煤尘危害及抑尘技术进展

陈静

摘 要：本文简要介绍了煤尘的危害，分析了常见的物理、化学抑尘方法，结合国内外煤尘抑尘剂的现状，提出了化学抑尘研究的发展方向。

关键词：煤尘煤尘危害 化学抑尘

一、煤尘危害

粉尘污染是世界污染难题之一，随着工业化进程，扬尘污染问题日益严重。特别是采矿业，煤炭在开采、堆放、运输、加工、利用几乎所有的环节都会产生不同程度的煤尘，煤炭扬尘是煤炭生产和使用企业以及矿区城市主要的大气污染尘源之一。

1.危害人们身体健康

一般来说，在煤矿井下如果没有防尘措施，每昼夜产生的煤尘量约等于采煤量的1%左右。煤尘中大多数粉尘属于可吸入颗粒，可以导致尘肺病，所以与煤炭工业相关的尘肺病在各类尘肺病患者中的人数最多，比例也最高[1]。例如前西德煤炭工人尘肺病患者占各类尘肺病患者的90%以上，英国占75%以上，美国占70%以上，我国煤炭工人尘肺病患病人数也都超过其他各类尘肺病患者。

2.造成资源浪费，污染环境

储煤场是煤炭生产中的重要设施之一，储煤场均属露天形式，煤尘会随风流失、抛撒扬尘，煤炭损失严重，浪费了大量宝贵的资源。在运输过程中，由于一般采用敞篷运输，由于路基、道岔和其他轨道造成的颠簸，以及列车交会和经过长隧道产生的风压，都会产生煤尘，造成煤炭资源的损失 [2]。据统计，目前在铁路、公路等运输过程中，煤炭损耗率大约为0.8～1%。

煤扬尘解决不好，不止浪费了资源，还会严重污染沿线地区环境。煤尘是酸性的，抛撒后覆盖在土地上污染了土壤资源，影响产量，依附在农作物上，对农作物的生长造成破坏；附着在建筑物、交通、民用设施上，有一定的腐蚀作用，带来了安全隐患；进入大气降低空气质量，导致呼吸疾病，严重影响了周边人民群众的身体健康。

3.引发爆炸，威胁生命财产安全

煤尘爆炸是煤矿主要自然灾害之一，这类事故死亡人数多，破坏性严重。煤尘爆炸可放出大量热能，爆炸火焰温度高达1600～1900度，使人员和设备受到严重损失。尤其是煤尘爆炸气体中有大量的CO2和CO，这是造成人员死亡的主要原因。据统计，我国90%以上的煤矿的煤尘都具有爆炸危险性。煤尘爆炸浓度下限仅为45g/m3，预防煤尘爆炸的关键是防止煤尘存积和飞扬，减少工作面浮尘和落尘。

二、煤尘抑尘

粉尘防治在煤炭工业中极为重要，采取固尘、抑尘技术对煤炭扬尘进行控制是煤尘得到有效治理，是煤炭生产、运输、使用企业降低污染安全生产的主要措施， 也是保护环境，实现可持续发展的必由之路。

1.抑尘墙抑尘

利用空气动力学原理，根据现场条件将挡风板组合成挡风抑尘墙，用于煤矿、焦化厂、洗煤厂、发电厂、公路煤炭集运站储煤场、灰场等各种露天料场的抑尘。虽然防风抑尘墙有效防止煤尘随风飞扬，可是存在投资高、灵活性差、使用维护二次投入得问题，限制了实际应用。

2.遮盖抑尘

通过加设盖板或利用篷布遮盖，用于防治铁路、公路运输过程中的煤尘散落，是煤炭运输通用的方法。由于装煤、卸煤过程中多采取机械化作业，此种方法会导致运输工作效率降低，占用大量的人力物力。

3.洒水抑尘

洒水抑尘是抑制煤炭扬尘的常见方法，这种方法优点在于简便易行，但是因为煤尘与水的结合力很弱，水分很容易蒸发，必须定期洒水才能有效抑尘，水资源用量大。夏季有效抑尘时间短，冬季不耐寒冻结，随着人们对资源和环境问题的日益关注，单靠洒水来控制煤尘已不能满足工业生产需要。

