有色金屬礦山除塵技術(shù)研究進展

張文平，蔡明明

(山東黃金礦業(yè)科技有限公司選冶實驗室分公司，山東 煙臺 261441)

有色金屬采礦過程中會產(chǎn)生大量細粒礦塵，其中，從空氣沉降下來的礦塵被稱作沉積礦塵；懸浮于礦內(nèi)空氣中的礦塵被稱作浮游礦塵。細粒有色金屬粉塵的分散度會隨的細小顆粒的增多而增高，根據(jù)統(tǒng)計，濕式鑿巖產(chǎn)生的粉塵站粉塵總量的41.3%，裝運礦巖石占粉塵總量的13.1%，爆破占粉塵總量的45.6%[1]。

1 粉塵的概念及結(jié)構(gòu)性質(zhì)

1.1 粉塵的概念

粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒。習(xí)慣上講，對粉塵有許多名稱，但這些名詞并沒有明顯的界限，如灰塵、煙塵、礦塵、塵埃、砂塵、粉末等。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定，粉塵是粒徑小于75μm的固體懸浮物。地球溫度能夠一直保持的最主要原因之一是由于大氣中粉塵的存在，大氣中粉塵過多或者過少都將對環(huán)境產(chǎn)生災(zāi)難性的影響。生產(chǎn)性粉塵在生活和工作中，會對人類的健康產(chǎn)生嚴重的危害，可以誘發(fā)很多疾病。

1.2 粉塵的結(jié)構(gòu)性質(zhì)

1.2.1 粉塵的粒度

粉塵的粒度又稱為粒徑，是指粉塵的大小。因粉塵的形狀并不規(guī)則，一般用塵粒的平均直徑或其投影定向長度來表示粒度。

1.2.2 粉塵的分散度

粉塵分散度一般指物質(zhì)破碎的程度，也就是說的粉塵分散度是指某粒級的粉塵量與粉塵總量的百分比。

1.2.3 粉塵中游離二氧化硅的含量

二氧化硅是地殼內(nèi)最常見的氧化物，粉塵中的二氧化硅通常會以游離狀態(tài)的形式以及結(jié)合狀態(tài)的形式存在。

2 有色金屬礦塵的危害性

(1)引發(fā)塵肺病等職業(yè)疾病，對職工的身體健康產(chǎn)生嚴重危害。有色金屬礦塵容易引發(fā)塵肺病，不但給礦工身體健康帶來了嚴重危害，同時也會給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟損失以及不良的社會影響，目前已經(jīng)在國內(nèi)外引起廣泛的關(guān)注。

(2)有色金屬礦塵爆炸。同其他物質(zhì)一樣，粉塵也具有一定的能量。因為粉塵具有表面積大，粒徑小的特點，所以其表面能也很大。當(dāng)空氣中粉塵濃度較高時，會形成很容易著火的可燃混合氣體，當(dāng)遇到高溫物體或者明火時，會釋放出大量的熱能，并在一瞬間完成燃燒過程，這樣燃燒氣體的溫度就會猛然升高，體積迅速膨脹，從而形成了很高的膨脹壓力。有色金屬礦山的礦塵粒度極細，在高溫高壓的環(huán)境下，很有可能會引發(fā)破壞力極大的爆炸。一旦爆炸產(chǎn)生，將會帶來重大的人員傷亡，并且給企業(yè)帶巨大的經(jīng)濟損失，因此對于有色金屬礦山粉塵爆炸的問題應(yīng)該給予高度重視，實施嚴格的管控措施，有效防止和預(yù)防粉塵爆炸的產(chǎn)生。

(3)嚴重污染環(huán)境，有很大的安全隱患。有色金屬礦山的礦塵濃度較高時，會造成工作面的能見度會降低，職工在這種惡劣的環(huán)境中長期工作，會有很多安全隱患，造成不必要的傷亡。

