Алюминий. 
Пищевая химия. 
Наличие металлов в продуктах

В природе обычно встречается в виде силикатов. Несмотря на богатые залежи, добыча алюминия стала возможна только с развитием техники и энергетики. Металл был выделен лишь в 1825 г. Впервые он был представлен на Парижской выставке в 1855 г. Но даже после разработки электролитического метода получения он не находил широкого применения в промышленности.

Дальнейший прогресс металлургической техники позволил проводить выплавку, прокат и сварку алюминия, в результате чего появилась возможность использовать особые свойства металла в различных отраслях промышленности. Особенно ценятся его коррозионная устойчивость и нетоксичность. Поэтому алюминиевая кухонная утварь, а также консервные банки и емкости для пищи быстро нашли применение.

Еще в 30-х годах алюминий не имел большого значения, и его производили меньше 10 тыс. т. Рост произЕЮдства алюминия в 3 раза превышает рост производства всех других металлов.

Физико-химические свойства. Алюминий AI, порядковый номер алюминия — 13, атомная масса — 27. Это легкий металл с плотностью 2,7 г/см³, температура плавления алюминия — 660 °C. Мягкий и ковкий, серебристо-белый металл с высокой электрои теплопроводностью. Металл очень устойчив к коррозии, его сплавы менее устойчивы.

Соединения. Наиболее распространенными неорганическими соединениями алюминия являются оксид, гидроксид, сульфат, фторид и хлорид. Он также образует некоторые сильнореакционные неорганические соединения, способный воспламеняться на Воздухе.

Распространение. Алюминий — наиболее распространенный металл в земной коре, где он встречается только в виде соединений с кислородом, фтором, кремнием и другими элементами. Самый распространенный металл в литосфере, он составляет 8% земной коры.

Промышленные месторождения бокситов, главным образом, гиббсита (А1₂0з-ЗН₂0) и бемита (А1₂0₃ Н₂0), находятся в Австралии, Гайане, Франции, Бразилии, Гане, Гвинее, Венгрии, на Ямайке, Суринаме.

Мировое производство бокситов в 1979 г. превысило 85 млн т. Для получения глинозема предпочтительнее использовать гиббсит, так как он лучше растворим в растворах едкого натра, чем бемит.

Извлечение. Алюминий содержится в глинах и горных породах в виде алюмосиликатов и гидроксида алюминия, а также в почвах в виде различных соединений. Однако в промышленности алюминий получают из бокситных руд (гидратированный оксид алюминия) и криолита (натрий-алюминий фторид).

Производство алюминия включает две основные стадии:

• 1. Рафинирование — получение глинозема из бокситов под действием концентрированного раствора едкого натра при высокой температуре и под давлением (метод Байера). Образующийся при этом гидрат кристаллизуют и прокаливают в печи до оксида.
• 2. Электролитическое восстановление глинозема до свободного металла в расплаве криолита с использованием угольных электродов.

В будущем алюминий можно будет получать прямым восстановлением из руды или химической обработкой глинозема.

Применение. Для пищевой промышленности наибольший интерес представляет бентонит, или природный гидратированный алюмосиликат. Он, в частности, используется как осветлитель при производстве пива.

Уровень использования алюминия во много раз больше, чем других технологических металлов. Это объясняется его разнообразными свойствами: легкостью, электропроводностью и коррозионной устойчивостью.

Алюминий широко используется в промышленности, причем в большем объеме, чем другие цветные металлы. Он образует сплавы со многими элементами, в том числе с медью, цинком, кремнием, магнием, марганцем и никелем.

Специальные сплавы алюминия могут содержать небольшие количества хрома, свинца, висмута, титана, циркония и ванадия. Из слитков алюминия и его сплавов изготовляют изделия штампованием, обработкой прокатом, ковкой, литьем, вальцеванием, протяжкой в проволоку.

Готовую продукцию используют в судостроении (элементы трюмных и надпалубных сооружений), электротехнической промышленности (проволока, кабели), строительстве (дверные и оконные рамы, кровля, декорирование), авиастроении (корпуса и обшивка самолетов и др.), автомобильной промышленности (кузова автомобилей, поршни рабочих цилиндров), для изготовления бытовых приборов и отделки служебных помещений, в ювелирном деле.

