有色金属矿山除尘技术研究进展

张文平，蔡明明

(山东黄金矿业科技有限公司选冶实验室分公司，山东 烟台 261441)

有色金属采矿过程中会产生大量细粒矿尘，其中，从空气沉降下来的矿尘被称作沉积矿尘；悬浮于矿内空气中的矿尘被称作浮游矿尘。细粒有色金属粉尘的分散度会随的细小颗粒的增多而增高，根据统计，湿式凿岩产生的粉尘站粉尘总量的41.3%，装运矿岩石占粉尘总量的13.1%，爆破占粉尘总量的45.6%[1]。

1 粉尘的概念及结构性质

1.1 粉尘的概念

粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒。习惯上讲，对粉尘有许多名称，但这些名词并没有明显的界限，如灰尘、烟尘、矿尘、尘埃、砂尘、粉末等。根据国际标准化组织规定，粉尘是粒径小于75μm的固体悬浮物。地球温度能够一直保持的最主要原因之一是由于大气中粉尘的存在，大气中粉尘过多或者过少都将对环境产生灾难性的影响。生产性粉尘在生活和工作中，会对人类的健康产生严重的危害，可以诱发很多疾病。

1.2 粉尘的结构性质

1.2.1 粉尘的粒度

粉尘的粒度又称为粒径，是指粉尘的大小。因粉尘的形状并不规则，一般用尘粒的平均直径或其投影定向长度来表示粒度。

1.2.2 粉尘的分散度

粉尘分散度一般指物质破碎的程度，也就是说的粉尘分散度是指某粒级的粉尘量与粉尘总量的百分比。

1.2.3 粉尘中游离二氧化硅的含量

二氧化硅是地壳内最常见的氧化物，粉尘中的二氧化硅通常会以游离状态的形式以及结合状态的形式存在。

2 有色金属矿尘的危害性

(1)引发尘肺病等职业疾病，对职工的身体健康产生严重危害。有色金属矿尘容易引发尘肺病，不但给矿工身体健康带来了严重危害，同时也会给企业造成很大的经济损失以及不良的社会影响，目前已经在国内外引起广泛的关注。

(2)有色金属矿尘爆炸。同其他物质一样，粉尘也具有一定的能量。因为粉尘具有表面积大，粒径小的特点，所以其表面能也很大。当空气中粉尘浓度较高时，会形成很容易着火的可燃混合气体，当遇到高温物体或者明火时，会释放出大量的热能，并在一瞬间完成燃烧过程，这样燃烧气体的温度就会猛然升高，体积迅速膨胀，从而形成了很高的膨胀压力。有色金属矿山的矿尘粒度极细，在高温高压的环境下，很有可能会引发破坏力极大的爆炸。一旦爆炸产生，将会带来重大的人员伤亡，并且给企业带巨大的经济损失，因此对于有色金属矿山粉尘爆炸的问题应该给予高度重视，实施严格的管控措施，有效防止和预防粉尘爆炸的产生。

(3)严重污染环境，有很大的安全隐患。有色金属矿山的矿尘浓度较高时，会造成工作面的能见度会降低，职工在这种恶劣的环境中长期工作，会有很多安全隐患，造成不必要的伤亡。

(4)减少设备的使用寿命。粉尘随风流运动时会跟仪器、设备产生摩擦与碰撞，随着时间的增加，仪器和设备表面就会受到磨损。目前，有色金属矿山的自动化水平日益提高，精密仪器的数量也不断增加，如果不能有效控制风流中的矿尘，会严重影响仪器和设备的使用寿命，进而对有色金属矿山的生产工作产生不利影响。

3 有色金属矿山综合防尘降尘技术

有色金属矿山综合防尘降尘技术是指为防止粉尘对人体、矿山等产生危害，而采用各种技术手段以降低空气中的粉尘浓度、减少矿山粉尘的产生量等措施[2-6]。

3.1 通风除尘技术

通风除尘技术一般将有色金属矿山中的粉尘通过风流带出，从而使得有色金属矿山内部的粉尘浓度得到降低。所谓的最优除尘风速就是大幅度的降低粉尘浓度，同时还不会产生二次扬尘的风速；最低排尘风速是能使粉尘一直保持悬浮，并且随着风的流动而排出的最低风速[7-8]。一般情况下，粉尘的粒度和形状以及风速的大小都会影响通风除尘的效果。

