金属矿山粉尘防治技术及研究现状

吴彦良

（金川集团股份有限公司二矿区生产技术室，甘肃 金昌 737100）

由于生产和生活需要，我国对于金属的需求一直占有很高的比重，在金属矿的开采、运输和冶炼过程中会不可避免的产生污染，金属矿山中的粉尘主要由金属矿尘和岩尘组成，虽然金属矿尘不会像煤尘一样具有更大的火灾和爆炸风险，但由于金属矿尘含有更多的金属元素和无机物，其对于人体健康的危害要更甚于煤尘，对器械的损害也会更严重，且金属硫化物仍会有燃烧和爆炸的风险[1]，因此粉尘防治问题同样是金属矿山生产过程中要解决的重点对象。

1 金属矿井粉尘的来源及特性

金属矿山的粉尘的产生主要是在掘进和开采的过程中，尤其是在综采工作面开采及爆破过程和综掘工作面的掘进过程中会产生大量粉尘，矿石的运输过程中也会使粉尘扩散到空气中，巷道通风也会在一定程度上造成扬尘。不同的矿山和生产方式下产生的粉尘的特点也有所不同，针对不同的金属矿山和矿山中不同的工作区域，会有不同的粉尘防治措施，这就需要进行一系列的实验和现场测试来确定最佳的除尘方案。

金属矿尘与煤尘的性质不同，煤尘的主要元素成分是碳，密度相对较小，硬度也较小，且颗粒形状也会更复杂，造成了自然沉降速度较慢，且更易发生火灾和爆炸，但由于煤的润湿性较大和煤尘颗粒形状较不规整，通过湿式除尘的方法会更容易使煤尘沉降。金属矿尘无机矿物含量较大，密度较大，且颗粒会比煤尘的孔隙少一些，因此造成的燃烧和爆炸风险比煤尘要低，沉降速率也相对较快。但由于金属矿尘的硬度较高，对设备会造成更严重的破坏，由于无机矿物的含量较高，吸入金属矿尘造成的尘肺病会比煤尘的症状更严重且更难医治，对人体的危害非常大。由于硫元素和铁元素有多种价位，部分硫化金属矿和铁矿存在化学不稳定性，会有一定程度的燃烧和爆炸风险。

2 除尘方法简介

除尘方法主要分为湿式除尘和干式除尘。湿式除尘是利用水或抑尘剂溶液，使粉尘与液体充分接触后将粉尘捕捉或迅速沉降，通常有喷雾除尘、泡沫除尘、湿氏除尘器等方法。干式除尘是使用除液体之外的其他方法对含尘气流中的粉尘进行捕捉，主要有重力沉降室、袋式除尘、旋风除尘、通风除尘、电除尘和磁力除尘等。

本研究将针对金属矿山，尤其是硫化金属矿山的除尘方法进行一些系列的介绍及选择。目前会发生火灾和爆炸的金属硫化矿尘几乎均为硫与铁组合的形式，虽然硫化铜镍的矿尘还未见有燃烧和爆炸的案例，但其对作业环境的污染和人体健康的危害仍然不容忽视。

3 金属矿山除尘的研究现状

国内外关于金属矿山除尘方面的研究较少，而且处于初期阶段。目前人们对于工业粉尘的研究更多的是煤尘、水泥和一些易燃易爆的有机粉尘，在金属矿尘的特性和具体除尘方法的研究仍然处于相对空白的阶段。因此对金属矿山粉尘的细致研究势在必行。

田长顺等人针对金属硫化矿尘活泼的化学性质，阐述了其爆炸机理，探讨并研究了金属元素与硫元素的含量、粉尘浓度和粒径等特性对爆炸的影响，并与煤尘的爆炸特性进行对比。并基于本质安全的角度制定了金属硫化矿尘爆炸防治技术[1]。

