鎢精礦干燥包裝工序粉塵立體化治理研究

陳陽

(湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南長沙 410014)

鎢是現(xiàn)代工業(yè)、國防及高新技術(shù)應用中極為重要的功能材料之一，廣泛應用于航天、原子能、船舶、汽車工業(yè)、電氣工業(yè)、電子工業(yè)、化學工業(yè)等諸多領(lǐng)域，可是目前國內(nèi)鎢精礦選礦廠雖然生產(chǎn)工藝成熟，但是在干燥包裝工序存在收塵設(shè)備落后、職工防塵意識薄弱、職業(yè)病危害形勢嚴峻的問題，包裝與運輸過程有散落粉料嚴重、大量有價粉料白白流失的現(xiàn)象，未達到清潔生產(chǎn)的標準。本文以某典型有色礦山的多金屬選礦廠干燥包裝車間存在的粉塵危害現(xiàn)象為例，通過現(xiàn)場試驗采樣以及實驗室數(shù)據(jù)分析，從而獲得車間的粉塵產(chǎn)生規(guī)律與部分粉塵的物理性質(zhì)作為研究方案的前提依據(jù)。通過研究塵源點以及所需處理風量，設(shè)計一次揚塵與二次揚塵控制的具體方案，從而達到立體化治理粉塵危害、資源回收利用的雙重目的。

1 鎢精礦干燥包裝生產(chǎn)工藝

某多金屬選礦廠鎢精礦干燥包裝目前分為兩條生產(chǎn)線，即黑鎢干燥包裝生產(chǎn)線和白鎢干燥包裝生產(chǎn)線。

黑鎢濃漿經(jīng)過陶瓷過濾機初步脫水后經(jīng)皮帶運輸機轉(zhuǎn)運至雙螺旋輸送機，再次轉(zhuǎn)運至粉體式干燥機二次脫水，干燥后的鎢精礦通過負壓管路進入旋風分離器與脈沖袋式分離器實現(xiàn)氣固分離，黑鎢精礦進入分離器灰斗，然后通過螺旋輸送機運送至料倉。料倉底部連接半自動包裝機，通過人工操作進行稱重、包裝、封袋，然后人工運送至庫房。黑鎢干燥包裝工藝如圖1所示。

圖1 黑鎢干燥包裝工藝流程圖

白鎢濃漿通過板式壓濾機初步脫水后，經(jīng)過皮帶運輸機輸送至白鎢干燥槽內(nèi)，使用蒸汽進行長時間干燥，干燥后使用燃燒法去除白鎢內(nèi)少量煤油，冷卻后經(jīng)過人工大包送至庫房。白鎢干燥包裝工藝流程如圖2所示。

圖2 白鎢干燥包裝工藝流程圖

2 現(xiàn)場產(chǎn)塵規(guī)律分析

黑鎢和白鎢干燥、包裝生產(chǎn)工藝粉塵產(chǎn)生點的確定以及產(chǎn)塵規(guī)律的分析，是一次揚塵治理的重要依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行合理布點，采取總粉塵濃度的測定去分析該點是否產(chǎn)生粉塵，產(chǎn)生的粉塵是否超標。通過測定落塵量去估算車間黑鎢、白鎢干燥、包裝生產(chǎn)年粉塵流失量以及輔助分析產(chǎn)塵范圍和確定二次揚塵治理范圍。

2.1 總粉塵濃度測定的采樣布點與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)白鎢、黑鎢干燥、包裝生產(chǎn)崗位與主要設(shè)備的位置，選取一樓黑鎢包裝機布置4個采樣點;2個白鎢干燥槽梯度布置6個點;二樓黑鎢皮帶運輸機溜槽口平行布置2個點;三樓布袋分離器與螺旋輸送機附近布置2個點。總共布置了14個具有代表性的采樣點，具體采樣地點如圖3～圖6所示。

圖3 一樓黑鎢包裝機總塵采樣布點圖

圖4 一樓白鎢干燥槽總塵梯度采樣布點圖

圖5 二樓黑鎢皮帶運輸機總塵采樣布點圖

圖6 三樓黑鎢布袋分離器與螺旋輸送機總塵采樣布點圖

參照中華人民共和國國家職業(yè)衛(wèi)生標準工作場所空氣中粉塵測定第1部分:總粉塵濃度(GBZ/T 192.1－2007)，本次采樣用已知質(zhì)量的濾膜采集，由濾膜的增量和采氣量，計算出空氣中總粉塵的濃度。本次采樣與分析使用的儀器:(1)濾膜:過氯乙烯濾膜;(2)粉塵采樣器:包括采樣夾和采樣器兩部分;(3)分析天平:感量0.1 mg或0.01 mg;(4)秒表或其它計時器;(5)箱體干燥器;(6)鑷子;(7)除靜電器。采樣完畢后，分析所得的總塵濃度結(jié)果見表1。