Из листового алюминия изготавливают контейнеры для напитков и пищевых продуктов. Алюминиевая фольга — упаковочный материал Тонкоизмельченный алюминий используют в производстве красок и пиротехнике. Поверхности изделий из алюминия часто придают защитное или декоративное покрытие анодированием.

В пищевой промышленности соединения алюминия применяют в качестве пищевых добавок и в других целях.

При очистке воды для седиментации частиц используют сульфат алюминия.

Оксид алюминия широко используют при изготовлении огнеупорных строительных материалов, керамики, зубной пасты, пищевых добавок и т. д. Некоторые соединений алюминия применяются в фармацевтических и терапевтических препаратах. Их, например, используют для предотвращения гиперфосфатемии при заболеваниях почек, как средство от пота и для других целей.

Метаболизм и токсическое действие. Алюминий не причисляют к биомикроэлементам.

Транспортирование и распределение. Данные по абсорбции и метаболизму алюминия получены в основном при изучении больных с почечной недостаточностью, принимавших оксид алюминия как лекарство против гиперфосфатемии.

В желудочно-кишечном тракте образуется нерастворимое соединение алюминия с фосфором, что уменьшает избыточную абсорбцию фосфатов. Есть данные, что около 15% алюминия при этом всасывается.

Алюминий обнаружен во всех нормально функционирующих органах и тканях человеческого организма. Поглощение металла и его распределение по всему организму является нормальным процессом. У крыс, которых кормили пищей с повышенным содержанием алюминия, концентрация металла в печени, мозгу, яичках и крови оказалась также повышенной.

Наибольшее количество экскретируемого из организма алюминия обнаруживают в фекалиях. Экскреция алюминия с мочой невелика.

Опасности. Наибольшую опасность представляют стадии выплавки и рафинирования алюминия. Однако опасными могут быть и любые другие процессы.

Добыча. Хотя в литературе время от времени появляются сведения о так называемой «бокситовой пневмонии», убедительно продемонстрировано, что возникновение такой болезни маловероятно. Следует лишь учитывать, что в бокситах может присутствовать в свободном виде кристаллический диоксид кремния.

Рафинирование. Едкий натр, используемый в этом процессе, может вызывать ожоги кожи и глаз. Кроме того, серьезную опасность для органов слуха представляет работа с отбойными молотками при сбивании накипи со сборников.

Электролитическое восстановление. Рабочим, занятым на этой операции, грозят ожоги кожи и глаз при попадании на них расплавленного металла или криолита, а также при воздействии паров плавиковой кислоты. Электролитические печи могут выбрасывать большие количества фторидной пыли и глинозема. Фторсодержащие газы, дымы и пыль, выделяющиеся при использовании криолитового флюса, представляют опасность для рабочих, населения и окружающей среды.

У детей, живущих поблизости от алюминиевых заводов с недостаточным контролем за очисткой отходов производства, отмечена различная степень разрушения коренных зубов, если они подвергаются воздействию фторидов в период роста.

При недостаточной степени очистки отходов и эксплуатации печей, выпущенных до 1950 г., у рабочих наблюдаются различные стадии костного флюороза. На первой стадии происходит только увеличение плотности костей, в особенности позвоночника и таза. При дальнейшем накоплении фторидов в организме наблюдается отвердение связок тазобедренных суставов. И наконец, в случае предельных доз или длительного воздействия происходит отвердение позвоночника и других суставов. Последняя стадия флюороза в ее крайней форме встречается лишь у рабочих предприятий по обработке криолита.

У персонала алюминиевых заводов прогрессивных стадий этой болезни практически не бывает. ISonee того, незначительные изменения в строении костей и суставов, хоть и фиксируются на рентгеновских снимках, не вызывают деформации или нарушения обмена веществ в костной ткани.

Соответствующий контроль за условиями работы и вентиляцией производственных помещений является мерой предотвращения появления таких изменений даже у рабочих, имеющих стаж работы у электролитических ванн 25−40 лет.

