潘海霞

(河南省欒川縣環(huán)境保護局, 河南欒川縣 471500)

化學(xué)抑塵劑在金屬礦山的試驗研究

潘海霞

(河南省欒川縣環(huán)境保護局, 河南欒川縣 471500)

非煤礦山粉塵主要來源于開采工藝等方面,利用抑塵劑除塵是礦山粉塵治理的重要手段。通過對比選擇幾種吸濕劑與表面活性劑,優(yōu)化后的濃度配比為吸濕劑5%、表面活性劑1%,該抑塵劑應(yīng)用于現(xiàn)場試驗中,在道路碾壓現(xiàn)場試驗表明,噴灑抑塵劑溶液的粉塵含水率明顯高于只噴灑清水的粉塵含水率,且保濕時間更長;在碎礦站試驗中,噴灑抑塵劑溶液可有效控制粒徑dP＜20μm的粉塵,除塵率得以大幅度提高,取得了很好的抑塵效果。

抑塵劑;抑塵機理;現(xiàn)場試驗;配比;除塵率

非煤露采礦山影響最廣的生產(chǎn)性粉塵為游離二氧化硅(SiO2)粉塵,在礦山開采工藝中,穿孔-爆破-鏟裝-運輸-碎礦等過程中均可接觸SiO2粉塵,而SiO2粉塵是導(dǎo)致員工矽肺病的重要原因,因此系統(tǒng)地研究化學(xué)抑塵劑材料性能并將所得抑塵劑配方做現(xiàn)場試驗具有重要的意義。

1 化學(xué)抑塵劑的抑塵機理

抑塵劑由吸濕劑、表面活性劑等組成[1]。其有效成分CaCl2、MgCl2具有吸濕、保濕性能,抑塵劑溶液噴灑在揚塵路段上之后,會增大塵粒的尺寸和重量,具體表現(xiàn)為增大粉塵粒子的親水性,使其更易潤濕、凝結(jié),從而達到加速下落,迅速沉降的目的;同時,依靠表面活性劑中的成膜單體材料在表面層形成殼膜,吸濕劑消除殼膜的裂縫,表面活性劑充分發(fā)揮噴灑液的效能,在表層形成完整、連續(xù)且具足夠強度的殼體,使粉塵限制于殼內(nèi),避免空氣污染,同時具有減少物料流失的作用。

2 試驗研究分析及配方要求

2.1 試驗研究分析

應(yīng)用安全系統(tǒng)工程中的故障樹分析法作為系統(tǒng)分析工具,將抑塵劑可行性分析表示成一些邏輯樹圖和形象圖形(見圖1)。預(yù)測抑塵效率及實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化成為可能[2]。

根據(jù)抑塵劑失效的事故樹求最小割集T=M1+M2+X1=X2+X3+X4+X5+X1,結(jié)果得5個最小割集{X1},{X2},{X3},{X4},{X5},用布爾代數(shù)法求成功樹的最小徑集為{X2,X3,X4,X5,X1},由此可以看出抑塵劑試驗成功必須滿足:

圖1 抑塵劑失效的事故樹分析

(1)吸濕劑吸濕、保濕能力強;

(2)表面活性劑潤濕能力強;

(3)與水配比合理;

(4)配伍問題。

另外,作為礦山環(huán)保應(yīng)用的產(chǎn)品,還應(yīng)該滿足以下安全環(huán)保要求[1]:

(1)無毒、無臭、對環(huán)境不造成污染;

(2)能迅速溶于水,且溶解度要大;

(3)對金屬無腐蝕作用;

(4)無燃燒、爆炸性;

(5)成本低廉、材料易得、運輸方便[3]。

2.2 配方要求

吸濕劑的選擇。氯化鈣、水玻璃、氯化鎂和甘油4種試劑在某種程度上均有一定的吸水能力,試驗測定各材料的吸水能力見圖2。

從以上試驗結(jié)果可以分析出:氯化鈣、氯化鎂吸水性能高于其他2種試劑。

圖2 相同條件下各種吸濕材料的吸水能力

氯化鈣、氯化鎂溶液濃度分別為0.2%～0.4%,0.5%～1%,5%,5%～10%,12%時噴灑,粉塵含水率測定結(jié)果見表1。

表1 噴灑不同濃度氯化鈣、氯化鎂溶液時粉塵的含水率

從表1可以看出:氯化鈣、氯化鎂溶液濃度在5%～10%時噴灑于粉塵含水率最高。

另一方面還要解決好表面活性劑的選擇和配比問題。添加表面活性劑后不僅能夠降低CaCl2溶液的表面張力,還增加溶液的潤濕、分散、增稠及緩蝕等作用,故需要多種表面活性劑復(fù)配。通過試驗觀察粉塵在表面活性劑中的沉降時間(見表2),可以看出脂肪醇聚氧乙烯醚類表面活性劑(R-O(C2H4O)n-H)的復(fù)配物作為表面活性劑能明顯降低水的表面張力,提高粉塵的潤濕能力,且配比的最佳濃度為0.5%～1%。

