Determinazione della silice cristallina respirabile in ambienti di lavoro: un confronto tra diversi approcci alla calibrazione

Respirable crystalline silica (RCS) represents a major risk factor in occupational environment, particularly in sectors involving the processing of natural and engineered stone materials. In recent years, the emergence of numerous cases of accelerated silicosis associated with the use of new materials and modern processing technologies has led to renewed scientific interest in material characterization and occupational exposure monitoring. This thesis aims to conduct an integrated study of key aspects related to the assessment of RCS. In a first step, three currently commercially available industrial products were characterized using scanning electron microscopy with EDS microanalysis (SEM/EDS) and X-ray powder diffraction (XRPD), with quantitative determination of quartz and cristobalite using the RIR method and the identification and quantification of all mineral phases, including the amorphous fraction, using Rietveld refinement. Subsequently, two calibration curves were developed and validated for the diffractometric determination of quartz and cristobalite using an aluminum SKC respirable selector, according to the criteria required by UNI ISO 16258-1 and UNI EN 482 standards. The resulting lines were then statistically compared with similar curves developed using a different cyclone (SKC-GS3) to assess their interchangeability. This study on calibration curves aims to optimize the sampling and analyses of respirable silica, which will subsequently be performed as part of air quality controls in the stone processing occupational environment. Chemical and mineralogical analyses revealed marked heterogeneity among the materials studied. In particular, one of the samples showed a quartz content of 1.8%, significantly lower than the values commonly reported for artificial stones. The developed calibration curves showed performance generally compliant with regulatory requirements, with particularly satisfactory results for cristobalite and good performance for quartz in the range of occupational interest. The statistical comparison between the curves obtained with different selectors highlighted significant differences in the diffractometric mass-area relationships, with average deviations equal to 36% for quartz and 11% for cristobalite, indicating a substantial non-interchangeability of the calibration lines.

La silice cristallina respirabile (SCR) rappresenta tutt'oggi uno dei principali agenti di rischio negli ambienti di lavoro, in particolare nei settori caratterizzati dalla lavorazione di materiali lapidei naturali e artificiali. Negli ultimi anni, la comparsa di numerosi casi di silicosi accelerata associati all'impiego di nuovi materiali e di moderne tecnologie di lavorazione ha determinato un rinnovato interesse scientifico verso la caratterizzazione dei materiali e il monitoraggio dell'esposizione professionale. Il presente lavoro di tesi ha avuto come obiettivo lo studio integrato di alcuni aspetti fondamentali legati alla valutazione della SCR. In una prima fase sono stati caratterizzati tre manufatti industriali attualmente in commercio mediante microscopia elettronica a scansione con microanalisi EDS (SEM/EDS) e diffrazione di raggi X da polveri (XRPD), con determinazione quantitativa di quarzo e cristobalite mediante metodo RIR e con identificazione e quantificazione di tutte le fasi minerali, compresa la frazione amorfa, tramite raffinamento Rietveld. Successivamente, sono state sviluppate e validate due rette di calibrazione per la determinazione diffrattometrica di quarzo e cristobalite respirabile su filtro utilizzando un selettore SKC in alluminio, secondo i criteri previsti dalle norme UNI ISO 16258-1 e UNI EN 482. Le rette ottenute sono state infine confrontate statisticamente con analoghe curve sviluppate mediante un differente ciclone (SKC-GS3), al fine di valutarne l'intercambiabilità. Questo studio sulle rette di calibrazione ha come finalità l’ottimizzazione del campionamento e delle analisi della silice respirabile che verranno successivamente effettuate nell’ambito dei controlli dell’aria negli ambienti di lavorazione dei materiali lapidei in questione. Le analisi chimiche e mineralogiche hanno evidenziato una marcata eterogeneità tra i materiali studiati. In particolare, uno dei campioni ha mostrato un contenuto di quarzo pari all'1,8%, significativamente inferiore rispetto ai valori comunemente riportati per le pietre artificiali. Le rette di calibrazione sviluppate hanno mostrato prestazioni generalmente conformi ai requisiti normativi, con risultati particolarmente soddisfacenti per la cristobalite e buone performance per il quarzo nel range di maggiore interesse occupazionale. Il confronto statistico tra le curve ottenute con differenti selettori ha evidenziato differenze significative nelle relazioni massa-area diffrattometrica, con scostamenti medi pari al 36% per il quarzo e all'11% per la cristobalite, indicando una sostanziale non intercambiabilità delle rette di calibrazione.