有色金屬礦山除塵技術研究進展

張文平，蔡明明

(山東黃金礦業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，根據統計，濕式鑿巖產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 粉塵的概念及結構性質

1.1 粉塵的概念

粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒。習慣上講，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。根據國際標準化組織規定，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境產生災難性的影響。生產性粉塵在生活和工作中，會對人類的健康產生嚴重的危害，可以誘發很多疾病。

1.2 粉塵的結構性質

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

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

2 有色金屬礦塵的危害性

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

(2)有色金屬礦塵爆炸。同其他物質一樣，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，在高溫高壓的環境下，很有可能會引發破壞力極大的爆炸。一旦爆炸產生，將會帶來重大的人員傷亡，并且給企業帶巨大的經濟損失，因此對于有色金屬礦山粉塵爆炸的問題應該給予高度重視，實施嚴格的管控措施，有效防止和預防粉塵爆炸的產生。

(3)嚴重污染環境，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)減少設備的使用壽命。粉塵隨風流運動時會跟儀器、設備產生摩擦與碰撞，隨著時間的增加，儀器和設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，精密儀器的數量也不斷增加，如果不能有效控制風流中的礦塵，會嚴重影響儀器和設備的使用壽命，進而對有色金屬礦山的生產工作產生不利影響。

3 有色金屬礦山綜合防塵降塵技術

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

3.1 通風除塵技術

通風除塵技術一般將有色金屬礦山中的粉塵通過風流帶出，從而使得有色金屬礦山內部的粉塵濃度得到降低。所謂的最優除塵風速就是大幅度的降低粉塵濃度，同時還不會產生二次揚塵的風速；最低排塵風速是能使粉塵一直保持懸浮，并且隨著風的流動而排出的最低風速[7-8]。一般情況下，粉塵的粒度和形狀以及風速的大小都會影響通風除塵的效果。

3.2 凈化風流技術

凈化風流技術指對進入礦井含塵濃度超過標準的風流進行除塵凈化的技術措施。進人礦井的風流，粉塵濃度超過一定濃度時，必須采取措施進行凈化。

3.2.1 水幕凈化風流技術

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

一般情況下，有色金屬礦井總入風流凈化水幕會安裝在距井20-100m巷道內；巷道中產塵源凈化水幕安裝在塵源下風側5～10m內；采區入風流凈化水幕安裝在風流分叉口支流里側20～50m巷道內；回風流凈化水幕安裝在距工作面回風口10～20m回風巷內；掘進回風流凈化水幕安裝在距工作面30～50m巷道內。

3.2.2 除塵裝置

除塵裝置可根據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

濕式作業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，實現粉塵的捕集，它被廣泛應用于采礦過程的諸多環節中。在濕式作業投運過程中，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，來減少進入人體內部的粉塵的數量。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

噴霧除塵技術在有色金屬礦山上已經應用了很長時間。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的研發機構，通過大量的試驗以及數值模擬，確定噴霧除塵所需要的最優參數，以使噴霧除塵設備具有較高的質量以及優良的性能和極佳的效果。

4.1 噴霧防塵技術機理

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。粉塵在風流中運動時，遇到水滴后運動方向會發生改變，運動軌跡也會由直線變為曲線，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，由于質量小，所以會在風中做復雜的無規則的布朗運動，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 噴霧防塵系統的構成

噴霧防塵系統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。噴霧防塵系統可有針對性的抑制塵源，如在礦石卸載、轉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。

設計噴霧除塵技術時不要對生產工藝產生影響，不要對工人的操作產生影響，不要改變物料本身的物理化學性質；有效避免噴霧除塵產生的液滴對設備及零部件等造成腐蝕；生產設備應與供水水泵連鎖，同時運轉、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；如果設有吸塵罩，那應將噴霧水幕設置在則噴嘴與吸塵罩之間。同煤礦相比，噴霧除塵抑塵技術在有色金屬礦山上的應用要少很多。有色金屬礦山噴霧防塵抑塵技術的使用效果同噴射方向、通風形成霧蔽帶的效果、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系。

5 結論與展望

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。對有色金屬礦山應該采用先進的管理體系，促進勞動衛生的管理納入更加規范的軌道；強化作業場所勞動環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；改善職工的工作環境，降低塵肺病等職業病的發生概率，促進有色金屬礦山行業的持續發展。