При замене анодов и других операциях, выполняемых в непосредственной близости от расплавленного криолита и алюминия, расход энергии у рабочих достигает временами более 300 ккал/ч. Это может привести к нарушению терморегуляции организма, особенно при жаркой погоде. При работе в таких тяжелых условиях к различного типа нарушениям терморегуляции особенно склонны лица, плохо переносящие жару, потребляющие недостаточное количество соли и с ослабленным недомоганием или недавно перенесенной организмом болезнью. Нарушение терморегуляции нередко наблюдается у рабочих, имеющих особую предрасположенность (например, страдающих алкоголизмом).

У операторов электролитических ванн Содерберга при вдыхании паров и частиц битума может происходить отравление полициклическими ароматическими соединениями, что связано с повышенным риском заболевания раком легких. Аналогичному риску подвергаются рабочие предприятий по производству угольных электродов, занятые на операции нагревания смеси кокса с дегтем. Но после обжига в течение нескольких дней при температуре около 1200 °C эти канцерогенные соединения практически полностью выгорают или улетучиваются из электродов. Поэтому при работе у электролитических ванн с предварительно прокаленными электродами опасность возникновения злокачественных опухолей в легких не столь велика.

Отбойные молотки, используемые для разрушения твердой корки электролита, создают в помещениях, прилегающих к печам, шум, уровень которого достигает 100 дБ. Последовательно соединенные электрические печи питаются от источников с низким напряжением и большой силой тока. Поэтому риск получения электротравм в этом случае незначителен. Однако он существует в помещениях силовой подстанции и местах соединения сети высокого напряжения с сетью питания печей, особенно при питании от сети постоянного тока. При низкотемпературном процессе выплавки алюминия возникает возможность ожогов расплавленным металлом или флюсом.

Производство электродов. При соприкосновении с парами битума на коже может появиться эритема, причем воздействие солнечного света повышает чувствительность кожи. При недостаточном соблюдении мер личной гигиены у рабочих, занятых на производстве электродов, могут возникнуть эпителиоматы. Однако после лечения или смены места работы поражения кожи исчезают. При изготовлении электродов выделяется большое количество угольной и битумной пыли. Периодически появляются сообщения о заболевании рабочих простым пневмокониозом с локальной эмфиземой, осложненным при серьезном поражении или в случае запущенной болезни тяжелым фиброзным повреждением.

Порошкообразный алюминий. Алюминий, измельченный в порошок, который используют в пиротехнических составах и для изготовления красок, легко воспламеняется. Поэтому при его использовании в обязательном порядке необходимо принимать противопожарные меры. Пиротехнический эффект алюминиевого порошка тем сильнее, чем он тоньше. Поэтому металлический алюминий для пиротехники подвергают двойному измельчению. Получаемый при этом порошок гораздо тоньше по сравнению с чешуйчатым, используемым в качестве пигмента для красок. Поэтому случаи заболевания легочным фиброзом встречаются только у рабочих, которым приходится вдыхать пиротехнический порошок. Для этой болезни принят термин «алюминоз».

Гигиенические мероприятия. Все рабочие, занятые на операции рафинирования глинозема, должны быть хорошо информированы об опасности работы с щелочью. В цехе необходимо установить емкости с проточной водой для промывки глаз, а также обеспечить инструктаж по их использованию.

Рабочие должны иметь средства индивидуальной защиты: очки, перчатки, фартуки и сапоги. В раздевалках необходимо установить душевые установки и двойные шкафы для хранения рабочей и личной одежды. Всем рабочим рекомендуется принимать душ после смены.

Персонал, работающий у печей и с угольными электродами, должен иметь козырьки, противогазы, рукавицы, фартуки, нарукавники и гетры для защиты от ожогов, пыли и паров.

Рабочих, занятых в низкотемпературном процессе выплавки алюминия, обеспечивают специальными перчатками и костюмами для защиты от паров соляной кислоты, выделяющихся в начале процесса в электролитической ванне. Хорошую защиту от этих паров обеспечивает шерсть. Противогазы с фильтрами из активного угля и маски, импрегнированные оксидом алюминия, обеспечивают достаточную защиту от битума и паров фтора. Для защиты от угольной пыли необходимы противопылевые маски.