表1 總塵濃度測定表

為了確定粉塵是否為矽塵，確定總塵濃度的參照標準，也為獲得粉塵游離二氧化硅含量的危害性量化值，選取部分濾膜進行測定。雖然所取代表性樣品的游離二氧化硅含量均小于10%，不屬于矽塵，但其數(shù)值都接近與矽塵的所定義的標準，工人若長期在該類粉塵彌漫的環(huán)境下工作，塵肺病的產(chǎn)生率將極大增高。參照工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第一部分:化學有害因素(GBZ 2.1－2007)，游離二氧化硅含量小于10%的其它粉塵總塵容許濃度PC－TWA為8 mg/m3，對照表1總塵濃度的測定表可知，3、4、5、6、7、8號樣總塵濃度超標，具體分析見表2。

表2 總塵濃度超標分析

由表2可知黑鎢包裝機以及皮帶運輸機溜槽口是重要的產(chǎn)塵點，所以需設(shè)置除塵凈化裝置，降低生產(chǎn)崗位的粉塵濃度，保護工人的職業(yè)健康。

白鎢干燥槽的1、2、11、12、13、14號樣雖然未超過國家標準，但其總塵濃度也大部分超過1 mg/m3，且由梯度采樣的結(jié)果可知，距白鎢干燥槽一定距離，總塵濃度有上升趨勢，擴散圖如圖7所示，這是由于白鎢干燥槽所散發(fā)的水蒸汽以及有毒氣體中含有少量粉塵，且含粉塵氣流先上升到一定高度，然后隨自然風以及工作場所吹風扇氣流的擾動在車間內(nèi)彌漫，最后冷卻后沉降至干燥槽較遠的地面以及設(shè)備表面，這也是車間內(nèi)地面落塵量大的主要原因。

圖7 白鎢干燥槽梯度采樣及氣流散發(fā)模擬圖

9與10號采樣點為三樓的袋式分離器與螺旋輸送機，理論上此處應該是無粉塵，但測定結(jié)果顯示袋式分離器的主風機旁總塵濃度達4.73 mg/m3，螺旋輸送機的總塵濃度達1.87 mg/m3，由此分析可知: (1)主風機與風筒的本體和法蘭連接處出現(xiàn)漏灰現(xiàn)象;(2)布袋分離器與螺旋輸送機的連接處出現(xiàn)漏灰現(xiàn)象。這兩類現(xiàn)狀的出現(xiàn)導致了設(shè)備外逸粉塵。

2.2 落塵量的采樣布點與數(shù)據(jù)分析

為了測算粉塵的年流失量與確定二次揚塵治理與回收的范圍，實驗根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)狀況合理布置采樣點(詳見圖8～圖10)，使用10 cm×10 cm的玻璃塊，在玻璃塊上覆蓋相應面積的測試紙，采用雙面膠布進行固定，進行24 h落塵量的測定。該次實驗的儀器為:(1)10 cm×10 cm玻璃塊、測試紙;(2)分析天平，感量0.1 mg;(3)計時器;(4)箱體干燥器;(5)鑷子、雙面膠;(6)樣品包裝袋。

圖8 一樓落塵量采樣布點圖

圖9 二樓皮帶運輸機落塵量采樣布點圖

圖10 三樓黑鎢落塵量采樣布點圖

該次實驗的數(shù)據(jù)為:

單位落塵量=采樣質(zhì)量/采樣面積×1天(24 h)。實驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 干燥包裝車間落塵數(shù)據(jù)

從表3單位落塵量的數(shù)據(jù)結(jié)合布點的實際位置分析可知，1樓的黑鎢包裝機附近的10號、11號采樣點的落塵量較大，分別為3.522 g/m2d、15.022 g/m2d，這是由于黑鎢包裝機外逸粉塵嚴重，包裝機前端設(shè)置了吹風扇，且11號采樣點離包裝機較近，在工作崗位的下風向，而10號采樣點在包裝機的左下方。9號采樣點位于包裝機頂部，單位落塵量達0.292 g/m2d，說明包裝機頂部外逸粉塵且包裝過程散發(fā)的粉塵彌漫在空氣中所致，但數(shù)值低于10號采樣點，這是由于大量粉塵被吹風扇的干擾氣流帶至下風向。12號采樣點單位落塵量達0.512 g/m2d，說明受包裝機散發(fā)粉塵飄落與白鎢干燥槽散發(fā)粉塵雙重因素所至。

