铜冶炼过程中的个人职业健康防护

3M中国有限公司 张颖琦丨文、图

用铜矿石或铜精矿生产铜的方法较多，主要有火法冶炼和湿法冶炼两大类，目前世界上有80%的铜是用火法冶金生产的，特别是对硫化铜矿，基本上全是用火法冶炼，我国的铜冶炼也主要以火法冶炼为主。

冶炼厂的工作环境相对来说比较恶劣，冶炼流程中同时存在多种职业危害因素，如粉尘、烟、有毒有害气体、高噪声、高温和热辐射等等，短期或长期接触这些职业危害因素都会对人身体健康造成一定的危害。笔者在实地走访国内铜冶炼工厂时发现，现场工人使用呼吸防护、听力防护、眼面部防护用品有很多不规范之处，如：现场危害因素评估不全面，导致防护不到位；选用的防护用品防护等级不够；呼吸防护用品的指定防护因数低于现场危害因数；工人没有正确使用和维护防护用品等。

下面以铜火法冶炼厂的工艺流程为主，针对其主要职业危害因素，以国内外职业健康防护相关标准和规章制度为依据，提出呼吸防护、听力防护和眼面部防护的解决方案。

结合工艺流程识别职业健康危害

硫化铜矿到铜精矿的浮选过程主要发生在铜矿选矿厂，从选矿厂运输铜精矿到冶炼厂后，通常采用如图1所示的工艺流程。

图1 铜的火法冶炼流程图

铜精矿中主要物质为黄铁矿（FeS2）和黄铜矿（CuFeS2），不同成分的矿粉按一定比例混合，混合制团过程或者干燥的过程中再加入造铜锍熔炼所需的其他熔剂石英石（SiO2）和石灰石（CaCO3），此过程中的主要职业危害因素是原料粉尘和机械设备运行产生的噪声。

干燥过的熔炼料或者混合制团后的球团被送入闪速炉，熔炼炉以及电炉中，整个熔炼还原过程的主要物理化学变化为；水分蒸发，高价硫化物分解，硫化物直接氧化，造硫反应和造渣反应。此过程中产生的主要职业危害因素是烟尘、烟气、含有大量二氧化硫（SO2）的酸性气体、高温以及高温飞溅熔体。

熔炼过程发生在熔炼车间，主要产物为铜锍（含铜量20%～65%）。熔炼产生的铜锍会被进一步送入转炉进行吹炼，吹炼的目的是把铜锍中的硫和铁氧化除去而得到粗铜。转炉产生的粗铜会被送入阳极炉进一步还原，生成阳极铜（含铜量为99%），最后浇铸成阳极铜板。此过程为铜的精炼，主要发生在精炼车间。吹炼造铜过程中，生成的氧化亚铁（FeO）与初始添加的溶剂中的二氧化硅（SiO2）进行造渣反应，炉渣被分层定期排出。

此外，转炉和阳极炉里的炉壳炉衬也要经常维护，维护材料是水泥和耐火材料，因此精炼厂的主要职业危害因素是粉尘、烟尘、烟气、含有大量二氧化硫的酸性气体、高温和高温飞溅熔体。

经过火法精炼产出的阳极铜含铜量通常为99%，但其质量仍然不能满足电气和其他工业的要求。因此，几乎所有的粗铜都要经过电解精炼，以除去火法精炼难以除去的杂质。工艺在电车间进行，主要职业危害因素是打磨粉尘、酸性液体、噪声。

从以上冶炼流程可看出，铜冶炼厂的主要职业危害因素有：粉尘、烟尘、烟气、含有大量二氧化硫的酸性气体、噪声、高温、热辐射、熔融飞溅物、酸性液体等。

粉尘来自铜矿矿粉和辅料熔剂，矿粉和辅料中含有对呼吸有害的铁、铜、铅、锌、硫、砷、钙等重金属元素和游离的二氧化硅。烟尘来自冶炼过程中物理变化和化学反应产生的颗粒物。长期吸入这些有害的粉尘会造成呼吸系统疾病或者尘肺病。此外，重金属中毒也是常见的职业病，而且多为慢性中毒。

冶炼过程中产生的二氧化硫酸性气体是主要的有害气体。空气中的二氧化硫浓度在5.0×10-5以上对人体已有潜在影响；在1.0×10-6～3.0×10-6时多数人开始感到刺激；在4.0×10-4～ 5.0×10-4时 人 会出现溃疡和肺水肿直至窒息死亡。二氧化硫与空气中的烟尘有协同作用。当空气中二氧化硫浓度为0.21×10-6，烟尘浓度大于0.3 mg/L，可使呼吸道疾病发病率增高，慢性病患者的病情迅速恶化。

