某铅锌浮选厂颗粒物浓度分布及其影响研究

摘要：铅锌浮选厂在生产过程中产生大量颗粒物，污染工作环境。以某铅锌浮选厂为研究对象，对厂房内、外颗粒物浓度分布情况进行测试分析，并对其污染状态及健康影响进行深入研究。结果表明：粒径小于10 μm颗粒物其厂房内数量浓度高于厂房外，且数量浓度随粒径变小而增加，厂房内、外颗粒物的数量浓度比平均值大多大于1。PM10、PM2.5和PM1的厂房内质量浓度显著高于厂房外，厂房内PM10、PM2.5分别超过一级标准5.333倍和6.313倍，超过二级标准2.614倍和2.134倍。厂房内对厂房外颗粒物浓度有较大影响，颗粒物的分布和浓度也有所不同，环境因素对粉尘污染有较大影响。研究结果可为矿山环境颗粒物的有效控制提供数据参考价值。

关键词：铅锌浮选厂；颗粒物；浓度分布；质量浓度；数量浓度

中图分类号：TD723 文章编号：1001-1277（2024）09-0087-05

文献标志码：Adoi：10.11792/hj20240916

引 言

长期以来，铅锌矿作为重要的工业原料来源，许多国家都在大力勘探和开发利用，且取得了巨大的经济效益［1］。矿山生产过程中产生的职业危害因素有粉尘、噪声、有毒有害气体等，其中粉尘危害最为严重。粉尘不仅危害作业场所，恶化生态环境，同时严重威胁从业人员的身体健康，导致尘肺病等职业病患病率增高［2-3］。《“健康中国2030”规划纲要》指出，要积极开展粉尘防控技术研发，加强对高危粉尘职业病危害源头的有效治理。现阶段应对粉尘的主要思路是“预防为主，综合治理”［4］。

金属矿山在掘进、开采、运输和选矿生产过程中，均会产生大量粉尘，尤其选矿过程中浮选厂产尘占比较大。颗粒物在人体呼吸系统中积聚会导致呼吸道感染、萎缩性鼻炎等呼吸系统疾病发病率增加［5］。更重要的是，当粉尘粒径小于7.07 μm时会进入肺泡，极易引起肺部组织纤维化病变，丧失正常呼吸功能，导致尘肺病［6］。近些年，对矿山颗粒物的研究主要集中在掘进面、巷道、破碎车间等作业现场［7-10］，针对浮选厂颗粒物污染的研究不多。

本研究主要对某铅锌浮选厂厂房内、外颗粒物进行测试，对比分析不同粒径颗粒物的数量浓度（比）、质量浓度（比）［11-12］，探究颗粒物浓度分布及影响。研究结果可为矿山空气处理领域中浮选厂厂房颗粒物浓度控制提供数据支持，为矿山环境的优化及治理提供参考。

1 测试概况

1.1 测试地点

测试地点位于某铅锌矿浮选厂厂房内、外，测试呼吸区高度距地面1.2 m，根据GB 3095—2012 《环境空气质量标准》［13］，设置测点和测试要求。测试时间为2023年4月10日至15日，天气均晴朗。

1.2 测试仪器

采用GRIMM1.109便携式气溶胶粒径谱仪测试过滤器前后颗粒物的数量浓度和质量浓度，测量值分别为1×109～2×109粒/m3、0.100～100.000 μg/m3，0.25～32 μm分为31个粒径通道［14］。采用TSI7525型室内空气质量测量仪对试验温度和湿度进行测量，温度为0～60 ℃，精度为±0.6 ℃，分辨率为0.1 ℃；相对湿度为5 %～95 %，精度为±3 %，分辨率为0.1 %。

1.3 测试方法

测试场景为某铅锌浮选厂厂房，厂房内有持续性颗粒物释放源（浮选工艺进行加工的过程视作释放源）。测试期间，厂房作业人员为2～3人，均在正常作业。测试期间温度为9 ℃～16 ℃，相对湿度为54 %，厂房内、外温差不大。