表2 粉塵在不同表面活性劑的試驗溶液中的沉降時間

2.3 濃度配比設(shè)計[4]

對吸濕劑A1(5%～10%),表面活性劑A2(0.5%～1%)采用正交設(shè)計做36次試驗,將實驗結(jié)果按照由高到低的次序排列如表3。

從表3得出最優(yōu)濃度配比為:吸濕劑5%,表面活性劑1%。

表3 吸濕劑、表面活性劑最優(yōu)配比試驗

3 現(xiàn)場試驗及試驗效果驗證

3.1 試驗地點及內(nèi)容

為考察上述配比抑塵劑的效果,在洛陽鉬業(yè)集團股份有限公司礦山公司露天礦進行現(xiàn)場試驗。該礦的開采工藝系統(tǒng)包括:牙輪鉆機穿孔-電鏟鏟裝-汽車運輸臺階式采剝工藝;汽車-破碎-溜井-電機車開拓運輸系統(tǒng)。在這一系列過程中產(chǎn)生粉塵的主要因素為道路運輸和碎礦站碎礦,故試驗地點定為南莊2#碎礦站至1474排土場路段和3#碎礦站。

(1)路面除塵實驗:該路段浮土層厚,厚度為4～6cm,日常行車密度為900輛/d,60%為45t的TR50型重載車輛,在這些車輛的碾壓下道路凹凸不平,有大量浮土和灑落的巖石顆粒。實驗選取路面長500m,將配好的抑塵劑溶液用灑水車均勻地噴灑在該路段沙土表面,噴灑厚度在3～5mm之間。每隔一定時間取樣,連取6d,計算試樣的含水率。

(2)碎礦站除塵實驗:3#碎礦站碎礦過程粉塵量較大,經(jīng)測定:粉塵粒徑dp＜20μm的占80%以上。將配好的抑塵劑溶液用灑水車均勻噴灑于該區(qū)域,取6d樣計算除塵率。

3.2 除塵劑的效果評價

(1)含水率測定:6d后物料含水率12.4%,抑塵效果明顯高于只灑清水(見圖3),節(jié)水率約為97.5%。二次揚塵比沒灑抑塵劑前減少了約50%～70%。

(2)計算除塵率:除塵率η=(Q1-Q2)/Q1×100%,式中,Q1為未使用抑塵劑溶液時的粉塵粒徑dP＜15μm的濃度,mg/m3;Q2為使用抑塵劑溶液粉塵粒徑dP＜15μm的粉塵濃度,mg/m3;計算得到除塵率為95.5%。

由圖4[5]可看出:粉塵粒徑dP＜5μm,抑塵劑的除塵效率為89.6%,相比清水效率提高53.1%;粉塵粒徑dP＜10μm,噴灑抑塵劑的除塵效率為93.4%,相比清水效率提高23.9%;可以看出抑塵劑對于粉塵粒徑越小除塵效果越好,空氣凈化程度越高。

圖3 噴灑抑塵劑與清水粉塵含水率對比

圖4 抑塵劑與清水除塵效率對比

4 結(jié) 論

(1)用鹵化物與脂肪醇聚氧乙烯醚類表面活性劑的復(fù)配物抑塵,在起到穩(wěn)定塵土的作用同時,還可保持較長時間有效。抑塵劑能迅速滲入沙塵粒間隙,固化后即在沙土表面形成一層具有強度的防護殼,隔開氣流對松散沙土層的直接作用,并把沙土層粘結(jié)成片,使沙土動床變?yōu)槎ù?從而起到防塵、固沙的作用。

(2)由正交設(shè)計,吸濕劑、表面活性劑最優(yōu)配比試驗得出,最優(yōu)濃度配比為:吸濕劑5%,表面活性劑1%。

(3)現(xiàn)場試驗表明:配比合理的抑塵劑能抑制運輸?shù)缆返姆蹓m并能避免二次揚塵,有助于改善礦山露天開采的工作環(huán)境,保障員工生命健康安全,防止職業(yè)病,保障安全生產(chǎn)。

[1]吳 超.化學(xué)抑塵劑的基礎(chǔ)研究及在礦山中的應(yīng)用[J].礦業(yè)快報,2001,(12),5～7.

[2]汪元輝.安全系統(tǒng)工程[M].天津:天津大學(xué)出版社,1999.

[3]柳建龍,李 錦,彭興文,等.MPS型抑塵劑及其應(yīng)用[J].工業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)病,2000,(2).

[4]金龍哲,楊繼星,歐盛南.潤濕型化學(xué)抑塵劑的試驗研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2007,(6):109～112.

[5]張玉英,張建華.粉塵采樣器在測定呼吸性粉塵中的應(yīng)用[J].中華勞動衛(wèi)生職業(yè)病雜志,2001,(1).

2010-04-25)

潘海霞(1966-),女,河南欒川人,助理工程師,從事化驗分析及環(huán)境保護工作,Email:gaojianmin666@126.com。