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【分享】重金属的毒性及其替代趋势

RoHS/WEEE指令

  • RoHS六种有害物质的危害及替代

    1 六种有害成分的危害
    1.1 铅(Pb)的危害
    对于铅的污染和铅对人体的危害,人们了解很多。铅是惟一的人体不需要的微量元素,它几乎对人体的所有器官都能造成损害。具体表现为,影响智力的发育和骨骼发育,造成消化不良和内分泌失调,导致贫血、高血压和心律失常,破坏肾功能和免疫功能等。即使人体内仅有0.01 μg铅的存在,也会对健康造成损害。而且,即使脱离了污染环境或经治疗使血铅水平明显下降,但受损的器官和组织已不能修复,将伴随终身。研究和试验表明,血铅高的儿童总智商、操作智商、语言智商分别比低血铅的落后14、14、13分,而每升血液中铅的浓度上升100 μg,儿童的身高则降低1.3 cm。铅的危害始于胎儿。铅主要损害神经系统,造血系统等。由于胎儿的大脑比成人的脑对铅的毒性作用更敏感,铅对胎儿期发育的损伤,在出生后早期就表现出来,不仅体格发育差,明显的是智力发育差,是促成弱智的原因之一。研究表明,90%的血铅来自于食物,水和食物中的铅是造成血铅含量增加的主要原因。地球上每年会产生40万t铅尘,可通过呼吸进入人体;土壤是自然界中铅的最大储存库,这些铅会沉积到谷物和蔬菜当中,造成污染[3,4]。
    1.2 镉(Cd) 的危害
    镉是一种毒性很大的重金属,其化合物也大都属毒性物质。镉的用途很广,镉盐、镉蒸灯、颜料、烟雾弹、合金、电镀、焊药、标准电池、冶金去氧剂、原子反应堆的中子吸收棒等,都要用到镉。如颜料镉红即为硫化镉、硒化镉和硫酸钡组成;镉黄为硫化镉与硫酸钡组成。金属矿的开采和冶炼、电镀、颜料等是镉的主要人为污染源。含镉的矿山废水污染了河水及河两岸的土壤、粮食、牧草后,就会通过食物链进入人体而慢慢积累,镉在肾脏和骨骼中会取代骨中钙,使骨骼严重软化。镉毒性是潜在性的,潜伏期可长达10~30年,且早期不易觉察。资料表明,人体内镉的生物学半衰期为20~40年,镉对人体组织和器官的毒害是多方面的,且治疗极为困难。
    1.3 汞(Hg) 的危害
    汞即水银,是一种液体金属,在常温下即可蒸发,其蒸气无色无味,比空气重七倍。汞及其化合物毒性都很大,特别是汞的有机化合物毒性更大。鱼在含汞量0.01~0.02 mg/L的水中生活就会中毒;人若食用0.1 g汞就会中毒致死。汞及其化合物可通过呼吸道、皮肤或消化道等不同途径侵入人体。食物链对汞有相当大的富集能力,如淡水鱼和浮游植物对汞的富集倍数为一千,淡水无脊椎动物为十万,海洋植物为一百,海洋动物为二十万。当汞进入人体后,即集聚于肝、肾、大脑、心脏和骨髓等部位,造成神经性中毒和深部组织病变。汞的毒性是积累性的,一开始往往不易察觉,要几年或十几年才能反应出来[5, 6]。
    1.4 铬(Cr) 的危害
    铬是一种具有银白色光泽的金属,无毒,化学性质很稳定。铬的化合物中以六价铬毒性最强,三价铬次之。铬是哺乳动物生命与健康所需的微量元素,缺乏铬可引起动脉粥样硬化,但过量的铬却会对哺乳动物造成危害用。铬酸、重铬酸及其盐类对人的粘膜及皮肤有刺激和灼烧作用。这些化合物以蒸气或粉尘方式进入人体,均会引起鼻中隔穿孔、肠胃疾患、白血球下降、类似哮喘的肺部病变。还有人认为,六价铬可诱发肺癌。
    1.5 多溴联苯和多溴二苯醚的危害多溴联苯 (PBB,polybrominated biphenyls)是一种主要的可疑致癌物和潜在致癌物。人吃了受多溴联苯污染的猪肉后,会出现剧烈头疼、严重倦怠、肠胃难受、关节僵硬或肿胀等等。1968年3月,在日本的九州和四国等地曾发生过轰动一时的“米糠油事件”,当时脱溴的热载体多氯联苯泄漏,混入米糠油中,人畜食用后发生了中毒,一开始只是眼皮肿胀、手掌出汗、全身起红疙瘩,继之出现呕吐、恶心、肝功能下降、全身肌肉疼痛、咳嗽不止等症状,有的竟医治无效而死亡[5, 6]。
    多溴二苯醚(PBDEs, polybrominated diphenylethers)是含溴阻燃剂的主要成分,溴系阻燃剂是产量最大、使用最普遍的有机阻燃剂之一。德国科学家发现多溴二苯醚高温热分解时,与被阻燃材料发生反应,产生剧毒、致癌的多溴二苯并二噁英(PBDD)和多溴代二苯并呋喃(PBDF)。大量的多溴二苯醚会影响人的大脑功能、破坏卵巢功能、降低男性生育能力。由于多溴二苯醚是高度稳定的化合物,因此溴化阻燃剂是永久性环境有机污染物之一,也是近半世纪来在人体内和环境中累积速度最快的化学物质。据专家分析,即使现在禁用多溴二苯醚,该化学物质仍会在环境中存在数十年。