1.4 评价指标

1）数量浓度比。厂房内、外颗粒物的数量浓度比（I/On），是评价厂房外环境受厂房内环境影响程度的一个指标，计算公式［15］为：

I/On=nInO（1）

式中：nI为厂房内颗粒物数量浓度（粒/m3）；nO为厂房外颗粒物数量浓度（粒/m3）。

2）质量浓度比。厂房内、外颗粒物的质量浓度比（I/OC），反映厂房内、外颗粒物间的影响，计算公式［15］为：

I/OC=CICO（2）

式中：CI为厂房内颗粒物质量浓度（μg/m3）；CO为厂房外颗粒物质量浓度（μg/m3）。

2 结果与讨论

2.1 厂房内、外颗粒物的数量浓度

正常工况下，厂房内、外各粒径颗粒物的数量浓度如表1所示。

由表1可知：无论厂房内还是厂房外，粒径0.2～1.0 μm颗粒物的数量浓度较高，且随着粒径增大，颗粒物的数量浓度减小。当粒径为1.0～10 μm时，颗粒物的数量浓度减小幅度较大。不同粒径颗粒物的数量浓度均为厂房内高于厂房外，但大部分颗粒物数量浓度量级相等，由此可以推断出厂房内是颗粒物的最大产生源。粒径0.2～0.3 μm颗粒物的数量浓度厂房内为33 291.2×103粒/m3，厂房外为17 796.9×103粒/m3，差值为15 494.3×103粒/m3；粒径0.3～0.5 μm颗粒物的数量浓度厂房内为15 264.7×103粒/m3，厂房外为6 287.5×103粒/m3，差值为8 977.2×103粒/m3；粒径0.5～1.0 μm颗粒物的数量浓度厂房内为3 426.5×103粒/m3，厂房外为1 159.4×103 粒/m3，差值为2 267.1×103粒/m3；粒径1.0～2.5 μm颗粒物的数量浓度厂房内为1 020.6×103粒/m3，厂房外为321.3×103粒/m3，差值为699.3×103粒/m3；粒径2.5～5.0 μm颗粒物的数量浓度厂房内为277.6×103粒/m3，厂房外为70.0×103粒/m3，差值为207.6×103粒/m3；粒径5.0～10 μm颗粒物的数量浓度厂房内为47.1×103粒/m3，厂房外为5.0×103粒/m3，差值为42.1×103粒/m3。颗粒物的数量浓度差值最大的粒径为0.2～0.3 μm，差值最小的粒径为5.0～10 μm；这与0.2～0.3 μm颗粒物在空气中的沉降速度和扩散性质有关，较大颗粒物（粒径5.0～10 μm）在空气中的扩散效应较小，导致其在厂房内外分布相对均匀。为进一步分析不同粒径颗粒物对厂房内、外环境的影响，考察了其环境中的占比情况，结果如图1所示。

在测试期间，厂房内、外大气尘被用作测试尘源。由图1可知：粒径0.2～1.0 μm的颗粒物厂房内占比为97.48 %，厂房外占比为98.45 %；粒径1.0～2.5 μm的颗粒物厂房内占比为1.91 %，厂房外占比为1.25 %；粒径2.5～5.0 μm的颗粒物厂房内占比为0.52 %，厂房外占比为0.27 %；粒径5.0～10 μm的颗粒物厂房内占比为0.088 %，厂房外占比为0.019 5 %。而由表1可知，粒径0.2～2.5 μm的颗粒物厂房内占比约99.39 %，厂房外占比约99.70 %。这表明该铅锌浮选厂粉尘主要由细颗粒物组成，且随着粒径增加，其在环境中的占比减少。无论在厂房内还是厂房外，0.2～1.0 μm的颗粒物在环境中的占比均为最高。这些颗粒物易进入人体的呼吸道和肺部，对工作人员的身体健康造成重大影响，同时粉尘会增加操作设备转动部位的磨损，降低作业场所的光照度和能见度，干扰工作人员的视线，可能会引发一系列安全事故［16-17］。因此，有必要加强对细颗粒的净化力度，创造良好的工作环境。

