李敏 倪嘉媛

摘 ? 要：本文以硅膠、硅藻土為皂基添加物，研發(fā)出一款針對鋼鐵廠區(qū)除塵灰污染的清潔皂，同時對其進行了洗滌性能的鑒定。結果表明，在適宜的制皂條件下，按照成皂總質量的5%、3%分別添加硅膠和硅藻土兩種吸附材料，即可生產(chǎn)出既外表美觀又清潔效果佳的除塵灰清潔皂。本研究為礦山特種清潔產(chǎn)品的生產(chǎn)與進一步研發(fā)提供了科學依據(jù)。

關鍵詞：礦山 ?除塵灰 ?吸附 ?特種清潔 ?手工皂

中圖分類號：TQ648 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）05（a）-0094-04

礦冶行業(yè)，是國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，礦山開采是將自然原始的巖體進行破碎、轉移、研磨、冶煉、加工的過程[1-2]。每一個環(huán)節(jié)都產(chǎn)生大量游離性粉塵。傳統(tǒng)礦山開采，以露天環(huán)境、人工作業(yè)為主，人體直接暴露在污染環(huán)境下[3-4]。隨著現(xiàn)代科技發(fā)展，礦山逐漸向機械化、集約化過渡，產(chǎn)塵量進一步增加[5]。人體接觸生產(chǎn)性粉塵后，易發(fā)生一系列病變。例如，粉塵接觸皮膚后，堵塞皮脂腺使得皮膚失水干燥，易受到機械性刺激形成感染而發(fā)生毛囊炎、粉刺等。若粉塵進入耳道內，易于形成耳垢栓塞。長期反復而處理不當，易引起角膜損傷，導致角膜混濁，粉塵彌漫時若直接作用于眼，易造成角膜破裂，嚴重者可致失明[6-8]。

目前礦山粉塵的防治主要有以下方法：（1）生產(chǎn)前減少粉塵產(chǎn)生，即在生產(chǎn)前，預先優(yōu)化物料參數(shù)，來降低生產(chǎn)產(chǎn)塵的數(shù)量;（2）生產(chǎn)中降塵處理，即在生產(chǎn)過程中，使用特定的降塵設備進行控制，使粉塵沉降;（3）場地排塵，即場地加強通風，進行排塵;（4）隔絕粉塵，即利用口罩、防護服等保護裝備，將工人身體盡量與粉塵隔離開[9-10]。

以上方法均可以降低粉塵的濃度、降低對于人體的附著數(shù)量，從而在一定程度上降低對人體的危害。而工人在從事開采、運輸工作時，皮膚將不可避免的沾染上粉塵等污染，礦山工人大多使用肥皂等傳統(tǒng)清潔產(chǎn)品進行清潔，而市售普通皂類產(chǎn)品無法對于粉塵污染進行有效清潔。

基于此，本文以鋼鐵冶煉生產(chǎn)過程產(chǎn)生的除塵灰（粒度細小，極易附著，成分復雜，含有Fe、Mn、Ca等多種有價元素）[11-12]為例，通過加入樹脂等物理吸附劑作為添加物，同時調整加入比例，制作一種針對除塵灰的礦冶特種清潔皂。

手工皂的主要由油脂、堿、水發(fā)生皂化反應制成，制作時間較長，成本較高。同時，也可以使用已預處理的皂基進行融化后進行制作，制作方法分為冷制法、熱制法等，考慮礦山實際應用情況以及價格成本，本文選用皂基冷制法[13-15]。

1 ?實驗設計

1.1 試劑材料

除塵灰（新余鋼鐵集團有限公司提供，1kg）;生豬皮（10cm×10cm正方形）;活性炭、樹脂、硅膠、硅藻土及其他相關試劑均為分析純;實驗所用超純水均由Milli-Q純水系統(tǒng)制備。

1.2 主要儀器

721B分光光度計，上海精密科學儀器有限公司;相差顯微鏡及熒光顯微鏡，Olympus;高速冷凍離心機，Eppendorf;FA1004電子分析天平，上海精密科學儀器有限公司

1.3 實驗方法

1.3.1 吸附能力測試

（1）首先將除塵灰制成1%的水溶液200mL待用;

（2）然后取15mL塑料離心管，取上述搖勻后粉溶液10mL，加入離心管中。分別加入0.01g、0.05g、或0.1g的吸附材料（活性炭、樹脂、硅膠、硅藻土），蓋緊管口，上下翻動20次。

（3）置于試管架20min，待其自然沉降。觀察上清液的渾濁程度，并用分光光度計在OD610nm下測定吸光度。

1.3.2 成皂實驗

由于不同的添加材料性質不同，因此需探索合適的制皂條件，使其符合檢驗標準，需要實驗驗證的因素包括溫度、pH、含水量、材料含量、表面活性劑添加量等。實驗主要通過肉眼和觸摸等方式，研究加入活性炭、樹脂、硅膠、硅藻土等吸附材料后，觀察添加物是否產(chǎn)生沉淀、漂浮、結團等現(xiàn)象，從而導致成品皂體硬度欠佳，手感不適。

