漳村矿地面作业环境游离二氧化硅测定与分析

2014-10-08 13:12:14杨莉娜李改革

华北科技学院学报 2014年8期

杨莉娜，李改革

(1.河北省矿井灾害防治重点实验室，北京东燕郊 101601;2.华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

0 引言

含有游离二氧化硅的粉尘进入人的肺内后，在二氧化硅的毒作用下，引起肺巨噬细胞分解坏死、导致肺组织纤维化，形成胶原纤维结节，使肺组织弹性丧失，硬度增大，造成通气障碍，影响肺的呼吸活动，即吸入游离二氧化硅的粉尘可引起矽肺。矽肺是尘肺中进展最快、危害最重的一种。粉尘中含有游离二氧化硅的量越高，对人体危害越大。

煤工尘肺是指煤矿工人长期吸入生产环境中粉尘所引起的肺部病变的总称，煤肺是长期吸入单纯性煤尘(含5%以下游离二氧化硅)引起的肺组织的纤维化，多见于采煤工、选煤工、煤炭装卸工。矿工的作业调动频繁，真正接触纯煤尘的矿工并不多，大部分接触的是煤矽混合尘。长期吸入大量煤矽尘引起的以肺纤维化为主的疾病称为煤矽肺。煤矽肺是一种职业病，其危害性质与严重程度与游离二氧化硅含量、粉尘浓度、接触时间等诸多因素有关。但粉尘中游离二氧化硅含量是首要因素。笔者总结了漳村煤矿井上作业场所煤尘的调查测定结果，获得粉尘中游离二氧化硅的含量，对漳村煤矿井上作业场所粉尘浓度的要求提供了科学依据。

1 游离二氧化硅含量控制标准

1.1 国外相关要求

目前世界采矿发达国家的粉尘卫生标准多按二氧化硅含量不同而分别要求。

1)美国矿山安全局规定:0.1 mg/m3为呼吸性粉尘浓度标准，具体计算方法为以总粉尘量的1/3为呼吸性粉尘(或以透过分粒装置的粉尘粒子重量计算)，再乘以粉尘中游离二氧化硅含量，即得出呼吸性二氧化硅含量。显见其粉尘浓度标准就是以呼吸性二氧化硅浓度的标准确定的。

2)日本对作业场所有害物允许浓度规定中，对游离二氧化硅10%以上按下列公式计算:

吸入性粉尘:

式中:M——允许浓度;

Q——粉尘中游离二氧化硅含量(%)。

对二氧化硅低于10%的粉尘允许浓度为1.5 mg/m3(吸入性粉尘为0.5 mg/m3)。

3)澳大利亚规定，当二氧化硅含量达到5%时，其呼吸性粉尘浓度不超过0.15 mg/m3。

1.2 我国游离二氧化硅含量标准

我国工业场所中控制游离二氧化硅主要是依据2007年颁布实施的《工业场所有害因素职业接触限值》(GBZ2.1－2007)，该标准是为保护粉尘作业工人的身体健康，对车间空气中各种生产性粉尘的最高允许浓度在国家卫生标准中均作的具体规定。见表1。

PC－TWA:时间加权平均容许浓度，指一个正常8小时工作日或一个40小时工作周中以接触有害物质的时间为权数，计算所得的平均浓度。

PC－STEL:短时间接触容许浓度，指一个工作日内，任何一次接触不得超过的15分钟时间加权平均的容许接触水平。

表1 工作场所空气中粉尘容许浓度

2 游离二氧化硅含量测定方法

2.1 实验方法

我国以往检测粉尘中游离二氧化硅含量，多采用GB5748－1985规定的“焦磷酸重量法”，但该方法操作繁琐、检验周期长、准确性差，难以满足批量检测的要求。国外常用X—射线衍射法和红外法。由于红外法的仪器价格较便宜，也不会产生对人体有害的放射性辐射，故很受重视。美英等国已把红外法作为测定煤尘中游离二氧化硅的标准方法。

为提高检测的准确度，实现批量检测的目的，本实验采用红外分光光度计进行粉尘中游离二氧化硅含量的测定。根据对漳村矿井上实际生产流程进行分析，结合规定要求，确定了皮带运输、火车装煤以及汽车道路三个测量点进行采样，每个点采集3～4个样品。采集粉尘作业场所工作人员活动范围内的沉降尘或作业场所地面积尘300mg。