2.2 数量浓度比

正常工况下，浮选厂厂房不同粒径下的I/On统计结果如图2所示。

由图2可知：各粒径下的I/On中位数变化不大，且I/On平均值均大于1，同时各粒径的I/On分布都较为集中，大多分布在0～10。但是，空气中颗粒物受环境因素影响较大，与范东叶等［18］研究发现的不同粒径颗粒物的数量浓度变化具有较强的随机性和波动性一致，验证了结果的正确性。I/On平均值随粒径变化如图3所示。

由图3可知：粒径0.265～5.750 μm的颗粒物I/On平均值大于1，而粒径5.750～9.250 μm的颗粒物I/On平均值小于1。这是因为粒径小的颗粒物不仅厂房内存在污染源且不容易沉降，粒径5.750～9.250 μm的颗粒物沉降率随粒径的增大而增大，使得I/On平均值小于1。此外，粒径0.265～0.375 μm的颗粒物I/On平均值随粒径的增大而增大，极大值出现在0.375 μm处；粒径为0.375～0.900 μm时，I/On平均值整体随粒径的增大而减小；粒径为0.900～4.500 μm时，I/On平均值整体趋于平稳；粒径＞4.500 μm时又逐渐降低。I/On平均值变化趋势平稳、下降的部分及极大值出现的位置与HUSSEIN等［19］研究结果一致。粒径0.265～5.750 μm的颗粒物均具有较低的沉降率，且I/On平均值大于1，厂房内产生的细颗粒物保持悬浮状态，持续影响厂房外环境。结合不同粒径占比分析结果可知，细颗粒物占比极高，绝大部分为厂房内大气环境影响厂房外大气环境，这不仅会对厂房内工作人员身体健康造成危害，还会因为粉尘的逸散对周边居民及环境造成影响。I/On平均值在粒径＞5.750 μm时小于1，表明浮选工艺产出的颗粒物主要为细颗粒物，且厂房内大颗粒物大多来源于厂房外，其受厂房外的影响要大于厂房内。因此，对厂房内粉尘的过滤、净化刻不容缓。

2.3 质量浓度

浮选厂厂房内、外颗粒物的质量浓度如表2所示。

zp+JaQuHxXfI2hgu2pYKKw==由表2可知：PM10的质量浓度厂房内为253.3 μg/m3，厂房外为119.0 μg/m3，差值为134.3 μg/m3；PM2.5的质量浓度厂房内为109.7 μg/m3，厂房外为76.1 μg/m3，差值为33.6 μg/m3；PM1的质量浓度厂房内为48.5 μg/m3，厂房外为42.5 μg/m3，差值为6.0 μg/m3；发现厂房内空气中PM10、PM2.5和PM1的质量浓度均高于厂房外，说明厂房内的空气质量存在较大的污染问题，需要采取有效的措施进行净化和改善。根据GBZ 2.1—2019 《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素》［20］，岗位粉尘浓度≤1 mg／Nm3，同时保证粉尘达标排放浓度≤80 mg/Nm3的最高环保标准要求，该浮选厂厂房内、外粉尘均无法达到环保标准要求。根据GB 3095—2012 《环境空气质量标准》一级标准规定，PM10为40 μg/m3，PM2.5为15 μg/m3；二级标准规定PM10为70 μg/m3，PM2.5为35 μg/m3［13］。与一级标准相比，厂房内PM10超标5.333倍、PM2.5超标6.313倍，厂房外PM10超标1.975倍、PM2.5超标4.07倍；与二级标准相比，厂房内PM10超标2.614倍、PM2.5超标2.134倍，厂房外PM10超标0.7倍、PM2.5超标1.174倍。由于目前暂未规定PM1的排放要求，此处暂不作计算分析。综上分析，厂房内、外PM10、PM2.5的质量浓度均高于标准规定，根据空气污染指数的等级定义，厂房内、外均处于重度污染。

厂房内、外不同颗粒物占比如图4所示。由图4可知：PM2.5颗粒物中PM1约占50 %，其中，厂房内占比为44.17 %，厂房外占比为55.83 %，差值为11.66百分点；这表明PM1在大气中的比例相对较高，尤其在厂房外。PM10颗粒物中PM1占比较小，厂房内为19.14 %，厂房外为35.69 %，差值为16.55百分点;这说明PM10中含有大量的较大颗粒物。与此相反，PM10颗粒物中PM2.5约占50 %，厂房内为43.33 %，厂房外为63.92 %，差值为20.59百分点;这表明PM2.5在PM10中的占比较高，尤其在厂房外，差值最大。综合分析可知，大气中的颗粒物以细颗粒为主，特别是PM10颗粒物中PM2.5占比较高，这对空气质量和人体健康产生不利影响，因此需要加强对PM1和PM2.5的监测和净化工作。