李亚男等人探究了碳酸钙对金属粉尘爆炸的抑制作用，可作为惰化剂使用。通过试验得出了碳酸钙可增大镁铝等金属粉尘的最小点火能，当空气中粉尘的碳酸钙质量分数达到一定数值时可丧失爆炸特性[2]。袁辉针对金属矿山中的掘进爆破粉尘，提出一系列的粉尘防治措施，如雾幕除尘技术、水炮泥封技术等[3]。陈宜华论述了金属矿山中采矿与选矿等不同的作业区域和不同工序下的产尘特点，并针对不同的工作环境制定了相应的除尘方法，其中较新颖的方法有无尘毒爆破技术、复垦植被优化技术，及针对选矿粉尘的纳米除尘技术、微动力除尘技术微孔膜除尘技术等[4]。顾新宇等人针对金属矿山井下爆破过程中产生的粉尘，提出了高压喷枪降尘的方法。将喷枪连接传感器和控制水泵的电磁开关，粉尘浓度超过规定值时喷枪将自动启动，水雾直接射至尘源。通过现场试验，高压水枪降尘方法可减少等待炮烟时间60%以上，降低粉尘浓度75%以上[5]。朱荣成针对金属矿山开采的发展现状，从技术和管理等各个方面的角度提出了降低粉尘危害的措施[6]。

4 除尘方法的选择

对于煤尘，人们通常会选择喷雾的方法除尘，这是由于煤尘的形状不规则与孔隙较多造成的，且煤尘的亲水性较好，因此煤尘与水的结合更加容易。

煤尘与水雾结合后会使煤尘的质量增大，且煤尘之间会更容易相互粘合使质量进一步增大，令煤尘沉降的速度大幅增快。而金属矿尘由于其孔隙较少，表面亲水性较差，喷雾对于金属矿尘的降尘效果会弱于对煤尘的效果，因此会通常会配合抑尘剂使用来增强附着能力，使粉尘更易沉降与凝结，并避免二次扬尘。

将水流通过磁性装置，在磁场的作用下水分子间的氢键断开，使水的活性和润湿性增加，喷出的水雾会更易与粉尘结合，会得到比普通喷雾更好的降尘效果。

由于不同种类的水的物理性质不同，相同种类的水对不同物质表面的润湿性也不同，因此使用磁化水喷雾除尘前，需要对将要使用的水进行磁化润湿实验，测量在不同的磁场强度和磁化时间下水在粉尘所属的物质上的接触角，获得最佳润湿性的磁场强度和磁化时间。将抑尘剂水溶液进行磁化后喷雾可得到更好的除尘效果，因此可在水中加入抑尘剂进行该实验[7]。

由于金属矿尘密度较大，因此干式除尘的方法同样适用于金属矿山，如重力沉降室可对粒径较大或密度较高的粉尘进行有效捕捉。与煤尘相比，金属矿尘普遍具有较高的密度，利用重力沉降室可达到更好的捕捉效果。

对于矿山中的细颗粒粉尘，可利用微雾旋风除尘的方法，该方法将喷雾除尘与旋风除尘的方法结合，将细颗粒粉尘润湿粘合后使粉尘的质量和粒径均增加，从而旋风除尘器更容易将其捕捉收集，提高除尘效率[8]。

也可将水通过带电体后喷出，使水雾带电，带电水雾与粉尘结合后使粉尘更易粘合且附上电荷，此时通过电除尘器将带电粉尘收集，亦可获得比干式电除尘更好的除尘效果。

有些有磁性的金属矿尘，如磁铁矿粉尘等，也可利用磁力除尘技术。粉尘通过磁性装置时，利用磁力将粉尘捕捉。如果需要获得更佳的除尘效率，也可在磁力除尘的基础上结合其他的除尘方法进行组合除尘。

5 结论

如今人们对金属矿的生产需求日益增大，然而针对金属矿山的粉尘研究仍处于初级阶段，研究的广度和深度均不及煤矿粉尘，因此进行金属矿山除尘的深入研究非常必要。本文列举了目前有关于金属矿山粉尘的研究现状，同时根据不同金属矿尘的特性提出了若干种除尘方案，可对日后的金属矿山除尘的研究及应用提供借鉴。