Цехи, где производят угольные электроды, должны иметь вытяжную вентиляцию с рукавными фильтрами. Необходимо регулярно проводить контроль за содержанием пыли в воздухе. Рабочие, подвергающиеся воздействию пыли, должны проходить периодические флюорографические обследования, а при необходимости и медицинский осмотр.

Транспортировка битума по возможности должна быть механизирована. Для его подвоза в жидком состоянии можно использовать нагретые железнодорожные цистерны, откуда он автоматически перекачивается в нагретые резервуары. Целесообразно регулярно проводить осмотры кожи с целью своевременного выявления эритемы, эпителиоматы и дерматита. Дополнительную защиту кожи можно обеспечить, применяя защитный альгиновый крем.

Рабочим горячих цехов в жаркую погоду следует увеличить потребление жидкости и обильно подсаливать пищу. Их также нужно научить распознавать начальные признаки перегревания организма и принимать необходимые меры профилактики.

Персонал, работающий при повышенном уровне шума, должен иметь средства защиты органа слуха (вкладыши для ушей, которые пропускают низкочастотный звук и тем самым позволяют слышать распоряжения, но уменьшают пропускание высокочастотных звуков). Кроме того, рабочие должны проходить регулярные аудиометрические обследования с целью выявления потери слуха. И, наконец, их следует обучать мерам по оказанию помощи рабочим, получившим электротравмы.

Для получения сплавов очищенный алюминий расплавляют в печи, и к расплаву добавляют определенное количество композиции, способствующей повышению твердости сплава. Она состоит из металлического алюминия, содержащего определенное количество марганца, кремния, цинка, магния или других металлов. Смесь перемешивают и полурасплавленной доставляют в другую печь, где проводят дегазацию пропусканием хлора через металл или добавлением к нему твердого гексахлорэтана. Выделяющиеся при этом газы (хлор, водород и хлористый водород) необходимо откачать и поглотить для предотвращения их попадания в атмосферу. Другой метод дегазации состоит в продувке через расплав азота и откачке отходящих газов. После этого с поверхности расплава удаляют шлак и разливают его в изложницы, которые как можно скорее переносят на открытый воздух. Затем к сплаву добавляют флюс, содержащий фторид, что приводит к повышению температуры расплава и позволяет отделить чистый алюминий. При этом выделяются плотный оксид алюминия и пары фторида. Поэтому рабочие должны пользоваться респираторами и защитными очками. Концентрация диоксида серы в плавильном цехе может достигать 12 мг/л.

Содержание в пищевых продуктах. В России содержание алюминия в природных водах колеблется в пределах от 0,001 до 10 мг/л, а в промышленных стоках достигает 1000 мг/л. При отсутствии загрязнения свежая вода содержит около 10 мг/л алюминия. Если для очистки водопроводной воды использовали сульфат алюминия, то в ней концентрация металла может быть выше. Согласно литературным данным, содержание алюминия в коровьем, а также в женском молоке составляет 1−2 мг/л. Продукты растительного происхождения содержат алюминий в концентрации 10−100 мг/кг, продукты животного происхождения — 1−20 мг/кг.

Приготовление пищи в алюминиевой посуде не ведет к повышению количества потребляемого металла. В кислых или сильнощелочных условиях потребление с пищей алюминия незначительно выше, чем в нейтральных.

В России нормирование алюминия осуществляется только при наличии определенных показаний. Несмотря на то что алюминий широко используется при производстве домашней посуды и оборудования для пищевых предприятий, данных о содержании металла в пище и его ежедневном потреблении немного.

Количество всего потребляемого за сутки алюминия составляет около 80 мг. За день потребляется 8,8−51,6 мг алюминия.

Сырая пища содержит около 10 мг/кг металла, хотя некоторые овощи могут его накапливать до 150 мг/кг. Особенно богаты алюминием пряности и корнеплоды, что может быть связано с загрязнением почвы.

Использование алюминия при производстве пищи может привести к значительному увеличению содержания металла в пищевых продуктах. Так, например, в сыре было обнаружено 695 мг/кг алюминия, а в пекарном порошке его может быть более 20 000 мг/кг. Некоторые сорта конфет и жевательной резинки содержат до 100 мг/кг алюминия.