氯化钙抑尘技术在司家营露天采场道路的研究与应用

2022-06-28李国东李万涛韩明坤

现代矿业 2022年5期

李国东尚悦李万涛韩明坤

（河钢集团矿业有限公司）

近年来，人们的环保意识逐渐加强，全世界认识到扬尘对人类身体的危害性。美国1997年大气环境质量标准已由对PM10 转向对PM2.5 的控制，我国修改后的大气环境质量标准也加强了对呼吸性粉尘的要求。由此可见，全球对扬尘问题的重视程度已经达到了顶峰。随着我国露天矿山生产强度不断增大，机械化水平日益提高，矿运汽车数量和载重吨位也随之越来越庞大，由于车辆反复碾压采场道路的碎石和砂土，路表面聚集一层细颗粒粉尘，矿山机械设备在采场路面行驶会扬起大量粉尘［1］，因此，车辆运输作业成为了露天矿山产生扬尘的主要因素。目前，露天采场抑制扬尘主要采取湿法降尘，该方法操作简单且不会造成二次污染。在露天矿山采场，对料堆和设备移动区域喷洒水可以抑制扬尘，但抑尘效果不持久，且需持续洒水，由于料堆保湿性时间较短，采场内运输道路蜿蜒曲折，需覆盖面积广，投入人力物力极大，导致该方案具有局限性。但化学抑尘方式可以避免上述问题，美国、南非、英国等世界矿业发达国家，采用化学抑尘剂治理路面扬尘，取得了较大的经济、社会和环境效益。美国Coherex抑尘剂对路面的抑尘效果周期可达10～20 d；南非Con-aid 抑尘剂最为有效，不但对路面起到抑尘效果，而且还使路面固化，有效抵抗雨水冲刷破坏，四季通用。日本、德国等国家也都有应用各具特色的路面抑尘剂产品［2］。由此可见，道路化学抑尘技术有着非常可观的使用前景。

目前国内大部分矿山、工厂、道路都在广泛应用一种化学防尘技术——氯化钙溶液抑尘。露天矿山大部分靠界道路，运输车辆流动量较大，且露天矿山道路多为坡路，喷水量控制不好会导致道路湿滑，道路低洼处大量积水，增加行车安全隐患，亟需加以改进，而露天矿山靠界道路完全符合氯化钙溶液抑尘条件要求的路况，因此，将氯化钙抑尘技术作为研究对象，在司家营大型露天矿山采场道路试用，将理论与实际结合，研究掌握正确使用氯化钙喷洒方法，以期提高氯化钙溶液抑尘效果，减少露天矿道路抑尘成本，降低环境扬尘污染。

1 氯化钙抑尘技术试验方案

氯化钙溶液抑尘剂为吸湿性无机盐材料，具有一定的吸湿保水特性，能提高粉尘的含水率，从而抑制粉尘飞扬，因此，在仓库吸湿、路面抑尘和散料堆场有广泛的应用。首先对露天矿试验路段进行修整，保证路面质量符合试验要求；在试验路段入口处修建氯化钙溶液暂存池和地磅，每次装洒水车前进行氯化钙溶液浓度测试，严格控制的氯化钙溶液保持在20%浓度，然后过磅称重，并在《氯化钙使用统计表》上做好相关记录；将装有氯化钙溶液的洒水车开至试验路段进行喷洒，保证每次喷洒方式统一性，为后期对比做好铺垫；喷洒完毕后，实时观察路边变化情况并做好记录，每2 h 记录一次监测点PM10 数据，制作折线图；最后结合所有数据和现场情况研究分析，总结出一套经济实用适用于露天采场道路的氯化钙抑尘技术方案。

2 试验场地选取

司家营露天采场位于N6～N18 勘探线，矿石资源总储量为23.48 亿t，其中，氧化矿3.227 亿t，磁铁矿20.253 亿t，为我国三大铁矿区之一。露天采场设计自下而上台阶式开采，采用公路运输开拓，来往运输车流量可达2 570 辆/日左右，采场内安装了6 台环境指数监测仪作为监测点，对采场环境进行实时监测。司家营露天采场东帮运输路为永久靠界的主运输路，路面为强度适中的沙土路面，车辆来往易引起扬尘。东帮目前为司家营主要开采出矿区域，来往车流量可达1 000 辆/d，路旁设有2 个检测大气PM10 指数的监测点（图1），可显示路段可吸入颗粒物PM10综合数值，为研究氯化钙抑尘效果的数据分析提供强有力的保障。因此，将司家营露天采场东帮主路部分路段（宽6 m、长1 km、面积6 000 m2）确定为氯化钙抑尘技术的试验路段（图2）。

3 试验过程及结果分析

某研究表明，不下雨时，20%浓度的氯化钙溶液可使空气含尘量在2～5 个昼夜内降至容许范围内。根据司家营矿山实际情况，经过对各类氯化钙溶液调研对比，决定选用20%浓度的氯化钙溶液，在不同的天气状况下进行喷洒，并对该路段空气监测数据进行分析，根据实际情况对喷洒用量逐步递增，在空气指数回升至超标数值时立即进行下一次氯化钙溶液的喷洒。