熔炼炉和转化炉周围有高温、热辐射和熔融飞溅物。

冶炼厂的噪声源主要是机械设备运转产生的，几乎每个冶炼工艺流程都有噪声。长期接触高分贝值的噪声对人体的影响有：耳鸣、听力损失、其他健康影响如失眠、高血压、疲劳和暴躁等。

上述危害因素通常是两种或两种以上同时存在，因此选用防护用品要同时考虑防护到位且全面，防护用品互相匹配且舒适度较高。除此之外，由于酸性气体的存在，整个环境是酸性环境，选用的防护用品必须考虑此因素。

呼吸、听力和眼面防护用品

呼吸防护

1.呼吸器选用依据

首先，选用呼吸器时，要对现场危害因素进行评估，即检测现场有哪些危害物质，这些危害物质的浓度是多少，由专业的检测机构或人员完成，得到现场危害物质种类及其浓度的详细数据。

其次，完成现场污染物浓度的测量后，要了解这些污染物有没有超标以及超标的倍数。GBZ 2.1—2007《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分:化学有害因素》中确定OEL值（Organic Electro Luminescence，职业接触限值）的定义，即劳动者在职业活动过程中长期反复接触，对绝大多数接触者的健康不引起有害作用的容许接触 水 平。OEL值 包 括 PC—TWA（Permissible concentration—Time Weighted Average，时 间加权平均容许浓度），PC—STEL（Pemissible concentration-Short Term Exposure Limit，短时间接触容许浓度）和MAC（maximum allowable concentration，最高允许浓度）。GBZ 2.1—2007《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分:化学有害因素》对多种毒物建立了职业接触限值，例如：二氧化 硫 的PC—TWA是5 mg/m3,PC—STEL 是 10 mg/m3。 把 现 场检测的污染物浓度和此标准中的OEL值相比，得出超标情况以及超标倍数，用于计算危害因数。

最后，危害因数的数值与选用什么类型的呼吸器息息相关，不同的呼吸器有不同的指定防护因数（APF）值。GB/T 18664—2002《呼吸防护用品的选择、使用与维护》中有指定防护因数（APF值）的定义，即一种或一类适宜功能的呼吸防护用品，在适合使用者佩戴且正确使用的前提下，预期能将空气污染物浓度降低的倍数。例如：自吸过滤式的口罩和半面罩APF值为10，全面罩为100，正压式的空气呼吸器SCBA的APF值为大于1 000。应选用指定防护因数大于危害因数的呼吸防护用品，更多明细可参考GB/T 18664—2002《呼吸防护用品的选择、使用与维护》中的“表3 根据有害环境选择呼吸防护用品”。

2.过滤元件选用依据

根据《用人单位劳动防护用品管理规范》（安监总厅安健〔2018〕3号）要求，重金属粉尘要选用过滤效率至少满足GB 2626—2006《呼吸防护用品——自吸过滤式防颗粒物呼吸器》规定的KN95级别的防颗粒物呼吸器，即KN95及以上的口罩或者滤棉。

根据GB 2890—2009《呼吸防护自吸过滤式防毒面具》，不同的有毒有害气体应选用不同功能的滤毒盒。例如：E型滤毒盒用于防护二氧化硫和其他酸性气体或蒸气，3M 6002CN, 6003CN, 6006CN型 号的滤毒盒都可以防护二氧化硫。

3.认识呼吸器的特点

口罩分为不带呼吸阀和带呼吸阀的两种类型，带有呼吸阀的口罩通常可以降低口罩内的闷热感，降低呼气阻力，提高员工使用的舒适度。

面罩分为橡胶材质和硅胶材质的两种类型，通常橡胶材质的面罩在酸性环境、高温热辐射环境中易老化破裂，缩短使用寿命。高温加快皮肤出油出汗，也是加速橡胶面罩老化的因素，而且还会影响对橡胶过敏的一些特殊个体，导致出现皮肤过敏问题。因此，从舒适性和使用寿命上来讲,建议员工佩戴全硅胶面罩。

