煤塵危害及抑塵技術(shù)進(jìn)展

陳靜

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了煤塵的危害，分析了常見(jiàn)的物理、化學(xué)抑塵方法，結(jié)合國(guó)內(nèi)外煤塵抑塵劑的現(xiàn)狀，提出了化學(xué)抑塵研究的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：煤塵煤塵危害 化學(xué)抑塵

一、煤塵危害

粉塵污染是世界污染難題之一，隨著工業(yè)化進(jìn)程，揚(yáng)塵污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。特別是采礦業(yè)，煤炭在開(kāi)采、堆放、運(yùn)輸、加工、利用幾乎所有的環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生不同程度的煤塵，煤炭揚(yáng)塵是煤炭生產(chǎn)和使用企業(yè)以及礦區(qū)城市主要的大氣污染塵源之一。

1.危害人們身體健康

一般來(lái)說(shuō)，在煤礦井下如果沒(méi)有防塵措施，每晝夜產(chǎn)生的煤塵量約等于采煤量的1%左右。煤塵中大多數(shù)粉塵屬于可吸入顆粒，可以導(dǎo)致塵肺病，所以與煤炭工業(yè)相關(guān)的塵肺病在各類(lèi)塵肺病患者中的人數(shù)最多，比例也最高[1]。例如前西德煤炭工人塵肺病患者占各類(lèi)塵肺病患者的90%以上，英國(guó)占75%以上，美國(guó)占70%以上，我國(guó)煤炭工人塵肺病患病人數(shù)也都超過(guò)其他各類(lèi)塵肺病患者。

2.造成資源浪費(fèi)，污染環(huán)境

儲(chǔ)煤場(chǎng)是煤炭生產(chǎn)中的重要設(shè)施之一，儲(chǔ)煤場(chǎng)均屬露天形式，煤塵會(huì)隨風(fēng)流失、拋撒揚(yáng)塵，煤炭損失嚴(yán)重，浪費(fèi)了大量寶貴的資源。在運(yùn)輸過(guò)程中，由于一般采用敞篷運(yùn)輸，由于路基、道岔和其他軌道造成的顛簸，以及列車(chē)交會(huì)和經(jīng)過(guò)長(zhǎng)隧道產(chǎn)生的風(fēng)壓，都會(huì)產(chǎn)生煤塵，造成煤炭資源的損失 [2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前在鐵路、公路等運(yùn)輸過(guò)程中，煤炭損耗率大約為0.8～1%。

煤揚(yáng)塵解決不好，不止浪費(fèi)了資源，還會(huì)嚴(yán)重污染沿線(xiàn)地區(qū)環(huán)境。煤塵是酸性的，拋撒后覆蓋在土地上污染了土壤資源，影響產(chǎn)量，依附在農(nóng)作物上，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)造成破壞；附著在建筑物、交通、民用設(shè)施上，有一定的腐蝕作用，帶來(lái)了安全隱患；進(jìn)入大氣降低空氣質(zhì)量，導(dǎo)致呼吸疾病，嚴(yán)重影響了周邊人民群眾的身體健康。

3.引發(fā)爆炸，威脅生命財(cái)產(chǎn)安全

煤塵爆炸是煤礦主要自然災(zāi)害之一，這類(lèi)事故死亡人數(shù)多，破壞性嚴(yán)重。煤塵爆炸可放出大量熱能，爆炸火焰溫度高達(dá)1600～1900度，使人員和設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p失。尤其是煤塵爆炸氣體中有大量的CO2和CO，這是造成人員死亡的主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)90%以上的煤礦的煤塵都具有爆炸危險(xiǎn)性。煤塵爆炸濃度下限僅為45g/m3，預(yù)防煤塵爆炸的關(guān)鍵是防止煤塵存積和飛揚(yáng)，減少工作面浮塵和落塵。

二、煤塵抑塵

粉塵防治在煤炭工業(yè)中極為重要，采取固塵、抑塵技術(shù)對(duì)煤炭揚(yáng)塵進(jìn)行控制是煤塵得到有效治理，是煤炭生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用企業(yè)降低污染安全生產(chǎn)的主要措施， 也是保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

1.抑塵墻抑塵

利用空氣動(dòng)力學(xué)原理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件將擋風(fēng)板組合成擋風(fēng)抑塵墻，用于煤礦、焦化廠(chǎng)、洗煤廠(chǎng)、發(fā)電廠(chǎng)、公路煤炭集運(yùn)站儲(chǔ)煤場(chǎng)、灰場(chǎng)等各種露天料場(chǎng)的抑塵。雖然防風(fēng)抑塵墻有效防止煤塵隨風(fēng)飛揚(yáng)，可是存在投資高、靈活性差、使用維護(hù)二次投入得問(wèn)題，限制了實(shí)際應(yīng)用。