(4)減少設(shè)備的使用壽命。粉塵隨風(fēng)流運動時會跟儀器、設(shè)備產(chǎn)生摩擦與碰撞，隨著時間的增加，儀器和設(shè)備表面就會受到磨損。目前，有色金屬礦山的自動化水平日益提高，精密儀器的數(shù)量也不斷增加，如果不能有效控制風(fēng)流中的礦塵，會嚴重影響儀器和設(shè)備的使用壽命，進而對有色金屬礦山的生產(chǎn)工作產(chǎn)生不利影響。

3 有色金屬礦山綜合防塵降塵技術(shù)

有色金屬礦山綜合防塵降塵技術(shù)是指為防止粉塵對人體、礦山等產(chǎn)生危害，而采用各種技術(shù)手段以降低空氣中的粉塵濃度、減少礦山粉塵的產(chǎn)生量等措施[2-6]。

3.1 通風(fēng)除塵技術(shù)

通風(fēng)除塵技術(shù)一般將有色金屬礦山中的粉塵通過風(fēng)流帶出，從而使得有色金屬礦山內(nèi)部的粉塵濃度得到降低。所謂的最優(yōu)除塵風(fēng)速就是大幅度的降低粉塵濃度，同時還不會產(chǎn)生二次揚塵的風(fēng)速；最低排塵風(fēng)速是能使粉塵一直保持懸浮，并且隨著風(fēng)的流動而排出的最低風(fēng)速[7-8]。一般情況下，粉塵的粒度和形狀以及風(fēng)速的大小都會影響通風(fēng)除塵的效果。

3.2 凈化風(fēng)流技術(shù)

凈化風(fēng)流技術(shù)指對進入礦井含塵濃度超過標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)流進行除塵凈化的技術(shù)措施。進人礦井的風(fēng)流，粉塵濃度超過一定濃度時，必須采取措施進行凈化。

3.2.1 水幕凈化風(fēng)流技術(shù)

水幕是用來降塵或隔爆的技術(shù)，為凈化空氣而在巷道中用噴嘴噴出的水霧構(gòu)成屏障，通過水霧技術(shù)可以有效的降低礦塵濃度，并且凈化如風(fēng)流。

一般情況下，有色金屬礦井總?cè)腼L(fēng)流凈化水幕會安裝在距井20-100m巷道內(nèi)；巷道中產(chǎn)塵源凈化水幕安裝在塵源下風(fēng)側(cè)5～10m內(nèi)；采區(qū)入風(fēng)流凈化水幕安裝在風(fēng)流分叉口支流里側(cè)20～50m巷道內(nèi)；回風(fēng)流凈化水幕安裝在距工作面回風(fēng)口10～20m回風(fēng)巷內(nèi)；掘進回風(fēng)流凈化水幕安裝在距工作面30～50m巷道內(nèi)。

3.2.2 除塵裝置

除塵裝置可根據(jù)是否利用水或其它液體，分為干式和濕式兩大類。除塵裝置俗稱除塵器，是除去或降低煙氣中飛灰含量的裝置。

3.3 濕式作業(yè)

濕式作業(yè)是有色金屬礦山綜合防塵抑塵的主要方式之一，通過有色金屬礦塵同水等液體碰撞接觸，實現(xiàn)粉塵的捕集，它被廣泛應(yīng)用于采礦過程的諸多環(huán)節(jié)中。在濕式作業(yè)投運過程中，水等液體同礦塵接觸后，不但濕潤了礦塵，更增加了礦塵的重量，使得礦塵的下沉速度增加，有效防止了礦塵的飛揚[9]。

3.4 職工自身防護

職工自身防護是通過自行佩戴安全帽、口罩、頭盔等防護裝備，來減少進入人體內(nèi)部的粉塵的數(shù)量。加強職工自身的粉塵個人防護意識，會對職工的身體健康有很大幫助。

4 有色金屬礦山噴霧防塵技術(shù)

噴霧除塵技術(shù)在有色金屬礦山上已經(jīng)應(yīng)用了很長時間。在國外，通常會在裝車點安裝自動噴霧裝置，在裝巖機上安裝自動噴霧灑水裝置，利用濕潤劑噴灑在空氣中或下落礦石高度大的地方，從而實現(xiàn)凈化空氣的目的[10-11]。