正压式的电动送风呼吸器，解决了口罩和面罩存在的问题，舒适度大大提高，而且APF值相对较高，能同时防护呼吸和眼面部。

长管呼吸器是一类隔绝式呼吸器，通过一根输气导管将作业环境以外的洁净气体输送到佩戴者的面罩内。由于不需要借助任何过滤元件，所以长管呼吸器适合防各类空气污染物及其混合物的环境。

SCBA（Self-Contained Breathing Apparatus，携气式呼吸防护用品）是随身携带高压气瓶的隔绝式呼吸器，称为携气式或自给式呼吸器。SCBA一般都是正压式呼吸器，使用全面罩。由于人可以背负的高压气瓶重量和大小有限，所以受气瓶供气量的限制，使用时间通常只有几十分钟，一般不会太长。

4.铜冶炼厂常用呼吸器的选择

铜冶炼厂冶炼炉周围是高温热辐射的环境，空气中由于酸性气体的存在使得大部分环境是酸性的，结合以上信息给出铜冶炼厂呼吸器的选用建议如下：

首先，如果作业现场评估结论是存在粉尘、烟或有毒有害气体浓度超标的结论，说明对劳动者必须采取呼吸防护措施；管理人员应根据每种空气污染浓度的超标情况计算危害因数，据此选用APF值大于危害因数的呼吸器。

其次，结合冶炼环境产生的烟、尘特点，防颗粒物口罩或面罩的过滤效率级别应至少选用KN95级别；由于作业现场是高温环境，作业强度高，选择戴呼吸阀的防尘口罩有助于降低闷热和不舒适感；高温环境使作业人员流汗多，对普通橡胶材质的呼吸器面罩易导致提前老化，故呼吸器面罩宜选用全硅胶材质。如接触二氧化硫这类酸性气体，呼吸器应配E型防酸性气体滤毒盒；同时接触二氧化硫和烟尘的作业，需要尘毒组合的呼吸防护，即在防酸性气体滤毒盒进气口外加KN95滤棉组合使用；若考虑到舒适度要求高和APF值较高时，可考虑选用电动送风呼吸器配防酸滤盒和过滤效率达到95%以上滤棉；在某些环境下使用长管呼吸器也是可能的，这可以免除更换过滤元件的费用，但现场必须提供可靠的供气源，而且呼吸器的长供气管对作业者的活动不应构成额外的风险；进入密闭空间作业，或接触未知污染物种类和浓度水平，以及缺氧的环境（如抢修或处理突发情况）等属于立即威胁生命和健康环境时，应直接使用正压空气呼吸器。

再次，由于原矿粉中会含有少量的镍、铅、砷、锑等元素，加之冶炼工艺的特点，所以在冶炼过程中某些工艺会有毒性比较高的有害气体，例如：一氧化碳、砷化氢等，这些有害气体如果没有可过滤式的滤毒盒防护，则应选用隔绝式的呼吸防护用品，如长管呼吸器，正压空气呼吸器。听力防护用品

1.护听器选用依据

监测：对作业场所的噪声暴露情况进行监测是进行听力保护的基础，通过监测现场噪声分贝值可以辨别噪声源，确定危险人群，了解暴露水平，从而帮助确定下一步工程控制措施、管理措施和听力保护措施。通常要用声级计测量噪声的分贝值，或者用个体噪声计量剂测量个人有效工作时间内接触噪声的TWA分贝值。

GBZ 2.2—2007《工作场所有害因素职业接触限值 第2部分：物理因素》中规定了噪声暴露标准是8 h等效A声级小于85 dB。如果暴露时间缩短，允许的暴露强度可以有所增加。具体是，等效A声级每增加3 dB，暴露时间必须相应减半。

防 护： 根 据GB/T 23466—2009《护听器的选择指南》,当LEX,8h≥85 dB(A)时，作业人员应佩戴护听器进行听力防护。劳动者暴露于工作场所LEX.8h为85～95 dB的应选用护听器SNR为17～34 dB的耳塞或耳罩；劳动者暴露于工作场所LEX,8h≥95 dB的应选用护听器SNR≥34 dB的耳塞、耳罩或者同时佩戴耳塞和耳罩，耳塞和耳罩组合使用时的声衰减值，可按两者中较高的声衰减值增加5 dB估算。

验证：使用3M Earfit听力防护验证系统来测定3M某一型号护听器在个人耳道内的实际声衰减值（PAR），用公式“员工暴露值——双耳综合PAR = 防护后暴露值＜85 dB ”选用合适的护听器。

