金屬礦山粉塵防治技術及研究現狀

吳彥良

（金川集團股份有限公司二礦區生產技術室，甘肅 金昌 737100）

由于生產和生活需要，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、運輸和冶煉過程中會不可避免的產生污染，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和爆炸風險，但由于金屬礦塵含有更多的金屬元素和無機物，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重，且金屬硫化物仍會有燃燒和爆炸的風險[1]，因此粉塵防治問題同樣是金屬礦山生產過程中要解決的重點對象。

1 金屬礦井粉塵的來源及特性

金屬礦山的粉塵的產生主要是在掘進和開采的過程中，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過程中會產生大量粉塵，礦石的運輸過程中也會使粉塵擴散到空氣中，巷道通風也會在一定程度上造成揚塵。不同的礦山和生產方式下產生的粉塵的特點也有所不同，針對不同的金屬礦山和礦山中不同的工作區域，會有不同的粉塵防治措施，這就需要進行一系列的實驗和現場測試來確定最佳的除塵方案。

金屬礦塵與煤塵的性質不同，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雜，造成了自然沉降速度較慢，且更易發生火災和爆炸，但由于煤的潤濕性較大和煤塵顆粒形狀較不規整，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險比煤塵要低，沉降速率也相對較快。但由于金屬礦塵的硬度較高，對設備會造成更嚴重的破壞，由于無機礦物的含量較高，吸入金屬礦塵造成的塵肺病會比煤塵的癥狀更嚴重且更難醫治，對人體的危害非常大。由于硫元素和鐵元素有多種價位，部分硫化金屬礦和鐵礦存在化學不穩定性，會有一定程度的燃燒和爆炸風險。

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行捕捉，主要有重力沉降室、袋式除塵、旋風除塵、通風除塵、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行一些系列的介紹及選擇。目前會發生火災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，但其對作業環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狀

國內外關于金屬礦山除塵方面的研究較少，而且處于初期階段。目前人們對于工業粉塵的研究更多的是煤塵、水泥和一些易燃易爆的有機粉塵，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性質，闡述了其爆炸機理，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行對比。并基于本質安全的角度制定了金屬硫化礦塵爆炸防治技術[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。通過試驗得出了碳酸鈣可增大鎂鋁等金屬粉塵的最小點火能，當空氣中粉塵的碳酸鈣質量分數達到一定數值時可喪失爆炸特性[2]。袁輝針對金屬礦山中的掘進爆破粉塵，提出一系列的粉塵防治措施，如霧幕除塵技術、水炮泥封技術等[3]。陳宜華論述了金屬礦山中采礦與選礦等不同的作業區域和不同工序下的產塵特點，并針對不同的工作環境制定了相應的除塵方法，其中較新穎的方法有無塵毒爆破技術、復墾植被優化技術，及針對選礦粉塵的納米除塵技術、微動力除塵技術微孔膜除塵技術等[4]。顧新宇等人針對金屬礦山井下爆破過程中產生的粉塵，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，粉塵濃度超過規定值時噴槍將自動啟動，水霧直接射至塵源。通過現場試驗，高壓水槍降塵方法可減少等待炮煙時間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展現狀，從技術和管理等各個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，因此煤塵與水的結合更加容易。

煤塵與水霧結合后會使煤塵的質量增大，且煤塵之間會更容易相互粘合使質量進一步增大，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附著能力，使粉塵更易沉降與凝結，并避免二次揚塵。

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不同，相同種類的水對不同物質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行磁化潤濕實驗，測量在不同的磁場強度和磁化時間下水在粉塵所屬的物質上的接觸角，獲得最佳潤濕性的磁場強度和磁化時間。將抑塵劑水溶液進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行該實驗[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到更好的捕捉效果。

對于礦山中的細顆粒粉塵，可利用微霧旋風除塵的方法，該方法將噴霧除塵與旋風除塵的方法結合，將細顆粒粉塵潤濕粘合后使粉塵的質量和粒徑均增加，從而旋風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，帶電水霧與粉塵結合后使粉塵更易粘合且附上電荷，此時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。粉塵通過磁性裝置時，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上結合其他的除塵方法進行組合除塵。

5 結論

如今人們對金屬礦的生產需求日益增大，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于金屬礦山粉塵的研究現狀，同時根據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用提供借鑒。