2.遮蓋抑塵

通過(guò)加設(shè)蓋板或利用篷布遮蓋，用于防治鐵路、公路運(yùn)輸過(guò)程中的煤塵散落，是煤炭運(yùn)輸通用的方法。由于裝煤、卸煤過(guò)程中多采取機(jī)械化作業(yè)，此種方法會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸工作效率降低，占用大量的人力物力。

3.灑水抑塵

灑水抑塵是抑制煤炭揚(yáng)塵的常見(jiàn)方法，這種方法優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)便易行，但是因?yàn)槊簤m與水的結(jié)合力很弱，水分很容易蒸發(fā)，必須定期灑水才能有效抑塵，水資源用量大。夏季有效抑塵時(shí)間短，冬季不耐寒凍結(jié)，隨著人們對(duì)資源和環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，單靠灑水來(lái)控制煤塵已不能滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)需要。

4.化學(xué)抑塵

化學(xué)抑塵是一種有效、新穎的粉塵防治方法[3]，自20世紀(jì)出現(xiàn)以來(lái)，化學(xué)抑塵技術(shù)不斷創(chuàng)新和發(fā)展，化學(xué)抑塵劑的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用日益廣泛，深入到人們生活各個(gè)領(lǐng)域。在抑塵劑諸多應(yīng)用領(lǐng)域中，采礦工業(yè)是應(yīng)用化學(xué)抑塵劑的先行行業(yè)之一[4]，現(xiàn)有的大多數(shù)抑塵劑用于防治煤塵。按照化學(xué)抑塵劑的抑塵機(jī)理分類(lèi)，化學(xué)抑塵劑可以分為潤(rùn)濕型化學(xué)抑塵劑、粘結(jié)型化學(xué)抑塵劑和凝聚型化學(xué)抑塵劑三類(lèi)。

4.1濕潤(rùn)型化學(xué)抑塵劑

濕潤(rùn)型化學(xué)抑塵劑由一種或多種表面活性劑組成，是由親水基和疏水基組成的化合物。濕潤(rùn)劑溶于水時(shí)，其分子完全被水分子包圍，親水基一端被水分子吸引，疏水基一端則被排斥伸向空中，這樣濕潤(rùn)劑物質(zhì)的分子在水溶液表面形成緊密的定向排列層（界面吸附層），使水的表層分子與空氣接觸狀態(tài)發(fā)生變化，接觸面積大大縮小，導(dǎo)致水的表面張力降低，同時(shí)朝向空氣的疏水基與粉塵之間有吸附作用，而把塵粒帶入水中，使得粉塵得到充分濕潤(rùn)。

4.2粘結(jié)型化學(xué)抑塵劑

粘結(jié)型化學(xué)抑塵劑是利用覆蓋、粘結(jié)、硅化和聚合等原理防止泥土和粉塵飛揚(yáng)。粉塵粘結(jié)劑按照它們的作用機(jī)理與材料可進(jìn)一步分為無(wú)機(jī)化合物硅化粉塵粘結(jié)劑、有機(jī)化合物粉塵粘結(jié)劑和復(fù)合粉塵粘結(jié)劑。其經(jīng)常應(yīng)用于以下領(lǐng)域的泥土防止和粉塵飛揚(yáng)：土質(zhì)路面揚(yáng)塵控制；物料搬運(yùn)過(guò)程產(chǎn)塵控制；土質(zhì)堤壩、路基、地基的穩(wěn)定土控制；地表和地下巖土結(jié)構(gòu)工程漏水控制等。

4.3凝聚性化學(xué)抑塵劑

凝聚型化學(xué)抑塵劑是由能吸收大量水分的吸水劑組成，它們能使泥土或粉塵保持較高的含濕量從而防止揚(yáng)塵。凝聚劑主要用于保水和吸收大氣中的水分以便使泥土或粉塵聚合。它們常用于路面揚(yáng)塵控制，物料搬運(yùn)和物料倉(cāng)庫(kù)產(chǎn)塵的防治。凝聚劑按照作用機(jī)理與材料可分為吸濕性無(wú)機(jī)鹽凝聚劑和高倍吸水樹(shù)脂凝聚劑。