3.2 净化风流技术

净化风流技术指对进入矿井含尘浓度超过标准的风流进行除尘净化的技术措施。进人矿井的风流，粉尘浓度超过一定浓度时，必须采取措施进行净化。

3.2.1 水幕净化风流技术

水幕是用来降尘或隔爆的技术，为净化空气而在巷道中用喷嘴喷出的水雾构成屏障，通过水雾技术可以有效的降低矿尘浓度，并且净化如风流。

一般情况下，有色金属矿井总入风流净化水幕会安装在距井20-100m巷道内；巷道中产尘源净化水幕安装在尘源下风侧5～10m内；采区入风流净化水幕安装在风流分叉口支流里侧20～50m巷道内；回风流净化水幕安装在距工作面回风口10～20m回风巷内；掘进回风流净化水幕安装在距工作面30～50m巷道内。

3.2.2 除尘装置

除尘装置可根据是否利用水或其它液体，分为干式和湿式两大类。除尘装置俗称除尘器，是除去或降低烟气中飞灰含量的装置。

3.3 湿式作业

湿式作业是有色金属矿山综合防尘抑尘的主要方式之一，通过有色金属矿尘同水等液体碰撞接触，实现粉尘的捕集，它被广泛应用于采矿过程的诸多环节中。在湿式作业投运过程中，水等液体同矿尘接触后，不但湿润了矿尘，更增加了矿尘的重量，使得矿尘的下沉速度增加，有效防止了矿尘的飞扬[9]。

3.4 职工自身防护

职工自身防护是通过自行佩戴安全帽、口罩、头盔等防护装备，来减少进入人体内部的粉尘的数量。加强职工自身的粉尘个人防护意识，会对职工的身体健康有很大帮助。

4 有色金属矿山喷雾防尘技术

喷雾除尘技术在有色金属矿山上已经应用了很长时间。在国外，通常会在装车点安装自动喷雾装置，在装岩机上安装自动喷雾洒水装置，利用湿润剂喷洒在空气中或下落矿石高度大的地方，从而实现净化空气的目的[10-11]。

为了提高水力除尘的效率，各国科研工作者早就进行了大量研究；美国等国家还建立了许多喷雾除尘技术的研发机构，通过大量的试验以及数值模拟，确定喷雾除尘所需要的最优参数，以使喷雾除尘设备具有较高的质量以及优良的性能和极佳的效果。

4.1 喷雾防尘技术机理

4.1.1 惯性碰撞

有色金属矿山中粉尘与水滴的惯性碰撞是除尘最基本的原理。粉尘在风流中运动时，遇到水滴后运动方向会发生改变，运动轨迹也会由直线变为曲线，被捕集的粉尘的粒径会随相对速度的增大而减小，依靠惯性碰撞作用被捕集的主要是1μm以上粒径的尘粒。

4.1.2 扩散作用及粘附作用

粒径极小的粉尘，由于质量小，所以会在风中做复杂的无规则的布朗运动，并且扩散的速度很快。在有色金属矿山粉尘的扩散过程中，会与水的液滴发生接触碰撞，从而被捕获。粉尘会在半径大于中心到水滴边缘的距离时被水滴粘附并捕集。

4.2 喷雾防尘系统的构成

喷雾防尘系统是在有色金属矿山的粉尘空气中喷射雾化水滴，雾化水滴中通常会含有湿润剂，利用湿润剂对粉尘的润湿效果，加强粉尘颗粒之间的相互碰撞接触，从而达到捕尘效果。喷雾降尘系统的主要组成部分为过滤器、喷嘴、传感器、主机、定时控制阀、增压泵、管路等组成的。喷雾防尘系统可有针对性的抑制尘源，如在矿石卸载、转运过程利用洒水喷雾抑制粉尘飞扬、装矿铲斗铲矿时润湿矿石，在爆破时利用冲击波启动水幕喷雾等。

设计喷雾除尘技术时不要对生产工艺产生影响，不要对工人的操作产生影响，不要改变物料本身的物理化学性质；有效避免喷雾除尘产生的液滴对设备及零部件等造成腐蚀；生产设备应与供水水泵连锁，同时运转、同时停止；射流宽度不宜过宽，物料与喷嘴间的距离不小于300mm；如果设有吸尘罩，那应将喷雾水幕设置在则喷嘴与吸尘罩之间。同煤矿相比，喷雾除尘抑尘技术在有色金属矿山上的应用要少很多。有色金属矿山喷雾防尘抑尘技术的使用效果同喷射方向、通风形成雾蔽带的效果、喷嘴的布置以及喷雾装置距离工作面的距离、管路的压力等因素有密切的关系。

5 结论与展望

有色金属矿山的防尘抑尘工作需要进行综合治理，要全面考虑到产生粉尘的场所，形成并建立一套完整的有色金属矿山防尘抑尘治理体系。对有色金属矿山应该采用先进的管理体系，促进劳动卫生的管理纳入更加规范的轨道；强化作业场所劳动环境的治理和管理工作；采用有针对性的、效果显著的防尘抑尘技术；改善职工的工作环境，降低尘肺病等职业病的发生概率，促进有色金属矿山行业的持续发展。