高效抑制剂在有色金属矿山的应用探索

郇伟静，陈 圣

(1.中铁资源集团有限公司， 北京 100039； 2.北京融世杰机械设备有限公司， 北京 102600)

高效抑制剂在有色金属矿山的应用探索

郇伟静1，陈 圣2

(1.中铁资源集团有限公司， 北京 100039； 2.北京融世杰机械设备有限公司， 北京 102600)

针对目前矿山粉尘的污染和危害问题，通过与科研单位合作对国内某典型大型露天矿山的粉尘样进行分析，研制出适合有色金属矿山的高效抑制剂，进行喷洒试验，并与传统洒水降尘对比，改进和完善了抑制剂配方。在矿山降尘和粉尘抑制方面做了探索性研究。

高效抑制剂； 有色金属矿山； 露天矿； 探索性研究

1 前言

国内外大气质量研究和环境评价结果显示,行车扬尘是露天矿山最大的粉尘污染源, 也是矿区空气污染的主要根源之一。车重引起的路面弯曲、下沉及龟裂、行车过程中发生颠簸等,也会加速地面自由颗粒变成粉尘的过程[1]。

矿山作业人员长期吸入过量的粉尘, 轻者会出现皮肤、呼吸系统等疾病, 重者可引起尘肺病或肺部组织病变等。进入肺部的粉尘超过50mg就会引起尘肺病,在各类职业病中，尘肺病占总数的75%，专家估计我国尘肺病实际发生的病例数不少于100万人，且人数仍在不断增长[2～3]。粉尘不仅对人体造成巨大危害, 也对生态系统和矿山设备产生巨大的破坏作用，大量的粉尘进入发动机后会加剧零部件特别是发动机的磨损，一台新车在低尘环境下, 大修前能行驶100 000km, 而在高尘环境下不到15 000km就需大修, 且增加油料消耗40%左右[4]。通常矿山主运输道路路边5m处的空气含尘浓度高达750～800mg/m3，超过国家卫生标准的400倍左右，粉尘所造成的尘肺病不但严重威胁矿山职工的健康与生命，还给企业带来巨大的经济损失和不良的社会影响，已引起国内外的广泛关注[5]。

因此, 世界各国纷纷开展矿山降尘研究, 在道路洒水和抑制剂研制方面做了大量工作,也取得了可喜的成绩。我国化学抑制剂的研究和应用起步较晚，但发展迅速，涉及的领域也不断拓宽，早期的润湿型和粘结型化学抑制剂对矿山降尘起到了积极作用，但由于应用范围不广泛及价格较贵，洒水降尘是目前我国最常用的露天矿路面降尘方法，近年来，抑制剂研究正朝着价格更低、更环保和多功能型发展，相继开发出了高分子型、环保型、功能型抑制剂[6～7]。

2 矿山粉尘及影响因素分析

路面扬尘属于开放性产尘，产尘点多且不固定、涉及面积大，具有阵发产尘的特点，因此粉尘散发到大气中，不易通过常用的排气罩等形式的除尘设备来控制，给防尘降尘带来了很大困难。地面扬尘浓度受风速、路面岩土性质、空气中自然飘尘的多少、车辆行驶速度、车辆载重、行车密度以及路面岩土含湿量等多种因素的影响。

本文对我国东北某大型露天钼矿山不同位置的典型粉尘样品开展粒度、天然含水量和饱和吸水率、矿区水土酸碱度等物理参数测试分析，在此基础上，联合有关科研单位和院校开展针对有色金属露天矿山的新型环保抑制剂研制和测试。

2.1 粒度分析

用GZX系列数显鼓风干燥箱对样品进行24h 60℃恒温干燥；预筛分出粒径大于0.9mm的粗尘与小石块；最后用标准检验筛对粒径小于0.9mm的样品进行筛分试验，筛分结果见表1。

表1 尘样的粒度分析结果

总悬浮颗粒物TSP浓度(粒径≤100μm)是评价大气污染的重要指标，其定义为悬浮在空气中的颗粒物，而道路粉尘正是矿区TSP的重要组成部分。其中粒径小于10μm的固体微粒(英文缩写PM10)，能较长期地在大气中漂浮，也称为浮游粉尘或可吸入颗粒物。筛分结果显示粉尘样品中大颗粒粉尘(粒径大于0.1mm即100μm)和可降尘(10μm