1)实验原理

α—石英在红外光谱中于12.5 μm(800 cm－1)、12.8μm(780 cm－1)及14.4 μm(694 cm－1)处出现特异性强的吸收带，在一定范围内，其吸收光度值与α—石英质量成线性关系。通过测量吸光度，进行定量测量。

2)主要仪器

瓷坩埚和坩埚钳，箱式电阻炉或低温灰化炉，箱式电阻炉或低温灰化炉，分析天平:感量为0.01 mg，干燥箱及干燥器，玛瑙乳钵，压片机及锭片模具，200目粉尘筛，红外分光光度计，溴化钾，标准α—石英尘:纯度在99%以上，粒度＜5 μm。

3)实验步骤

(1)样品处理:粉尘样品放在105℃ ±3℃的烘箱内干燥2 h，稍冷，贮于干燥器备用。如果粉尘粒子较大，需用玛瑙研体研磨，并用200目筛子筛选。准确称取筛选后的样品质量，置于高温电炉(低于600℃)内灰化30 min，冷却后放入干燥器内待用。

称取250 mg溴化钾和灰化后的粉尘样品一起放入玛瑙乳钵中研磨均匀后，连同压片模具一起放入干燥箱(110℃ ±5℃)中10 min。将干燥后的混合样品置于压片磨具中，加压25 MPa，持续3 min，制备出的垫片作为测试样品。

(2)石英标准曲线的绘制:精确称取不同质量(0.01mg～1.00mg)的标准α—石英尘，分别加入250 mg溴化钾，置于玛瑙乳钵中充分研磨均匀，同样品处理，制成标准系列锭片。将标准系列锭片置于样品室光路中进行扫描，分别以800 cm－1、780 cm－1和694 cm－1三处的吸光度值为纵坐标，以石英浓度为横坐标，绘制三条不同波长的α—石英标准曲线，并求出标准曲线的回归方程式，在无干扰的情况下，一般选用800 cm－1标准曲线进行定量分析。

(3)样品测定:分别将样品锭片与样品空白锭片置于样品室光路中进行扫描，记录800 cm－1(780 cm－1或694 cm－1)处的吸光度值，重复扫描测定3次，测定样品的吸光度均值减去样品空白的吸光度均值后，由α—石英标准曲线得样品中二氧化硅的质量。

2.2 石英标准曲线绘制过程

取5 个点，分别称取不同质量(20、40、60、80、100、250mg)的 SiO2和KBr混合(SiO2∶KBr=10μg∶990μg，也就是说SiO2占混合物的浓度为1∶100)的大样，再分别加入KBr(稀释剂，不吸光)至总质量达到250 mg。得到如下表2，图1:

表2 标准SiO2吸光度

图1 石英标准曲线图

由此可得，吸光度的标准曲线为:

3 漳村矿地面游离二氧化硅含量测定分析

3.1 漳村矿地面生产工艺概述

通过实地观察走访，了解漳村矿井上作业场所及居民区结构，确定了漳村矿的井上煤炭运输路径:从主井出来的原煤，经过皮带运输进入洗煤厂煤仓，从洗煤厂煤仓出来的煤经过选矸、洗选两个环节，经过了筛选、手选、破碎、除铁、除杂等工序，装入待装车煤仓。通过分析煤炭井上运输路径，综合考虑不同作业场所粉尘浓度、作业人员密度以及与煤尘接触的密切程度等相关因素，确定了选矸车间、洗选车间以及道路运输三个测尘点。

3.2 煤样测定

1)首先，对选矸车间测点取250mg煤粉作为的样本制作压片，将做好的压片进行单程扫描，得到如图2。由于α—石英在红外光谱中于12.5μm(800 cm－1)、12.8 μm(780 cm－1)及 14.4 μm(694cm－1)处出现特异性强的吸收带，在一定范围内，其吸收光度值于α—石英质量成线性关系。在所得吸光度曲线上拾取12.5 μm(800 cm－1)、12.8 μm(780 cm－1)及 14.4 μm(694 cm－1)三点，得到相应的吸光度值。