三、研究現(xiàn)狀

1.國(guó)外研究現(xiàn)狀

自上世紀(jì)20年代，英國(guó)、美國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)先后通過(guò)試驗(yàn)研究一些潤(rùn)濕劑在礦井作業(yè)的應(yīng)用，近年來(lái)，由于表面活性劑廣泛應(yīng)用于礦業(yè)開(kāi)采，化學(xué)抑塵劑的研究得到了迅速發(fā)展。在煤塵抑塵劑方面美國(guó)、日本、德國(guó)和俄羅斯等國(guó)取得了多項(xiàng)成果：如美國(guó)的DCL-1803型粘結(jié)型化學(xué)抑塵劑和Conherex型粘結(jié)型化學(xué)抑塵劑、德國(guó)的Mon-tan粘結(jié)型化學(xué)抑塵劑、日本的專(zhuān)利SS劑和TH-C劑、南非的ANT-1潤(rùn)濕型化學(xué)抑塵劑等。

2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)化學(xué)抑塵劑研究和應(yīng)用起步較晚，始于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)過(guò)80、90年代的深入研究，抑塵劑的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，在煤塵抑塵劑方面，新的化學(xué)抑塵劑研究成果不斷出現(xiàn)。吳超博士[5]提出并驗(yàn)證了陰離子表面活性劑添加硫酸鈉提高濕潤(rùn)煤塵能力的機(jī)理；試驗(yàn)測(cè)定了高倍吸水樹(shù)脂、復(fù)合表面活性劑、復(fù)合鹵化物、復(fù)合氧化物等20多種化學(xué)抑塵劑的性能，得到了這些化學(xué)抑塵劑的合理配方。韓放等[6] 通過(guò)對(duì)撫順礦業(yè)西露天煤礦現(xiàn)場(chǎng)的可行性試驗(yàn)，制備并驗(yàn)證了CM1、CM2兩種化學(xué)抑塵劑在自然環(huán)境晝夜周期吸濕和放濕能力測(cè)定。謝德瑜等[7]依據(jù)選煤廠(chǎng)兩個(gè)煤塵的表面性質(zhì)特點(diǎn)開(kāi)發(fā)了多種抑塵劑，并通過(guò)性能測(cè)試，得出最優(yōu)配方。杜翠鳳、蔣仲安等[8]研制了一種粘結(jié)型化學(xué)抑塵劑，噴灑于煤堆表面，經(jīng)歷雨雪，在第56天揚(yáng)塵濃度0.697mg/m3具有較好抑塵效果。孫三祥等[9]用高聚物POL1為基料制備的粘結(jié)型化學(xué)抑塵劑，在煤表面固化結(jié)膜，應(yīng)用于列車(chē)運(yùn)煤產(chǎn)生的煤塵，可使運(yùn)煤列車(chē)沿線(xiàn)揚(yáng)塵削減率在95.1～99.6%之間，隧道揚(yáng)塵削減率在93.8～97.8%之間。李滿(mǎn)等[10]系統(tǒng)地論述了目前國(guó)內(nèi)外化學(xué)抑塵劑在抑制煤塵中的研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，探討了煤塵抑制劑開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)的技術(shù)思路。李偉[11]等以木質(zhì)素磺酸鹽為原料制備出無(wú)刺激性、無(wú)腐蝕作用對(duì)環(huán)境安全的鐵路煤炭運(yùn)輸抑塵劑，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)列車(chē)多次運(yùn)行試驗(yàn)，確定該抑塵劑能有效抑制煤塵損失和污染。李翔、李長(zhǎng)有[12]以淀粉為主鏈合成新型無(wú)毒害、無(wú)污染的煤塵抑塵劑，測(cè)試了其對(duì)煤塵的保水能力、凝聚能力、固結(jié)能力等應(yīng)用性能。

楊靜[13]等通過(guò)煤塵的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面電性和表面潤(rùn)濕性，進(jìn)一步研究煤塵表面潤(rùn)濕機(jī)理。徐海宏[14]等比較了沉降法、毛細(xì)管滲透法和滴液法的傳統(tǒng)煤塵潤(rùn)濕性測(cè)定方法，研發(fā)了新的測(cè)試裝置，并開(kāi)發(fā)出系列潤(rùn)濕劑。趙振保[15]等選取5種代表性煤塵，結(jié)合煤塵表面官能團(tuán)分析和測(cè)得的煤塵潤(rùn)濕性數(shù)據(jù)，探索了快速、簡(jiǎn)便測(cè)定煤塵潤(rùn)濕性的方法的可行性。

