金屬礦山粉塵防治技術(shù)及研究現(xiàn)狀

吳彥良

（金川集團(tuán)股份有限公司二礦區(qū)生產(chǎn)技術(shù)室，甘肅 金昌 737100）

由于生產(chǎn)和生活需要，我國對于金屬的需求一直占有很高的比重，在金屬礦的開采、運(yùn)輸和冶煉過程中會不可避免的產(chǎn)生污染，金屬礦山中的粉塵主要由金屬礦塵和巖塵組成，雖然金屬礦塵不會像煤塵一樣具有更大的火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)，但由于金屬礦塵含有更多的金屬元素和無機(jī)物，其對于人體健康的危害要更甚于煤塵，對器械的損害也會更嚴(yán)重，且金屬硫化物仍會有燃燒和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)[1]，因此粉塵防治問題同樣是金屬礦山生產(chǎn)過程中要解決的重點(diǎn)對象。

1 金屬礦井粉塵的來源及特性

金屬礦山的粉塵的產(chǎn)生主要是在掘進(jìn)和開采的過程中，尤其是在綜采工作面開采及爆破過程和綜掘工作面的掘進(jìn)過程中會產(chǎn)生大量粉塵，礦石的運(yùn)輸過程中也會使粉塵擴(kuò)散到空氣中，巷道通風(fēng)也會在一定程度上造成揚(yáng)塵。不同的礦山和生產(chǎn)方式下產(chǎn)生的粉塵的特點(diǎn)也有所不同，針對不同的金屬礦山和礦山中不同的工作區(qū)域，會有不同的粉塵防治措施，這就需要進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場測試來確定最佳的除塵方案。

金屬礦塵與煤塵的性質(zhì)不同，煤塵的主要元素成分是碳，密度相對較小，硬度也較小，且顆粒形狀也會更復(fù)雜，造成了自然沉降速度較慢，且更易發(fā)生火災(zāi)和爆炸，但由于煤的潤濕性較大和煤塵顆粒形狀較不規(guī)整，通過濕式除塵的方法會更容易使煤塵沉降。金屬礦塵無機(jī)礦物含量較大，密度較大，且顆粒會比煤塵的孔隙少一些，因此造成的燃燒和爆炸風(fēng)險(xiǎn)比煤塵要低，沉降速率也相對較快。但由于金屬礦塵的硬度較高，對設(shè)備會造成更嚴(yán)重的破壞，由于無機(jī)礦物的含量較高，吸入金屬礦塵造成的塵肺病會比煤塵的癥狀更嚴(yán)重且更難醫(yī)治，對人體的危害非常大。由于硫元素和鐵元素有多種價(jià)位，部分硫化金屬礦和鐵礦存在化學(xué)不穩(wěn)定性，會有一定程度的燃燒和爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

2 除塵方法簡介

除塵方法主要分為濕式除塵和干式除塵。濕式除塵是利用水或抑塵劑溶液，使粉塵與液體充分接觸后將粉塵捕捉或迅速沉降，通常有噴霧除塵、泡沫除塵、濕氏除塵器等方法。干式除塵是使用除液體之外的其他方法對含塵氣流中的粉塵進(jìn)行捕捉，主要有重力沉降室、袋式除塵、旋風(fēng)除塵、通風(fēng)除塵、電除塵和磁力除塵等。

本研究將針對金屬礦山，尤其是硫化金屬礦山的除塵方法進(jìn)行一些系列的介紹及選擇。目前會發(fā)生火災(zāi)和爆炸的金屬硫化礦塵幾乎均為硫與鐵組合的形式，雖然硫化銅鎳的礦塵還未見有燃燒和爆炸的案例，但其對作業(yè)環(huán)境的污染和人體健康的危害仍然不容忽視。

3 金屬礦山除塵的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外關(guān)于金屬礦山除塵方面的研究較少，而且處于初期階段。目前人們對于工業(yè)粉塵的研究更多的是煤塵、水泥和一些易燃易爆的有機(jī)粉塵，在金屬礦塵的特性和具體除塵方法的研究仍然處于相對空白的階段。因此對金屬礦山粉塵的細(xì)致研究勢在必行。

田長順等人針對金屬硫化礦塵活潑的化學(xué)性質(zhì)，闡述了其爆炸機(jī)理，探討并研究了金屬元素與硫元素的含量、粉塵濃度和粒徑等特性對爆炸的影響，并與煤塵的爆炸特性進(jìn)行對比。并基于本質(zhì)安全的角度制定了金屬硫化礦塵爆炸防治技術(shù)[1]。