2.4 质量浓度比

PM10、PM2.5、PM1的I/OC测试数据如图5所示。由图5可知：PM10的I/OC为0.559～4.671，中位数为2.311；PM2.5的I/OC为0.407～5.182，中位数为1.349；PM1的I/OC为0.426～3.923，中位数为1.625；PM10、PM2.5和PM1的I/OC范围均较广。这表明厂房内颗粒物与厂房外颗粒物之间存在较大的质量浓度差异，厂房内颗粒物可能对厂房外环境产生较大的影响。中位数是衡量数据集中趋势的重要指标，其进一步说明了厂房内颗粒物对厂房外环境的影响程度。

PM10、PM2.5、PM1的I/OC平均值如表３所示。由表3可知：PM10、PM2.5、PM1的I/OC平均值分别为2.510，2.040和1.625，均大于1，说明厂房内颗粒物质量浓度高于厂房外，厂房外颗粒物质量浓度主要受厂房内颗粒物的影响。这是由于厂房内进行浮选工艺时产生大量粉尘，这些颗粒物通过通风系统或自然通风等途径进入厂房外环境，影响了厂房外颗粒浓度。因此，需要加强厂房内粉尘的管理和控制，以改善厂房内、外的空气质量和工作环境。

3 结 论

本研究以某铅锌浮选厂为研究对象，通过对厂房内、外颗粒物浓度分布情况进行测试分析，得到以下结论：

1）厂房内、外不同粒径颗粒物的数量浓度存在明显差异，粒径为0.2～0.3 μm颗粒物的差值最大。随着粒径增大，数量浓度逐渐下降，且厂房内的颗粒物数量浓度明显高于厂房外。

2）I/Oｎ平均值均大于1，表明厂房外颗粒物主要受厂房内颗粒物影响。不同粒径的I/Oｎ集中分布在0～10，粒径为0.2～1.0 μm颗粒物占比较多。

3）对照GB 3095—2012 《环境空气质量标准》一级标准，厂房内PM10超标5.333倍、PM2.5超标6.313倍，厂房外PM10超标1.975倍、PM2.5超标4.07倍；对照二级标准，厂房内PM10超标2.614倍、PM2.5超标2.134倍，厂房外PM10超标0.7倍、PM2.5超标1.174倍。

4）PM10、PM2.5、PM1的I/OC平均值均大于1，说明厂房内颗粒物对厂房外环境的影响较大。厂房内、外PM10颗粒物中PM2.5的占比差值最大，为20.59百分点，对空气质量和人体健康造成不利影响。

５）加强对厂房内空气质量的管理和控制至关重要，以降低对厂房外环境的污染影响，保障环境质量和人体健康。研究结果为矿山空气处理领域中浮选厂房粉尘浓度控制提供数据支持，同时为矿山粉尘治理及优化提供参考。

［参 考 文 献］

［1］ 杨敏，杨兵，陈华清，等.旬阳铅锌矿带地质环境问题现状及治理对策［J］.黄金，2024，45（1）：93-98，106.

［2］ 肖双双，马亚洁，李卫炎，等.我国露天矿粉尘防治理论技术近20 a研究进展与展望［J］.金属矿山，2023（7）：40-56.

［3］ 肖双双，刘锦，李卫炎，等.矿山粉尘职业危害风险评估研究现状与展望［J］.金属矿山，2024（5）：55-67.

［4］ 谢晓晓，刘艳艳，陈文涛.职业性尘肺病与粉尘防治技术研究现状［J］.武汉理工大学学报（信息与管理工程版），2022，44（1）：39-44.

［5］ 吴亚涛，刘兆荣.采暖季室内外细颗粒物关系的关键影响因素分析［J］.北京大学学报（自然科学版），2016，52（5）：931-938.

