砂型铸造过程的空气污染物及其检测分析

2021-07-27王睿

山西冶金 2021年3期

王睿

（太原重工股份有限公司安全环保部，山西太原 030024）

铸造成型技术在我国制造业中占据着非常重要的位置，为我国社会经济发展做出了不可磨灭的贡献[1]。特别是传统的砂型铸造技术，以其显著地优势得到了广泛应用[2]。根据相关统计数据表明，在所有的铸造件中，有70%～80%是通过砂型铸造方法加工得到，由此可见砂型铸造技术在铸造行业中的地位[3]。虽然砂型铸造方法有很多优势，但在实践过程中会造成一定的空气污染问题[4]。在对环境要求越来越高的大背景下，有必要对砂型铸造过程中的空气污染物进行分析与检测，为更好的控制空气污染问题提供理论依据[5，6]。本文主要对某铸造车间的空气污染问题进行分析，对于防止空气污染问题，提升砂型铸造的应用范围，具有重要的理论和实践意义。

1 砂型铸造过程的常见污染物分析

人们对砂型铸造过程中污染物排放的认识是一个逐渐发展的过程，其中最为常见的就是温室气体CO2。但已有的理论和实践经验均表明，砂型铸造期间排放的污染物中除了含有CO2外，还伴随有不少危险性空气污染物（HAP）以及挥发性有机物（VOC），不乏甲醛、苯等物质。因为砂型铸造中需要利用各种原材料制作砂芯和砂型，其中会用到不少黏接剂等物质，都属于有机物。浇注过程中，高温金属液体使得砂芯和砂型温度急剧升高。有机物质遇到高温会发生分解，生成各类挥发性有机物和空气污染物，部分污染物具有很大的毒性和危害性，对人们的身体健康构成了严重威胁。西方制造业比较发达的国家都比较重视铸造过程中空气污染物的排放问题。为了降低空气污染，使用了很多新材料来代替传统的污染性较强的材料。但不管是使用何种材料，都有必要采取措施对铸造过程中排放的空气污染物进行检测。只有这样才能有效掌握污染物的排放情况，进而采取针对性措施来解决问题。

2 砂型铸造污染物检测条件与方法

2.1 检测条件

为了实时检测铸造前后空气中污染物的情况，利用专业的污染物检测设备在某铸造车间开展实验检测工作，该设备的具体型号为U-LIFE200。设备具有非常强大的功能，可以对空气中的各类颗粒物以及有害污染物等进行实时检测，给出比较准确的结果。比如，空气中的CO2、CO、SO2、甲醛等物质都可以进行检测。需要重点说明的是，该铸造工厂主要通过手工方式进行造型，原材料为煤粉湿型砂，比较有代表性。整个检测过程中保持车间自然通风，模拟正常生产工况。

2.2 检测方法

在正式开始砂型铸造前，在车间环境中对空气污染物进行连续1 h的监测，并记录监测结果，取各污染物浓度的平均值。完成砂型铸造后，采用完全相同的方法再进行连续1 h的监测，并记录监测结果，同样取平均值。检测时的温度和压力为室温和大气压力。

3 砂型铸造污染物检测结果分析

本文将污染物分成两大类，分别为颗粒污染物和气体污染物，以下从这两个角度分别对监测结果进行介绍。

3.1 颗粒污染物的排放情况

结合实际情况，本研究主要对PM2.5、PM10、PM100三种颗粒污染物进行了检测并对比，表1为铸造车间进行砂型铸造前后颗粒污染物浓度对比情况，表中同时给出了连续1 h监测过程中的最大值和平均值。