一樓1號、4號、5號、6號、7號、8號的落塵主要是由于干燥槽所散發(fā)出來的蒸汽夾帶著粉塵在車間無組織排放，彌漫在空氣中，沉降所致。

成品庫的2號與3號樣的單位落塵量分別為0.202 g/m2d、0.008 g/m2d，這是由于每個包裝袋開有質(zhì)檢孔，轉(zhuǎn)運過程中會散落一部分粉塵，而成品庫進出門設(shè)有吹風扇，導致空氣中二次揚塵沉降所致。

二樓13號、14號、15號、16號采樣點的單位落塵量異常大，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備情況分析，這是由于皮帶運輸機的下料口與進口部位未采取密閉措施與凈化措施，且粉塵隨皮帶運動的慣性拋灑揚塵所至。

三樓17號、18號、19號、20號采樣點的單位落塵量雖然數(shù)值不大，但理論上應該無粉塵外逸和落塵，這是由于主風機以及主風機與風筒的連接管、布袋分離器與螺旋輸送機的連接給料閥門、料倉的連接處出現(xiàn)漏風現(xiàn)象所導致粉塵外逸。

3 立體化粉塵治理方案

根據(jù)試驗測定分析確定了一次揚塵的產(chǎn)塵源以及范圍和散落粉料的二次揚塵治理范圍，針對其范圍以及產(chǎn)塵特點研究立體化粉塵治理的方案，以達到全方位解決粉塵外逸，實現(xiàn)資源綜合回收利用的目的。

3.1 一次揚塵治理方案

3.1.1 黑鎢包裝機粉塵治理方案

包裝機工作崗位附近的4個總塵濃度測試結(jié)果嚴重超出國家允許的標準，落塵量測試結(jié)果也偏大，這說明包裝機粉塵外逸且無凈化收集裝置是產(chǎn)塵嚴重的主要原因。

在現(xiàn)有生產(chǎn)條件狀況下，對包裝機的夾帶裝置與下料裝置采取局部密閉并設(shè)置側(cè)吸罩，對整個機器采用鍍鋅鋼板進行全密閉并設(shè)置上側(cè)吸罩，且取消現(xiàn)在生產(chǎn)崗位的吹風扇，吸風罩外接一體式除塵器。方案效果圖如圖11所示(現(xiàn)有生產(chǎn)條件)。

圖11 包裝機粉塵治理方案示意圖

3.1.2 黑鎢皮帶運輸機粉塵治理方案

黑鎢皮帶運輸機工作崗位附件的2個總塵濃度測試結(jié)果超出了國家允許的標準，這是由于黑鎢皮帶運輸機的進料口與下料口都未設(shè)置密閉裝置，也未設(shè)置吸塵罩與凈化裝置，當皮帶運動時，粉料作慣性拋物運動，大部分粉料進入溜槽，較小粉塵就彌漫在空氣中。還有一部分粉料由于慣性拋物運動散落在皮帶機的附近。落塵量測試結(jié)果異常偏大是由于一部分粉料由于慣性拋物運動散落在皮帶機的附近，還有一部分粉料含有一定濕性粘結(jié)在皮帶上，反復運動過程中跌落在地面。

為解決皮帶運輸機工作崗位粉塵超標的問題，需在皮帶運輸機的進料口與下料口設(shè)置密閉裝置，并設(shè)置吸塵罩與一體式除塵裝置，方案效果圖如圖12所示。

圖12 皮帶運輸機粉塵治理方案效果圖

3.1.3 白鎢干燥槽含塵蒸汽治理方案

從總塵濃度測試結(jié)果和落塵量的測定結(jié)果分析可知，白鎢干燥槽所散發(fā)出來的蒸汽夾帶著少量粉塵，且未超過國家標準，但是長期無組織室內(nèi)排放，將會導致車間環(huán)境溫度升高、濕度大、崗位視線差等問題。為解決這類問題，需有組織的排放干燥槽的蒸汽，采用圖13的方案解決。