4.化学抑尘

化学抑尘是一种有效、新颖的粉尘防治方法[3]，自20世纪出现以来，化学抑尘技术不断创新和发展，化学抑尘剂的开发和应用日益广泛，深入到人们生活各个领域。在抑尘剂诸多应用领域中，采矿工业是应用化学抑尘剂的先行行业之一[4]，现有的大多数抑尘剂用于防治煤尘。按照化学抑尘剂的抑尘机理分类，化学抑尘剂可以分为润湿型化学抑尘剂、粘结型化学抑尘剂和凝聚型化学抑尘剂三类。

4.1湿润型化学抑尘剂

湿润型化学抑尘剂由一种或多种表面活性剂组成，是由亲水基和疏水基组成的化合物。湿润剂溶于水时，其分子完全被水分子包围，亲水基一端被水分子吸引，疏水基一端则被排斥伸向空中，这样湿润剂物质的分子在水溶液表面形成紧密的定向排列层（界面吸附层），使水的表层分子与空气接触状态发生变化，接触面积大大缩小，导致水的表面张力降低，同时朝向空气的疏水基与粉尘之间有吸附作用，而把尘粒带入水中，使得粉尘得到充分湿润。

4.2粘结型化学抑尘剂

粘结型化学抑尘剂是利用覆盖、粘结、硅化和聚合等原理防止泥土和粉尘飞扬。粉尘粘结剂按照它们的作用机理与材料可进一步分为无机化合物硅化粉尘粘结剂、有机化合物粉尘粘结剂和复合粉尘粘结剂。其经常应用于以下领域的泥土防止和粉尘飞扬：土质路面扬尘控制；物料搬运过程产尘控制；土质堤坝、路基、地基的稳定土控制；地表和地下岩土结构工程漏水控制等。

4.3凝聚性化学抑尘剂

凝聚型化学抑尘剂是由能吸收大量水分的吸水剂组成，它们能使泥土或粉尘保持较高的含湿量从而防止扬尘。凝聚剂主要用于保水和吸收大气中的水分以便使泥土或粉尘聚合。它们常用于路面扬尘控制，物料搬运和物料仓库产尘的防治。凝聚剂按照作用机理与材料可分为吸湿性无机盐凝聚剂和高倍吸水树脂凝聚剂。

三、研究现状

1.国外研究现状

自上世纪20年代，英国、美国、前苏联等国先后通过试验研究一些润湿剂在矿井作业的应用，近年来，由于表面活性剂广泛应用于矿业开采，化学抑尘剂的研究得到了迅速发展。在煤尘抑尘剂方面美国、日本、德国和俄罗斯等国取得了多项成果：如美国的DCL-1803型粘结型化学抑尘剂和Conherex型粘结型化学抑尘剂、德国的Mon-tan粘结型化学抑尘剂、日本的专利SS剂和TH-C剂、南非的ANT-1润湿型化学抑尘剂等。

2.国内研究现状

我国化学抑尘剂研究和应用起步较晚，始于20世纪70年代末，经过80、90年代的深入研究，抑尘剂的应用领域不断拓宽，在煤尘抑尘剂方面，新的化学抑尘剂研究成果不断出现。吴超博士[5]提出并验证了阴离子表面活性剂添加硫酸钠提高湿润煤尘能力的机理；试验测定了高倍吸水树脂、复合表面活性剂、复合卤化物、复合氧化物等20多种化学抑尘剂的性能，得到了这些化学抑尘剂的合理配方。韩放等[6] 通过对抚顺矿业西露天煤矿现场的可行性试验，制备并验证了CM1、CM2两种化学抑尘剂在自然环境昼夜周期吸湿和放湿能力测定。谢德瑜等[7]依据选煤厂两个煤尘的表面性质特点开发了多种抑尘剂，并通过性能测试，得出最优配方。杜翠凤、蒋仲安等[8]研制了一种粘结型化学抑尘剂，喷洒于煤堆表面，经历雨雪，在第56天扬尘浓度0.697mg/m3具有较好抑尘效果。孙三祥等[9]用高聚物POL1为基料制备的粘结型化学抑尘剂，在煤表面固化结膜，应用于列车运煤产生的煤尘，可使运煤列车沿线扬尘削减率在95.1～99.6%之间，隧道扬尘削减率在93.8～97.8%之间。李满等[10]系统地论述了目前国内外化学抑尘剂在抑制煤尘中的研究开发现状，探讨了煤尘抑制剂开发与设计的技术思路。李伟[11]等以木质素磺酸盐为原料制备出无刺激性、无腐蚀作用对环境安全的铁路煤炭运输抑尘剂，经现场列车多次运行试验，确定该抑尘剂能有效抑制煤尘损失和污染。李翔、李长有[12]以淀粉为主链合成新型无毒害、无污染的煤尘抑尘剂，测试了其对煤尘的保水能力、凝聚能力、固结能力等应用性能。