李亞男等人探究了碳酸鈣對金屬粉塵爆炸的抑制作用，可作為惰化劑使用。通過試驗(yàn)得出了碳酸鈣可增大鎂鋁等金屬粉塵的最小點(diǎn)火能，當(dāng)空氣中粉塵的碳酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)可喪失爆炸特性[2]。袁輝針對金屬礦山中的掘進(jìn)爆破粉塵，提出一系列的粉塵防治措施，如霧幕除塵技術(shù)、水炮泥封技術(shù)等[3]。陳宜華論述了金屬礦山中采礦與選礦等不同的作業(yè)區(qū)域和不同工序下的產(chǎn)塵特點(diǎn)，并針對不同的工作環(huán)境制定了相應(yīng)的除塵方法，其中較新穎的方法有無塵毒爆破技術(shù)、復(fù)墾植被優(yōu)化技術(shù)，及針對選礦粉塵的納米除塵技術(shù)、微動(dòng)力除塵技術(shù)微孔膜除塵技術(shù)等[4]。顧新宇等人針對金屬礦山井下爆破過程中產(chǎn)生的粉塵，提出了高壓噴槍降塵的方法。將噴槍連接傳感器和控制水泵的電磁開關(guān)，粉塵濃度超過規(guī)定值時(shí)噴槍將自動(dòng)啟動(dòng)，水霧直接射至塵源。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，高壓水槍降塵方法可減少等待炮煙時(shí)間60%以上，降低粉塵濃度75%以上[5]。朱榮成針對金屬礦山開采的發(fā)展現(xiàn)狀，從技術(shù)和管理等各個(gè)方面的角度提出了降低粉塵危害的措施[6]。

4 除塵方法的選擇

對于煤塵，人們通常會選擇噴霧的方法除塵，這是由于煤塵的形狀不規(guī)則與孔隙較多造成的，且煤塵的親水性較好，因此煤塵與水的結(jié)合更加容易。

煤塵與水霧結(jié)合后會使煤塵的質(zhì)量增大，且煤塵之間會更容易相互粘合使質(zhì)量進(jìn)一步增大，令煤塵沉降的速度大幅增快。而金屬礦塵由于其孔隙較少，表面親水性較差，噴霧對于金屬礦塵的降塵效果會弱于對煤塵的效果，因此會通常會配合抑塵劑使用來增強(qiáng)附著能力，使粉塵更易沉降與凝結(jié)，并避免二次揚(yáng)塵。

將水流通過磁性裝置，在磁場的作用下水分子間的氫鍵斷開，使水的活性和潤濕性增加，噴出的水霧會更易與粉塵結(jié)合，會得到比普通噴霧更好的降塵效果。

由于不同種類的水的物理性質(zhì)不同，相同種類的水對不同物質(zhì)表面的潤濕性也不同，因此使用磁化水噴霧除塵前，需要對將要使用的水進(jìn)行磁化潤濕實(shí)驗(yàn)，測量在不同的磁場強(qiáng)度和磁化時(shí)間下水在粉塵所屬的物質(zhì)上的接觸角，獲得最佳潤濕性的磁場強(qiáng)度和磁化時(shí)間。將抑塵劑水溶液進(jìn)行磁化后噴霧可得到更好的除塵效果，因此可在水中加入抑塵劑進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)[7]。

由于金屬礦塵密度較大，因此干式除塵的方法同樣適用于金屬礦山，如重力沉降室可對粒徑較大或密度較高的粉塵進(jìn)行有效捕捉。與煤塵相比，金屬礦塵普遍具有較高的密度，利用重力沉降室可達(dá)到更好的捕捉效果。

對于礦山中的細(xì)顆粒粉塵，可利用微霧旋風(fēng)除塵的方法，該方法將噴霧除塵與旋風(fēng)除塵的方法結(jié)合，將細(xì)顆粒粉塵潤濕粘合后使粉塵的質(zhì)量和粒徑均增加，從而旋風(fēng)除塵器更容易將其捕捉收集，提高除塵效率[8]。

也可將水通過帶電體后噴出，使水霧帶電，帶電水霧與粉塵結(jié)合后使粉塵更易粘合且附上電荷，此時(shí)通過電除塵器將帶電粉塵收集，亦可獲得比干式電除塵更好的除塵效果。

有些有磁性的金屬礦塵，如磁鐵礦粉塵等，也可利用磁力除塵技術(shù)。粉塵通過磁性裝置時(shí)，利用磁力將粉塵捕捉。如果需要獲得更佳的除塵效率，也可在磁力除塵的基礎(chǔ)上結(jié)合其他的除塵方法進(jìn)行組合除塵。

5 結(jié)論

如今人們對金屬礦的生產(chǎn)需求日益增大，然而針對金屬礦山的粉塵研究仍處于初級階段，研究的廣度和深度均不及煤礦粉塵，因此進(jìn)行金屬礦山除塵的深入研究非常必要。本文列舉了目前有關(guān)于金屬礦山粉塵的研究現(xiàn)狀，同時(shí)根據(jù)不同金屬礦塵的特性提出了若干種除塵方案，可對日后的金屬礦山除塵的研究及應(yīng)用提供借鑒。