Polveri minerali L'amianto e i minerali...

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.)


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


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).


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)


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).


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:


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.


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).


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


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.


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.


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


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


Esempi di schede XRD per i polimorfi del serpentino crisotilo e lizardite. Notare

come la lizardite abbia alcuni politipi


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.

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


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.



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.


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.

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.


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.


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.


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.


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.

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