［6］ 胡锦华，李念平，孙烨瑶，等.长沙市冬季某商场建筑室内外细颗粒物浓度的实测与分析［J］.安全与环境学报，2015，15（3）：309-312.

［7］ 秦汝祥，彭世政，谢志旭.某金矿掘进工作面粉尘浓度分布及影响因素分析［J］.黄金，2023，44（4）：86-90.

［8］ 王文胜，陈富，秦秀合，等.金属矿山井下卸矿站粉尘治理技术研究与应用［J］.黄金，2023，44（11）：89-92，96.

［9］ 齐振龙，张树林，郜旭.金渠金矿破碎车间除尘设备的改造及应用［J］.黄金，2012，33（1）：35-37.

［10］ 沈鑫a95b092cf856d18a50933fb21402a048.太平矿业公司破碎系统粉尘治理实践［J］.黄金，2018，39（11）：70-74.

［11］ LIU W Y，WU Y，LIU G D.Study on the multi-component particle-gas two-phase flow in a human upper respiratory tract［J］.Powder Technology：An International Journal on the Science and Technology of Wet and Dry Particulate Systems，2022，397：2-9.

［12］ SHEKARIAN Y，RAHIMI E，REZAEE M，et al.Respirable coal mine dust：A review of respiratory deposition，regulations and characte-rization［J］.Minerals，2021，11（7）：696-720.

［13］ 环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.环境空气质量标准：GB 3095—2012［S］.北京：中国环境科学出版社，2012.

［14］ 张鑫，樊越胜，刘亮，等.工程应用下粗效滤料净化PM2.5性能的实验研究［J］.工业安全与环保，2019，45（6）：58-60.

［15］ 黄诗卉.自然通风的学校建筑室内外颗粒物浓度及其相关性研究［D］.西安：西安建筑科技大学，2016.

［16］ WANG Y P，JIANG Z A.Research on mine cleaner production based on high wettability spray control dust pollution［J］.Case Studies in Thermal Engineering，2021，25：100896.

［17］ WANG J W M.Study of high-pressure air curtain and combined dedusting of gas water spray in multilevel ore pass based on CFD DEM［J］.Advanced Powder Technology，2019，30（9）：1-16.

［18］ 范东叶，吴伟伟，柴婷，等.不同季节宿舍建筑室内外颗粒物污染状况及粒度分布特征［J］.暖通空调，2022，52（增刊2）：354-362.

［19］ HUSSEIN T，HMERI K，HEIKKINEN S M，et al.Indoor and outdoor particle size characterization at a family house in Espoo-Finland［J］.Atmospheric Environment，2005，39（20）：3 697-3 709.

［20］ 中华人民共和国国家卫生健康委员会.工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素：GBZ 2.1—2019［S］.北京：中国科学出版社，2019.

Study on the distribution of particulate matter concentration

in a lead-zinc flotation plant and its impact

Zhou Tianyu，Zhang Xin，Nie Xingxin，Zhang Chenyu，Sun Zeyu

（School of Resources Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology）

Abstract：During the production process in a lead-zinc flotation plant，a large amount of particulate matter is generated，polluting the working environment.This study takes a lead-zinc mine as an example and analyzes the distribution of particulate matter concentration inside and outside the flotation plant.The pollution status and its health impacts are thoroughly investigated.The results show that the quantity concentration of particulate matter smaller than 10 μm inside the average plant is higher than outside，with the quantity concentration increasing as particle size decreases.The average ratio of quantity concentration of particulate matter inside to outside the plant is generally greater than 1.The mass concentrations of PM10，PM2.5，and PM1 inside the plant are significantly higher than those outside，with PM10 and PM2.5 inside the plant exceeding the Grade 1 standard by 5.333 times and 6.313 times，respectively，and the Grade 2 standard by 2.614 times and 2.134 times.The concentration of particulate matter inside the plant significantly influences the concentration outside.The distribution and concentration of particulate matter vary，and environmental factors greatly impact dust pollution.The study’s findings provide valuable data for effectively controlling particulate matter in mining environments.

Keywords：lead-zinc flotation plant;particulate matter;concentration distribution;mass concentration;quantity concentration