表1 砂型铸造前后颗粒污染物浓度（体积质量）对比情况 mg/m3

由表1中数据可以看出，在进行砂型铸造前，铸造车间内已经包含有不少的颗粒污染物，颗粒污染物总和的平均值和最大值分别为0.744 mg/m3和1.086 mg/m3。出现这种情况的主要原因在于，铸造车间生产过程中除了铸造阶段会产生颗粒污染物以外，其他工序如熔炼也会产生一定的颗粒污染物。另外，车间前期铸造生产中产生的颗粒污染物未及时沉降。进行砂型铸造后，车间空气中的颗粒污染物浓度有了进一步提升，颗粒污染物总和的平均值和最大值分别达到了1.864 mg/m3和3.013 mg/m3。砂型铸造前后空气中的颗粒污染物浓度平均值和最大值分别增加了1.132 mg/m3和1.927 mg/m3。

对于空气中的颗粒污染物浓度大小，我国很早之前就颁布了《工作场所有害因素职业接触限值》文件，该文件中对各类颗粒污染物的浓度给出了明确的要求。其中矽尘（主要就是PM2.5、PM10、PM100的总和）和呼尘（主要就是PM2.5和PM10的总和）的最大浓度分别不得超过1 mg/m3和0.7 mg/m3。对比表1中的数据可以发现，本文检测的铸造车间在进行砂型铸造生产时，空气中的颗粒污染物浓度已经超过了国家标准值。这种情况下操作人员如果不做任何防护直接暴露空气环境中，会严重威胁操作人员的身体健康。

3.2 气体污染物的排放情况

结合实际情况，本研究主要对CO、CO2、SO2、NO2、甲醛等气体污染物进行了检测并对比，如表2所示为铸造车间进行砂型铸造前后各类气体污染物浓度对比情况，表2中同时给出了连续1监测过程中的最大值和平均值。

表2 砂型铸造前后气体污染物浓度（体积质量）对比情况 mg/m3

由表2中数据可以看出，在没有进行砂型铸造前，铸造车间内部已经包含有一定的气体污染物，挥发性气体总量（VOCs）的平均值和最大值分别为3.423 mg/m3和4.430 mg/m3。这些气体污染物一方面来自于前期进行铸造时残留下来的，另一方面是由于车间内其他工序如熔炼产生的气体污染物。进行砂型铸造后，车间空气中的气体污染物浓度均有了明显的提升，CO、CO2、SO2、NO2、甲醛以及VOCs的平均浓度分别达到了8.051 mg/m3、1032 mg/m3、0.157 mg/m3、0.532 mg/m3、0.111 mg/m3和8.841 mg/m3，而最大浓度值分别为10.52 mg/m3、1100 mg/m3、0.319 mg/m3、0.892 mg/m3、0.888 mg/m3、28.11 mg/m3。

我国颁布的《环境空气质量标准》中对空气中各类气体污染物浓度做出了非常明确的分级标准。其中SO2、NO2和CO的一级标准分别为0.15 mg/m3、0.2 mg/m3、10 mg/m3，SO2的二级标准为0.5 mg/m3，另外两种气体的二级标准与一级标准相同。对比表2中的数据可知，铸造车间进行砂型铸造时，CO的排放量没有超过规定中的一级和二级标准，SO2的排放量虽然没有超过规定中的二级标准，但已经超过了一级标准，NO2的排放量全部超过了一级和二级标准。另外，根据《工作场所有害因素职业接触限值》文件中的规定。CO2和甲醛的浓度容许值分别为9000 mg/m3和0.5 mg/m3，而对比表2中数据可以看出，CO2和甲醛的浓度已经全部超过了容许值。对于挥发性气体总量（VOCs）的浓度值，我国颁布的各类行业文件中虽然没有对其做出具体的要求，但根据行业规范其允许的浓度值不得超过1 mg/m3。

基于以上分析可以看出，本文研究的铸造车间进行砂型铸造生产时，空气中的气体污染物浓度绝大部分均超过了规范标准中的极限值，对空气造成了比较严重的污染。这就要求在车间内作业的工作人员做好防护工作，避免这些气体污染物对工作人员身心健康构成威胁。