四、發(fā)展方向

經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展，煤塵治理已經(jīng)從物理方法轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)手段，從利用物理性能轉(zhuǎn)化為利用物理化學(xué)綜合性能來(lái)實(shí)現(xiàn)抑塵。結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，可見(jiàn)用于煤塵治理的化學(xué)抑塵劑已經(jīng)從瀝青、重油和無(wú)機(jī)鹽類(lèi)過(guò)渡為有機(jī)高分子聚物、超級(jí)吸水劑。同時(shí)，將兩種或多種以上抑塵劑復(fù)合得到的復(fù)合型化學(xué)抑塵劑和新型堆場(chǎng)抑塵劑、煤炭運(yùn)輸抑塵劑等專(zhuān)用型化學(xué)抑塵劑的開(kāi)發(fā)得到了迅速發(fā)展。

煤塵種類(lèi)多樣、性質(zhì)復(fù)雜，煤塵煤質(zhì)分析、煤塵表面潤(rùn)濕機(jī)理、抑塵劑對(duì)煤塵作用的基礎(chǔ)理論研究仍需深入研究，傳統(tǒng)的煤塵潤(rùn)濕性測(cè)定方法存在可靠性較低、重現(xiàn)性較差的問(wèn)題，實(shí)際操作有局限性，也需要研發(fā)出更加科學(xué)有效的測(cè)定方法，

用于煤塵抑塵的化學(xué)抑塵劑種類(lèi)很多，配方層出不窮，但是存在有局限、價(jià)格貴、有毒性、腐蝕性以及難降解造成二次污染等問(wèn)題。目前通過(guò)改良抑塵劑配方，研制成本更低、無(wú)毒無(wú)害、無(wú)污染、無(wú)腐蝕性、不可燃的安全型化學(xué)抑塵劑，開(kāi)發(fā)無(wú)污染對(duì)環(huán)境友好的生態(tài)型化學(xué)抑塵劑也是煤塵抑塵劑研究重要方向。

參考文獻(xiàn)

[1]陳紹義.煤礦塵肺[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1993.8-9.

[2]李杰，王亞娥，王志盈.散煤在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中的揚(yáng)塵控制研究[J].鐵道勞動(dòng)安全與環(huán)保，2005，32（1）：45-47.

[3]趙星光等.抑塵因子模擬試驗(yàn)研究[J].黃金，2005，26（4）：45-48.

[4]吳超.化學(xué)抑塵[M].長(zhǎng)沙.中南大學(xué)出版社.2003.2-3.

[5]吳超.化學(xué)抑塵劑的基礎(chǔ)研究及在礦山中的應(yīng)用[J].礦業(yè)快報(bào)，2001，12：5-7.

[6]韓放，朱吉茂.新型防凍抑塵劑性能研究[J].安全與環(huán)境工程，2003，10（4）：31-33.

[7]謝德瑜，舒新前，郝王娟等.煤塵抑塵劑的開(kāi)發(fā)與研究[J].選煤技術(shù)，2004，5：19-21.

[8]杜翠鳳，蔣仲安，許彥等.粘結(jié)型抑塵劑抑制露天煤場(chǎng)揚(yáng)塵的工業(yè)試驗(yàn)[J].金屬礦山，2005，（3）：55-57.

[9]孫三祥，常青，李杰等.大秦線(xiàn)運(yùn)煤列車(chē)煤揚(yáng)塵防治技術(shù)研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2006，4：21-25.

[10]李滿(mǎn)，徐海宏，舒新前.化學(xué)抑制劑在抑制煤塵中的應(yīng)用探討[J].中國(guó)煤炭，2007，33（8）：46-50 .

[11]李偉，朱紅，劉鳳月.鐵路煤炭運(yùn)輸抑制劑的制備、評(píng)價(jià)和應(yīng)用[J].鐵道學(xué)報(bào)，2008，30（4）：.125-128.

[12]李翔，李長(zhǎng)有.淀粉接枝共聚丙烯酸-丙烯酰胺煤塵抑塵劑的合成及應(yīng)用[J].化學(xué)研究，2010，21（1）：56-58.

[13]楊靜，譚允禎，王振華等.煤塵表面特性及潤(rùn)濕機(jī)理的研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007，32（7）：737-740.

[14]徐海宏，李滿(mǎn)，舒新前等.煤塵潤(rùn)濕性能測(cè)試技術(shù)分析 [J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2009，37（10）：47-49.

[15]趙振保，楊晨，孫春燕等.煤塵潤(rùn)濕性的實(shí)驗(yàn)研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2011，36（3）：442-446.