圖13 白鎢干燥槽蒸汽粉塵處理方案

3.1.4 其它產(chǎn)塵點技術(shù)處理方案

袋式分離器的主風機旁總塵濃度和螺旋輸送機的總塵濃度雖然未超過國家標準，但理論上應該無粉塵或極微小的粉塵，由此分析知下述現(xiàn)象導致粉塵外逸:(1)主風機與風筒的本體和法蘭連接處出現(xiàn)漏灰現(xiàn)象;(2)布袋分離器與螺旋輸送機的連接處出現(xiàn)漏灰現(xiàn)象。針對上述現(xiàn)象，可采取以下措施進行治理:(1)檢查布袋漏風情況，及時更換現(xiàn)有布袋，加強設(shè)備管理;(2)補焊設(shè)備漏風處，無法補焊處采用密封材料進行封堵。

3.2 二次揚塵治理方案

為獲得二次揚塵控制系統(tǒng)的一部分設(shè)計參數(shù)，需知道落塵的堆積密度，為此在現(xiàn)場隨機取6個落塵樣品，參照國家標準粉塵物性試驗方法(GB 16913－2008－T)進行堆積密度的試驗分析，取堆積密度最高的數(shù)據(jù)作為設(shè)計依據(jù)值，得設(shè)計依據(jù)值為1.94 g/cm3。

二次揚塵控制系統(tǒng)采用羅茨真空泵作為氣源設(shè)備，廠房布置活動接口，工人手持吸塵裝置進行清掃。氣源設(shè)備裝在系統(tǒng)的末端，當真空泵運轉(zhuǎn)后，整個系統(tǒng)形成負壓，由管道內(nèi)外存在的壓力差空氣被吸入輸料管。同時物料和一部分空氣便同時被吸嘴吸入，并被輸送到分離器。在分離器中，物料與空氣分離。被分離出來的物料由分離器底部的旋轉(zhuǎn)式卸料器卸出，而未被分離出來的微細粉粒隨氣流進入除塵器中凈化，凈化后的空氣經(jīng)系統(tǒng)中配置的消聲器排入大氣。

結(jié)合落塵量的分析結(jié)果與車間廠房的結(jié)構(gòu)和設(shè)備布置位置，進行二次揚塵控制系統(tǒng)的管網(wǎng)布置，布置圖如圖14～圖17所示。

4 結(jié)論

以典型有色礦山多金屬選礦廠鎢精礦干燥包裝工序的粉塵立體化治理研究為例，形成了一套由檢測、分析、立體化治理措施的成套技術(shù)，該成套技術(shù)能高效控制一次揚塵的外逸問題，解決二次揚塵的控制難題，實現(xiàn)資源回收與清潔生產(chǎn)。

圖14 二次揚塵控制系統(tǒng)管網(wǎng)平面圖

圖15 二次揚塵控制系統(tǒng)一樓管網(wǎng)平面圖

圖16 二次揚塵控制系統(tǒng)二樓管網(wǎng)平面圖

圖17 二次揚塵控制系統(tǒng)三樓管網(wǎng)平面圖

［1］ 譚天祐，梁風珍.工業(yè)通風除塵技術(shù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社.1984.

［2］ 徐學耘，汪永慶.固定式真空吸塵清掃裝置的發(fā)展［J］.水利電力施工機械，1993，(3):12－15.

［3］ 張勛.集中式真空吸塵系統(tǒng)介紹及與國外同類產(chǎn)品的技術(shù)比較［J］.醫(yī)藥工程設(shè)計雜志，2001，(3):23－26，44.

［4］ 張勛.集中式真空吸塵系統(tǒng)設(shè)計概論［J］.硫磷設(shè)計與粉體工程，2001，(4):27－34.

［5］ 王介生.羅茨中央真空吸塵系統(tǒng)管網(wǎng)和風機特性研究［J］.棉紡織技術(shù)，2004，(12):22－25.

［6］ 周玉申.生產(chǎn)性粉塵的特性研究［J］.木材加工機械，2005，(5):28－33.

［7］ 宋交才.生產(chǎn)性粉塵的危害與控制［J］.湖南安全與防災，2011，(5):46－48.

［8］ 段尖鷹.冶金企業(yè)集中式真空吸塵系統(tǒng)［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，1999，(5):74－75.

［9］ 楊倫.氣力輸送工程［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006.

［10］楊倫.粉體工程基礎(chǔ)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1980.

［11］張慎衷.氣力輸送系統(tǒng)輸送風速的確定原則和鼓風機風量的換算方法［A］.胡傳映，孫鴻范，楊長骙，等.中國物料搬運學會第一屆學術(shù)年會論文集［C］.西安:中國機械工程學會物流工程分會，1980.115－121.

［12］黃標.氣力輸送［M］.上海:上海科技出版社，1984.

［13］馬文斗.空氣污染控制工程［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1994.