為了提高水力除塵的效率，各國科研工作者早就進行了大量研究；美國等國家還建立了許多噴霧除塵技術(shù)的研發(fā)機構(gòu)，通過大量的試驗以及數(shù)值模擬，確定噴霧除塵所需要的最優(yōu)參數(shù)，以使噴霧除塵設(shè)備具有較高的質(zhì)量以及優(yōu)良的性能和極佳的效果。

4.1 噴霧防塵技術(shù)機理

4.1.1 慣性碰撞

有色金屬礦山中粉塵與水滴的慣性碰撞是除塵最基本的原理。粉塵在風(fēng)流中運動時，遇到水滴后運動方向會發(fā)生改變，運動軌跡也會由直線變?yōu)榍€，被捕集的粉塵的粒徑會隨相對速度的增大而減小，依靠慣性碰撞作用被捕集的主要是1μm以上粒徑的塵粒。

4.1.2 擴散作用及粘附作用

粒徑極小的粉塵，由于質(zhì)量小，所以會在風(fēng)中做復(fù)雜的無規(guī)則的布朗運動，并且擴散的速度很快。在有色金屬礦山粉塵的擴散過程中，會與水的液滴發(fā)生接觸碰撞，從而被捕獲。粉塵會在半徑大于中心到水滴邊緣的距離時被水滴粘附并捕集。

4.2 噴霧防塵系統(tǒng)的構(gòu)成

噴霧防塵系統(tǒng)是在有色金屬礦山的粉塵空氣中噴射霧化水滴，霧化水滴中通常會含有濕潤劑，利用濕潤劑對粉塵的潤濕效果，加強粉塵顆粒之間的相互碰撞接觸，從而達到捕塵效果。噴霧降塵系統(tǒng)的主要組成部分為過濾器、噴嘴、傳感器、主機、定時控制閥、增壓泵、管路等組成的。噴霧防塵系統(tǒng)可有針對性的抑制塵源，如在礦石卸載、轉(zhuǎn)運過程利用灑水噴霧抑制粉塵飛揚、裝礦鏟斗鏟礦時潤濕礦石，在爆破時利用沖擊波啟動水幕噴霧等。

設(shè)計噴霧除塵技術(shù)時不要對生產(chǎn)工藝產(chǎn)生影響，不要對工人的操作產(chǎn)生影響，不要改變物料本身的物理化學(xué)性質(zhì)；有效避免噴霧除塵產(chǎn)生的液滴對設(shè)備及零部件等造成腐蝕；生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)與供水水泵連鎖，同時運轉(zhuǎn)、同時停止；射流寬度不宜過寬，物料與噴嘴間的距離不小于300mm；如果設(shè)有吸塵罩，那應(yīng)將噴霧水幕設(shè)置在則噴嘴與吸塵罩之間。同煤礦相比，噴霧除塵抑塵技術(shù)在有色金屬礦山上的應(yīng)用要少很多。有色金屬礦山噴霧防塵抑塵技術(shù)的使用效果同噴射方向、通風(fēng)形成霧蔽帶的效果、噴嘴的布置以及噴霧裝置距離工作面的距離、管路的壓力等因素有密切的關(guān)系。

5 結(jié)論與展望

有色金屬礦山的防塵抑塵工作需要進行綜合治理，要全面考慮到產(chǎn)生粉塵的場所，形成并建立一套完整的有色金屬礦山防塵抑塵治理體系。對有色金屬礦山應(yīng)該采用先進的管理體系，促進勞動衛(wèi)生的管理納入更加規(guī)范的軌道；強化作業(yè)場所勞動環(huán)境的治理和管理工作；采用有針對性的、效果顯著的防塵抑塵技術(shù)；改善職工的工作環(huán)境，降低塵肺病等職業(yè)病的發(fā)生概率，促進有色金屬礦山行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。