2.2 天然含水量和饱和吸水率测试

天然含水量和饱和吸水率测试结果见表2和表3。天然含水量平均值0.29%，饱和吸水率测试方法为首先将粉尘样品进行干燥处理，然后将处理好的粉尘干样放置在经干燥处理的玻璃器皿中，用滴定管对尘样进行滴定，待粉尘饱和吸水后，用干燥的定性滤纸将器皿中多余的分离水吸干并称重。

2.3 矿区水土酸碱度

矿区工业用水的酸碱度决定了对地表水质的污染、对运输设备的腐蚀程度以及对周围农作物的影响程度。在洒水过程中，水溶解路面粉尘中可溶物质，在一定程度上也改变水土的酸碱度。测试采用PHTESTER型PH计对工业用水样品进行测量。在测量之前，用缓冲液对PH计进行两点标定，并得出两点直线斜率为98%。测得工业用水在25℃时的pH值为7.42，然后采用所取土样的混合样，用工业用水样品与之混合并搅拌，待粉尘全部沉淀后，测量粉尘上部液体的pH值，结果表明，混合样25℃时的pH值为7.53，呈弱碱性。

表2 尘样的天然含水量测试结果

表3 尘样的饱和吸水率测试结果

3 高效抑制剂原理

根据不同的粉尘抑制机理，化学抑制剂总体上分为润湿型、粘结型、凝聚型和复合型4类。其中复合型抑制剂是两种及以上抑制剂在一定的物理或化学条件下复合而成的，可将湿润、黏结、凝并、吸湿保水等功能综合为一体，是各种类型抑制剂功能的统一。

由于抑制剂多在恶劣、复杂多变的环境下使用，为避免更多的试验失败，因地制宜研究复合型抑制剂是极其必要的。近年来国内外主要抑制剂的研究成果显著，配方多样化方向发展[8]，主要配方见表4。

表4 近年来化学抑制剂主要配方

注: 表中百分数均为质量百分数,引用自陈高林等(2014)。

针对露天矿山采矿作业面矿尘的非晶态、高度复杂和不均一结构特点以及矿石表面的多孔特性，开展矿尘表面湿润作用研究、表面电荷的中和作用研究、凝聚作用研究、保水作用研究及协同作用抑尘剂等研究，将具有湿润、保水、中和、凝聚作用的成分有效组合，使其协同作用，并添加一定的助剂，研究开发出协同作用强、性价比高和环境友好的钼矿矿尘化学抑制剂。进一步研究筛选出具有多重作用的矿尘化学抑制剂成分。理论和实践已经证实，一些化学物质既具有优良的表面湿润作用，又具有优良的保水作用，同时，如果该化合物带有相应电荷，则还具有中和矿尘表面电荷的作用。按照这一思路，还可有效地降低矿尘化学抑制剂的成本。

经过大量试验研究，目前已经形成的抑尘剂配方主要组分包括：浸润组分A、电中和组分B、凝聚组分C、保水组分D和助剂E。为便于运输，将以上5种组分制成粉状，而且所有组分无毒、无腐蚀性，环境友好。实验室研究结果显示，该抑尘剂可抑尘80%以上，其保水性提高50%，湿润性提高1～2倍，凝聚时间缩短2～3倍。

4 工业试验过程

经过前期现场调查并结合矿方生产计划制定方案，选择该露天钼矿正常生产的运输干线公路及相似矿山先后作为试验区域，试验路段长约150m，宽约15m，路基为碎石，路面有约4mm浮土，该路段矿石运输采用矿用自卸卡车。试验采用先测定洒水后粉尘浓度，再测定喷洒抑制剂后的粉尘浓度。

配制成浓度为50%的高浓度溶液运至现场后，灌装到洒水车中，稀释至5%，试验抑制剂用量0.5t(干粉)，5%溶液约10t。喷洒采用矿山常用洒水车进行喷洒，洒水量 2.5kg/m2，与日常单次洒水量相同。

观测方法包括视觉直观观测及仪器观测。其中视觉直观观测，主要为视频和照片拍摄，通过视觉这种直观的方法来检验抑制剂的保水和抑尘作用。

浓度测试采用英国进口的CEL- 712实时粉尘浓度检测仪测定洒水和洒抑制剂两种状态下的粉尘浓度，仪器测量范围0.01～250g/m3，可监测呼尘、PM10、PM2.5等参数。