杨静[13]等通过煤尘的表面化学结构、表面电性和表面润湿性，进一步研究煤尘表面润湿机理。徐海宏[14]等比较了沉降法、毛细管渗透法和滴液法的传统煤尘润湿性测定方法，研发了新的测试装置，并开发出系列润湿剂。赵振保[15]等选取5种代表性煤尘，结合煤尘表面官能团分析和测得的煤尘润湿性数据，探索了快速、简便测定煤尘润湿性的方法的可行性。

四、发展方向

经过近百年的发展，煤尘治理已经从物理方法转变为化学手段，从利用物理性能转化为利用物理化学综合性能来实现抑尘。结合国内外研究现状，可见用于煤尘治理的化学抑尘剂已经从沥青、重油和无机盐类过渡为有机高分子聚物、超级吸水剂。同时，将两种或多种以上抑尘剂复合得到的复合型化学抑尘剂和新型堆场抑尘剂、煤炭运输抑尘剂等专用型化学抑尘剂的开发得到了迅速发展。

煤尘种类多样、性质复杂，煤尘煤质分析、煤尘表面润湿机理、抑尘剂对煤尘作用的基础理论研究仍需深入研究，传统的煤尘润湿性测定方法存在可靠性较低、重现性较差的问题，实际操作有局限性，也需要研发出更加科学有效的测定方法，

用于煤尘抑尘的化学抑尘剂种类很多，配方层出不穷，但是存在有局限、价格贵、有毒性、腐蚀性以及难降解造成二次污染等问题。目前通过改良抑尘剂配方，研制成本更低、无毒无害、无污染、无腐蚀性、不可燃的安全型化学抑尘剂，开发无污染对环境友好的生态型化学抑尘剂也是煤尘抑尘剂研究重要方向。

参考文献

[1]陈绍义.煤矿尘肺[M].北京：煤炭工业出版社，1993.8-9.

[2]李杰，王亚娥，王志盈.散煤在铁路运输过程中的扬尘控制研究[J].铁道劳动安全与环保，2005，32（1）：45-47.

[3]赵星光等.抑尘因子模拟试验研究[J].黄金，2005，26（4）：45-48.

[4]吴超.化学抑尘[M].长沙.中南大学出版社.2003.2-3.

[5]吴超.化学抑尘剂的基础研究及在矿山中的应用[J].矿业快报，2001，12：5-7.

[6]韩放，朱吉茂.新型防冻抑尘剂性能研究[J].安全与环境工程，2003，10（4）：31-33.

[7]谢德瑜，舒新前，郝王娟等.煤尘抑尘剂的开发与研究[J].选煤技术，2004，5：19-21.

[8]杜翠凤，蒋仲安，许彦等.粘结型抑尘剂抑制露天煤场扬尘的工业试验[J].金属矿山，2005，（3）：55-57.

[9]孙三祥，常青，李杰等.大秦线运煤列车煤扬尘防治技术研究[J].铁道学报，2006，4：21-25.

[10]李满，徐海宏，舒新前.化学抑制剂在抑制煤尘中的应用探讨[J].中国煤炭，2007，33（8）：46-50 .

[11]李伟，朱红，刘凤月.铁路煤炭运输抑制剂的制备、评价和应用[J].铁道学报，2008，30（4）：.125-128.

[12]李翔，李长有.淀粉接枝共聚丙烯酸-丙烯酰胺煤尘抑尘剂的合成及应用[J].化学研究，2010，21（1）：56-58.

[13]杨静，谭允祯，王振华等.煤尘表面特性及润湿机理的研究[J].煤炭学报，2007，32（7）：737-740.

[14]徐海宏，李满，舒新前等.煤尘润湿性能测试技术分析 [J].煤炭科学技术，2009，37（10）：47-49.

[15]赵振保，杨晨，孙春燕等.煤尘润湿性的实验研究[J].煤炭学报，2011，36（3）：442-446.