    2.六种有害成分的存在形式及其替代
    铅主要存在于含铅焊料、CRT玻璃、灯泡、颜料、固体润滑剂、橡胶、铅酸电池、PVC热稳定剂等。其中线路板的焊锡是由63%的锡和37%的铅组成的共晶焊锡,这种焊锡的熔点是183 ℃。目前可以采用无铅焊接技术和工艺来取代常规的焊接工艺,由于焊接设备的不同,无铅焊锡的材料也不同。手工焊一般采用 Sn-Cu、Sn-Ag或Sn-Ag-Cu,浸焊和波峰焊可采用Sn-Cu,回流焊可采用Sn-Ag和Sn-Ag-Cu。

    镉主要存在于开关、弹簧、连接器、外壳、PCB、保险丝、颜料和涂料、半导体光电感应器等。低压电器领域中镉的替代可用银氧化锡氧化铟(AgSnO2In2O3)来代替银氧化镉(AgCdO)。
    汞主要存在于温控器、传感器、继电器、金属蚀刻剂、电池、防腐剂、消毒剂、粘结剂等。可以使用氢镍和锂离子等可充电电池来替代含汞的电池,使用不含汞的新型温控器和传感器等。

    铬(六价)主要存在于金属防腐蚀涂层、颜料、防锈剂、防腐蚀剂、陶瓷釉等。可以采用碱性镀锌来替代镀铬,用Cr3+ 代替 Cr6+ 来减轻对环境的危害程度,或不使用电镀件。

    多溴联苯和多溴二苯醚主要存在于阻燃剂,PCB、连接器、塑料外壳等。可以使用磷系阻燃剂代替溴系阻燃剂,或使用无机阻燃剂氢氧化镁、氢氧化铝等。

    文章内容很有建设性和参考性,这是未来电子行业的热门话题,以资鼓励,由于加分系统有问题,本人自掏腰包5分奖励 wjr3000 朋友,希望多些类似的文章发表!
  • 该帖子已被版主-穿越时空加1积分,加2经验;加分理由:鼓励分享
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  • nameylf

    第1楼2007/11/14

    很全面的论述,感谢分享!

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  • fmj531

    第4楼2007/11/15

    正需要这个东西,真得十分感谢。

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  • tiantang2

    第5楼2007/11/15

    楼主的帖子不错,至少让大家明白了RoHS中所涉及有害元素的的危害性,还有可能存在哪些产品中。
    不过我补充一下,不光是因为这些物质有害,比这些物质毒的多的东西多的是。把这些物质列入RoHS一是因为其有害,二是因为其在自然界中很难自行消除,会长期的影响环境,三是因为这些物质在工业产品中用得相对较少,禁用了对工业生产影响有限。三价铬比六价铬毒性不会差,前阵子说什么要加更多的物质进入RoHS限制,那是不可能的,对工业的影响太大了。
    还有这些物质在产品中大多都是以化合物的形式存在的,而且都有其工业用途。比如以前红色的碳酸镉是做为塑料制品中的色粒剂存在,硫酸铅是作为塑料中的透明剂存在,而六价铬则主要是作为防锈电镀液的成份存在。现在因为RoHS的关系,这些都已经被其他的物质所代替了。但其对工业已经产生了不少的影响,如果再扩大禁用物质的范围,那后果太可怕了。你禁了老的有毒物质,就能担保新采用的物质对环境没污染了。其实很多物质对人体和环境的影响人类都还不清楚,也许过了好多年科技进步发展了才发现那些替代物质比原来的东西更毒上千百倍。
    所以说RoHS指令从其诞生时就不成熟,是为了禁而禁,为了贸易保护,为了政治斗争而产生的,还有RoHS的出台和欧洲绿党联盟在欧洲议会的得势也有一定的关系.