此外，护听器在选用和佩戴后，降噪后实际接触的噪声水平不能大于85 dB降噪不足；也不能噪声降低到70 dB以下，过度降噪使人会产生隔绝感，对周边环境难以适应；如果佩戴护听器后能将接触的噪声水平控制在80～85 dB，或70～75 dB，这是属于可接受的水平；在佩戴护听器后，实际接触的噪声水平在75～80 dB之间，是最佳的效果。

2.护听器的特点

护听器分为耳塞、耳罩两大类，耳塞又分为揉搓型的泡棉耳塞和免揉搓型的耳塞。

耳塞的特点：体积小，重量轻，适合热环境佩戴，不妨碍其他防护用品，对低频噪声防护效果较好，便宜。但是耳塞较易遗失，佩戴方法较复杂，不方便远距离监察，不适用患耳道感染疾病者。

耳罩的热点：佩戴方法较为简单，比较容易取得较好、稳定的防护效果，便于远距离监察。但是耳罩体积大，较重，高温环境感觉不舒适，可能妨碍其他防护用品的佩戴，价格较高。

3.铜冶炼厂护听器的选用建议

首先，根据现场监测的噪声暴露值，若噪声超过85 dB，应选用符合以上内容讲到的防护和验证能达到的降噪要求的护听器。

其次，在铜冶炼厂，粉尘和烟尘大且环境相对较脏，所以不建议使用揉搓型的耳塞，因为比较脏的手指揉搓耳塞时容易使耳塞越来越脏，戴进耳道里很不卫生，易引发耳道疾病。此时建议使用免揉搓型的耳塞或者耳罩。在冶炼炉、转炉、电炉等高温环境中，不建议佩戴耳罩，因为戴耳罩易出汗使闷热感增强，导致员工佩戴不舒服，此时也建议佩戴免揉搓型的耳塞。

眼面防护用品

铜冶炼工艺流程中危害眼面部的主要职业危害因素如下：

1.粉尘、烟气和酸性液体

矿粉、辅料粉尘和烟气会可能对眼睛造成外伤，应该选用防尘密封护目镜。例如：通过美国ANSI/ISEA Z87.1—2010《职业和教育的个人眼部和脸部防护设备》标准中D4防尘测试要求的防尘护目镜。

酸性液体会对眼睛和面部皮肤造成腐蚀性的外伤，应该选用防化学护目镜。例如：ANSI/ISEA Z87.1—2010《职业和教育的个人眼部和脸部防护设备》标准中D3防液体飞溅测试要求的防化学护目镜。

2.高温熔融物和金属飞溅物冶炼炉旁边的高温熔融物，应选用护目镜加防热辐射的面屏。个人防护用品的正确使用和保养

选择了合适的防护用品不一定能起到应有的防护效果，还需要使用者正确使用与维护。如果错误使用了防护用品，可能达不到任何防护效果。所以，在使用任何个人防护用品前，应阅读使用说明书，了解其产品的功能、限制、佩戴方法、使用和维护过程中应该注意的事项等，或者联系防护用品生产商咨询相关使用和维护的注意事项。以下列举一些工人使用防护用品不正确的情况：

呼吸防护用品：把头戴式口罩剪断自行改造成耳戴式；头戴式口罩只戴了一根带子在头上，另一根没戴；口罩的金属鼻夹没有摁压，导致密合性差有颗粒物泄漏；把口罩头戴或面罩的头架戴在安全帽外面，没有戴在头部会导致呼吸器密合性差有颗粒物泄漏；把口罩或面罩的里面加垫一层棉布使呼吸器密合性差导致有颗粒物泄漏；面罩长时间佩戴不清洁导致老化和破损；把面罩上的滤棉正反面放反，影响滤棉使用寿命；在滤棉承接座里叠放两片及两片以上滤棉增加了呼吸阻力同时也影响过滤效果，等等。

听力防护用品：泡棉耳塞没有正确揉搓佩戴，预成型耳塞也没有正确佩戴，导致耳塞没有插入耳道起不到有效的降噪效果；双手在佩戴耳塞之前比较脏，因此容易弄脏耳塞影响耳道卫生；耳罩没有完全把耳朵罩住，影响降噪效果等不好的现象。

眼面部防护用品：选用的眼罩和安全眼镜与面部不贴合，有较大间隙，有危害物从间隙飞溅进去的风险；清洁保养眼罩或安全眼镜不到位，导致使用寿命短，更换频率高。