1.3.3 豬皮模擬實驗

采用顯微觀察技術，參考醫(yī)學皮膚病檢測方法，采用豬皮模擬人體皮膚，從而實現(xiàn)觀察目的。

（1）采購1kg生豬皮，清潔后裁切成大小相似的10cm×10cm正方形塊狀，冰箱冷凍保藏，以免變質;

（2）找相對潔凈的薄木板，將豬皮四角用鐵釘釘在木板上，便于洗滌操作;

（3）將除塵灰污染各塊豬皮中間某處，分別利用清水、普通皂、特種皂來洗滌，以同樣的搓洗力度，在不同的搓洗時間內，觀察清潔效果

（4）觀察方式。

①肉眼觀察：直接觀察豬皮清洗的潔凈度;

②顯微鏡觀察：嘗試用干凈透明膠帶，把污染地方的污漬黏在有膠的一側，再把膠帶粘在載玻片上，隨后拿到顯微鏡下10×或40×觀察。

1.3.4 洗凈度檢測[16]

（1）選取手部皮膚健康受試者25人次，雙手同時粘取除塵灰30s;

（2）選取吸附材料硅膠和硅藻土，并根據(jù)下（表 1）的25種添加比例進行成皂，每塊特種皂總質量為200g;

（3）每位受試者進行洗凈度檢測，將雙手打濕后用特種皂在雙手手心手背均勻涂抹20s，再雙手相互揉搓20s，最后使用流水進行沖洗1min;

（4）觀察25位受試者雙手的洗凈效果及使用感受，并用相機拍攝記錄進行對比分析，得出吸附材料最佳添加比例。

1.3.5 產(chǎn)品的橫向對比

為更貼合礦山特種清潔皂的實際應用場景，以清除礦山污染物“除塵灰”為例，與市售的其他六款皂進行橫向對比。實驗同時使用白度儀測試和主觀肉眼評分兩種評價方法，以避免主觀評分的影響。白度值越高，產(chǎn)品去污效果更好。主觀評價采取5分制，由20人進行評分，平均分值越高，去污能力越好。

2 ?結果與分析

2.1 吸附能力測試

由圖1可知，在不同濃度的除塵灰溶液中加入不同質量的吸附劑（活性炭、樹脂、硅膠、硅藻土），靜置20min后均有很大程度的凈化效果，可初步確定此四種吸附劑對于除塵灰的去除均有效果，可作為研究礦山特種清潔皂制備的吸附材料，并由此展開進一步實驗。

2.2 成皂實驗結果對比

根據(jù)表2、圖2可知，加入活性炭成皂較軟，清洗效果較差;加入樹脂沉淀較多影響成皂，清洗效果較好;加入硅膠成皂較好，清洗效果一般;加入硅藻土成皂較好，清洗效果較差。綜上所述，活性炭并不適合作為皂配方添加物，可進一步研究樹脂、硅膠、硅藻土的添加比例以達到既成皂效果適宜且清洗效果佳的制皂配方。

2.3 豬皮模擬實驗

通過顯微鏡觀察對比，可觀察到特種皂對豬皮的清潔效果明顯優(yōu)于普通皂。由表 3、圖3具體可得，特種清潔皂中，添加硅膠與硅藻土的特種皂清潔效果較好，而添加了樹脂的特種皂清潔效果并不明顯。由此可進一步研究硅膠和硅藻土的添加比例以期達到最佳效果配方。

2.4 洗凈度檢測

通過添加不同比例的硅膠和硅藻土進行成皂、清洗對比實驗，通過圖4、圖5發(fā)現(xiàn)受試者8的實驗白度值和主觀評價總分值最高，其實驗所用特種皂的成皂配方為皂液184g、硅膠10g、硅藻土6g，由此可得出利用此種配方生產(chǎn)出的特種清潔皂有較好的清潔效果及使用感受。

2.5 產(chǎn)品的橫向對比

由圖6結果明顯可知特種清潔皂在礦冶環(huán)境污染清潔方面具有獨特的優(yōu)勢，與市售產(chǎn)品拉開了較大差距。

3 ?結語

本文采用吸附能力測試、成皂實驗、豬皮模擬實驗、洗凈度檢測、產(chǎn)品的橫向對比等方式建立了特種吸附材料的篩選模型和方法，也為后續(xù)不同礦冶環(huán)境污染的特種清潔需求的產(chǎn)品定制，提供了標準流程參考[17-18]。經(jīng)過多次試驗得出：按照特種清潔皂總質量的5%、3%分別添加硅膠和硅藻土兩種吸附材料，在適宜的制皂溫度、pH、含水量、材料含量、表面活性劑添加量條件下即可生產(chǎn)出既外表美觀又清潔效果佳的礦山特種清潔皂。

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