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  • 沙漠兄

    第6楼2007/11/16

    本人对楼上朋友上述红色字体部分不敢苟同,随着技术和经济等方面的发展与成熟,增加新有害物质到ROHS中,应该是理所当然的。正如原指令2002/95/EC中第5条所述“Adaptation to Scientific and Technical Progress(适应科学和技术进步)”。我觉得,目前更多的有害物质之所以没有被加入ROHS管控范围,是因为现今在技术上尚不成熟,在经济上尚不可行而已。

    tiantang2 发表:楼主的帖子不错,至少让大家明白了RoHS中所涉及有害元素的的危害性,还有可能存在哪些产品中。
    不过我补充一下,不光是因为这些物质有害,比这些物质毒的多的东西多的是。把这些物质列入RoHS一是因为其有害,二是因为其在自然界中很难自行消除,会长期的影响环境,三是因为这些物质在工业产品中用得相对较少,禁用了对工业生产影响有限。三价铬比六价铬毒性不会差,前阵子说什么要加更多的物质进入RoHS限制,那是不可能的,对工业的影响太大了。
    还有这些物质在产品中大多都是以化合物的形式存在的,而且都有其工业用途。比如以前红色的碳酸镉是做为塑料制品中的色粒剂存在,硫酸铅是作为塑料中的透明剂存在,而六价铬则主要是作为防锈电镀液的成份存在。现在因为RoHS的关系,这些都已经被其他的物质所代替了。但其对工业已经产生了不少的影响,如果再扩大禁用物质的范围,那后果太可怕了。你禁了老的有毒物质,就能担保新采用的物质对环境没污染了。其实很多物质对人体和环境的影响人类都还不清楚,也许过了好多年科技进步发展了才发现那些替代物质比原来的东西更毒上千百倍。
    所以说RoHS指令从其诞生时就不成熟,是为了禁而禁,为了贸易保护,为了政治斗争而产生的,还有RoHS的出台和欧洲绿党联盟在欧洲议会的得势也有一定的关系.

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  • tiantang2

    第7楼2007/11/16

    事实是由于我所提到的原因,增加新物质的进程已经完全停滞了。第一在经济上不可行,代价太大。第二在技术上不成熟,替代材料发展跟不上。不要说加新物质了,你可以看看原来的6种物质,到现在已经有多少豁免了,再下去可以编一本书,而且要比RoHS标准都厚得多。

    最主要是感觉这种做法不科学,不严谨,不负责。不要忘了这是标准,而且是有国际影响的标准,如此儿戏,不觉得可笑吗?现在的6项屁股已经来不及搽了,各位难道还觉得短时间内会有新物质加入。欧盟的人也是知道自己太过分,下不来台,所以新物质的加入我估计会是遥遥无期了。

    wjr3000 发表:本人对楼上朋友上述红色字体部分不敢苟同,随着技术和经济等方面的发展与成熟,增加新的有害物质到ROHS中,应该是理所当然的。正如原指令2002/95/EC中第5条所述“Adaptation to Scientific and Technical Progress(适应科学和技术进步)”。我觉得,目前更多的有害物质之所以没有被加入ROHS管控范围,是因为现今在技术上尚不成熟,在经济上尚不可行而已。

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  • 沙漠兄

    第8楼2007/11/16

    有同感。不过,大凡一个新事物出现,总要经历相当的过程才可能成熟的,不是吗?
    思前想后,还是中国的这一套比较严谨、科学、可行。

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  • tiantang2

    第9楼2007/11/16

    说得很对,事物总是不断发展的,但要循序渐进。
    我的观点,在技术上应该大胆的创新求变,不断的实现突破。但是在标准制定和体系观念还是应该科学一点,严谨一点。因为这不是你一个人,一家的事,他关系了整个的工业体系,牵一发而动全身。

    wjr3000 发表:有同感。不过,大凡一个新事物出现,总要经历相当的过程才可能成熟的,不是吗?
    思前想后,还是中国的这一套比较严谨、科学、可行。

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  • 沙漠兄

    第10楼2007/11/16

    多谢fredy-jason和fscmj的鼓励!谢谢。我只是做了我该做的。

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