试验时间共计48h，其中洒水和洒抑制剂状态分别检测24h，测得大量的粉尘浓度数据，试验结果数据汇总见表5。

(1)PM10降尘效果分析。洒水1h后，PM10粉尘浓度最大值4 190μg/m3，平均值3 290μg/m3；洒抑尘剂1h后，PM10粉尘浓度最大值614μg/m3，平均值452μg/m3，洒抑尘剂比洒水平均多降2 676μg/m3，降尘率86.26%。洒水16h后，PM10粉尘浓度最大值35 600μg/m3，平均值28 700μg/m3；洒抑尘剂16h后，PM10粉尘浓度最大值5 021μg/m3，平均值4 270μg/m3，洒抑尘剂比洒水平均多降24 430μg/m3，降尘率85.12%。

表5 粉尘浓度数据汇总表

(2)TSP降尘效果分析。洒水1h后，TSP粉尘浓度最大值7 910μg/m3，平均值6 740μg/m3；洒抑尘剂1h后，TSP粉尘浓度最大值1 170μg/m3，平均值852μg/m3，洒抑尘剂比洒水平均多降5 888μg/m3，降尘率87.36%；洒水16h后，PM10粉尘浓度最大值80 200μg/m3，平均值67 500μg/m3；洒抑尘剂16h后，PM10粉尘浓度最大值8 230μg/m3，平均值7 540μg/m3，洒抑尘剂比洒水平均多降59 960μg/m3，降尘率88.83%。

5 结论

(1)通过对运输路面抑制剂的应用类型、降尘机理以及降尘效果进行分析和总结，并结合我国实际情况，确定了以具有湿润、中和、保水、凝聚协同作用的绿色环保化学抑制剂作为研究方向。

(2)现场工业试验表明，高效抑制剂的降尘效果显著，测试期间可使大气粉尘PM10和TSP降尘率达85%以上，有效改善作业场所工作环境，单次喷洒抑制剂抑尘效果能持续24h，且后期只需要补喷低浓度(1%左右)或补加清水即可，操作简单。

(3)露天矿山在喷洒抑制剂后，路面平坦光滑，细尘、浮石明显减少，路面质量提高，抗碾压性能增强。研究工作为今后开展类似试验提供了数据支持和经验积累，具有积极的探索意义。

[1] 李曙光,张幼蒂.霍林河露天矿卡车调整模拟研究[J].化工矿山技术,1990,(3):1-3.

[2] 王雪芹,郑 雷,张飞天,张巨洲.煤矿综采工作面高效抑尘系统研究与应用[J].中国矿山工程,2015，44(4):65-67.

[3] 郑 雷,王雪芹.煤矿粉尘爆炸事故树分析[J].中国矿山工程,2015,44(3):69-72.

[4] 陈军良,吴 超,张 强.国内外路面防尘技术研究现状及评价[J].矿冶,1998,(1):8-13.

[5] 孙 伟,孙 晨.国内选矿厂尘源分析和除尘设备概述[J].中国矿山工程,2015,44(6):60-65.

[6] 吴 超.化学抑尘剂的基础研究及其在矿山中的应用[A].长沙:中南大学博士学位论文,2000.

[7] 王姣龙,胡志光,张玉玲.化学抑尘剂的研究现状分析[J].化学工程师,2014,(7)：51-53.

[8] 陈高林,王 飞,郭红光.抑尘剂技术研究现状及发展趋势[J].煤炭技术,2014,33(11):340-342.

Exploration on the application of efficient inhibitor in nonferrous metal mines

In view of the pollution problems and hazards of mining dust at present, the dust samples in a large domestic typical open pit mine were analyzed by cooperated with scientific research institutes, then developed efficient inhibitor suitable for non-ferrous metal mines. Spraying tests were carried on and compared with traditional watering, and based on it the inhibitor formulation was improved. This work is an exploratory research for reducing mine dust.

efficient inhibitor; nonferrous metal mines; open pit mine; exploratory research

1672-609X(2017)02-0019-03

TD714

A

2017-01-06

郇伟静(1987-)，男，江苏沭阳人，硕士，工程师，从事矿山地质工作。