1, M2, M3, M4, A). Si
determina una elevata complessità strutturale e variabilità composizionale.
(24) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
(25) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
(26) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Erionite
Questa zeolite* fibrosa, è
fonte di seri problemi
sanitari in Turchia
(Cappadocia) in una zona
in cui sono diffusi tufi
zeolitizzati con erionite.
L’esposizione naturale a
queste fibre induce
mesotelioma nella
popolazione.
Genesi da trasformazione
di rocce piroclastiche
alcaline (tufi)
(K2,Ca,Na2)2Al4Si14O36∙15H2O
* Vi ricordo che le zeoliti sono tettosilicati con strutture molto "aperte", basso peso specifico,
contengono H2O molecolare e i cationi (Ca, Na, K) sono scambiabili.
(27) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
(28) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Patologie associate all’esposizione all’amianto
L'apparato respiratorio (vedi le slide con immagini) è complesso e
soggetto ad interazioni continue con l'ambiente. L'inalazione di polveri è
particolarmente dannosa.
Asbestosi: fibrosi causata dall’esposizione prolungata a tutti i tipi di
asbesto. Riduzione della capacità polmonare. Si ha infiammazione cronica
a livello degli alveoli polmonari. Nessuna terapia efficace.
Cancro polmonare: l’esposizione prolungata alle fibre di amianto è un
notevole fattore di rischio per lo sviluppo di tumore polmonare dello stesso
tipo di quello indotto dal fumo. Se il paziente è contemporaneamente
esposto ad amianto e fuma il rischio è elevatissimo.
Lesioni pleurali: la pleura è un sacco che delimita la cavità pleurica che
contiene i polmoni. Fibre di amianto possono migrare nella pleura e
causare infiammazioni. In condizioni particolarmente sfavorevoli si ha il
mesotelioma che è un raro tumore con un lungo periodo di latenza (anche
qualche decina di anni) associato all’esposizione da asbesto.
(29) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Questa immagine, tratta
dalla copertina del volume
"Health effects of mineral
dusts" mostra un
campione di tessuto
polmonare con fibre di
amianto rivestite da
materiale ricco in ferro che
si ritiene essere derivato
da proteine quali la
ferritina e l'emosiderina.
Gli aggregati ricchi in ferro
hanno dimensioni
comprese fra 5-30 mm.
(31) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
malattie legate all’esposizione a silice
Silicosi: malattia legata alla inalazione di polveri ricche in silice
(essenzialmente particelle di quarzo ma anche tridimite-cristobalite). E'
la classica malattia professionale dei minarori / cavatori. L’effetto delle
polveri ricche in silice è di causare infiammazioni polmonari con
produzione di collagene che è un componente fondamentale del
tessuto fibroso. Questo determina la progressiva perdita di efficienza
dei polmoni.
Cancro: la silice è ritenuta essere un agente potenzialmente
cancerogeno ma la sua pericolosità non è ancora del tutto chiarita.
Negli ultimi anni la pericolosità della silice è stata ridimensionata.
Nota importante: queste elementari informazioni di tipo sanitario sono
assolutamente generiche; per approfondimenti vedi la letteratura.
(32) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Meccanismi di azione delle fibre e polveri minerali
Azioni fisiche: legate alla natura fibrosa del materiale. Una fibra di
amianto, una volta inalata, ha una elevata probabilità di restare
all'interno dei polmoni e piantarsi nelle pareti degli alveoli. Le fibre
divengono fonte di infiammazioni.
Azioni chimiche: legate alle proprietà di superficie.
La patogenicità di certi tipi di minerali è probabilmente legata alla
combinazione di questi fattori. In particolare sarebbero le superfici dei
minerali a provocare danni a livello cromosomico direttamente o
tramite produzione di specie attive dell’ossigeno (OH-, O2-, H2O2);
"radicali liberi".
Campionamento e analisi delle fibre minerali
Esistono apposite normative che specificano le condizioni ambientali
ritenute sicure e le procedure per la campionatura e lo studio
dell'amianto.
(33) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Manufatti sospetti di contenere amianto vengono analizzati presso
laboratori certificati che utilizzano principalmente la diffrazione dei
raggi-X ed eventualmente la integrano con SEM e microscopia ottica.
Le normative ambientali prescrivono anche di accertare (o meglio
escludere) la presenza di fibre libere di amianto nell'aria.
In questo caso per il campionamento si usano appositi filtri e pompe.
Le particelle campionate vengono in seguito identificate e conteggiate
con metodi ottici o di microscopia elettronica (SEM, TEM) o tramite
XRD. Tutte queste procedure sono normate.
La bonifica dell'amianto è un problema non indifferente (costi,
smaltimento ecc. Soprattutto lo smaltimento richiede depositi sicuri e
questo crea sempre forti resistenza nelle zone in cui si localizzano le
discariche.
(34) – Polveri, amianto e minerali fibrosi
Fibre artificiali – lana di vetro, lana di roccia
Come isolanti vengono prodotte fibre artificiali quali "lana di vetro", "lana
di roccia". Si tratta di fibre artificiali potenzialmente pericolose. Le
specifiche di impiego e eventuale pericolosità devono essere fornite dal
produttore.