3.1 冬季非雨雪天气下试验

表1 为冬季非雨雪天气下氯化钙溶液使用情况统计表，可知，2021 年1 月2 日—1 月8 日天气差异不大，无异常天气，氯化钙溶液在6 000 m2试验道路上喷洒量分别为7.26，8.30，10.50，12.28，13.88，9.82 t。其中，2021 年1 月4 日喷洒10.50 t，试验路面可明显形成氯化钙抑尘层，成型效果好；2021 年1 月6 日喷洒量达到12.28 t，路面氯化钙有轻微流淌现象，但很快彻底渗入路面，在路面形成有效的氯化钙抑尘层。2021 年1 月7 日喷洒量达到13.88 t，路面氯化钙溶液流淌现象明显，并在过往车辆的碾压下形成大量黏稠淤泥，粘在过往车辆上被带走，影响路面氯化钙抑尘层的形成；2021 年1 月8 日喷洒9.82 t，试验路面恢复正常，可明显形成氯化钙抑尘层（图3）。

表1 冬季非雨雪天气下氯化钙溶液使用情况统计

对监测点监测数据进行统计分析（图4），在2021年1月2日8时，对道路喷洒氯化钙溶液后，可吸入颗粒物PM10值有所下降，但很不稳定，在次日凌晨3时PM10 值超过100 μg/m3，变为轻度污染，上午6 时PM10 数值超过150 μg/m3，进入中度污染阶段；在2021年1月3日8时，再次喷洒氯化钙溶液，可吸入颗粒物PM10数值依然很不稳定，在次日9时PM10数值再次超过150 μg/m3，进入中度污染阶段；在2021 年1月4 日10 时，继续对道路喷洒氯化钙溶液，可吸入颗粒物PM10 数值逐步下降，并在空气质量指数二级良区域接近稳定，直至2021 年1 月6 日8 时，PM10 值再次超过150 μg/m3，上升至中度污染；在2021 年1 月6日和7 日，加大道路氯化钙溶液喷洒剂量后，可吸入颗粒物PM10数值再次处于不稳定状态。

根据冬季非雨雪天气下氯化钙溶液统计及监测数据分析可知，在6 000 m2的道路上喷洒浓度20%的氯化钙溶液在9.5～10.0 t 时，即浓度20%的氯化钙溶液喷洒量为1.58 kg/m2时，空气质量指数AQI 和可吸入颗粒物PM10 值下降明显且趋于稳定，抑尘层形成明显。在浓度20%的氯化钙溶液喷洒量超过1.58 kg/m2时，道路抑尘层难以成型，并导致道路产生大量淤泥，含有氯化钙溶液的淤泥有腐蚀性，会加快车辆底盘及外壳等金属部位的损坏，增加车辆维护成本，因此，要严格控制氯化钙溶液喷洒量。

3.2 冬季遇下雪天气下试验

表2 为冬季遇下雪天气下氯化钙溶液使用情况统计表。2021 年1 月8 日8 时氯化钙溶液喷洒9.82 t时，试验路面可明显形成氯化钙抑尘层；在2021 年1月9 日中午开始下雪，2021 年1 月10 日雪停后，根据降雪量配比，对积雪路面撒固态氯化钙1.1 t，融化雪水和氯化钙形成接近预计浓度氯化钙溶液，路面依然有形成抑尘层现象。

表2 冬季遇下雪天气下氯化钙溶液使用情况统计

对监测点监测数据进行统计分析（图5）。在2021年1月8日8时，对道路喷洒氯化钙溶液，根据前期效果降低喷洒量，随后可吸入颗粒物PM10 值稳定下降，最终成稳定趋势；在2021 年1 月9 时22 时，随着天气降雪，可吸入颗粒物PM10 数值降低至50 μg/m3，一级优阶段保持平稳；在2021年1月10日8时，对积雪道路撒固态氯化钙，随后可吸入颗粒物PM10值趋于平稳，在2021 年1 月11 日2 时，空气指数开始成上升趋势；在2021 年1 月12 日8 时，根据前期最佳喷洒量，继续对道路喷洒喷洒氯化钙溶液，随后可吸入颗粒物PM10值稳定下降，最终成稳定趋势。

雪天对氯化钙溶液抑尘基本无影响，并利用固态氯化钙融雪后，形成抑尘层，具有一定抑尘效果。

3.3 雨季下雨天气下试验

表3 为雨季下雨天气下氯化钙溶液使用情况统计表。在2021 年6 月24 日8 时，对试验路段喷洒氯化钙溶液9.52 t，持续至6 月24 日16 时开始下雨，路面经过雨水冲刷，氯化钙溶液形成的抑尘层被破坏；2021 年6 月25 日3 时雨停，在停雨后2 h 再次喷洒氯化钙溶液9.68 t，氯化钙抑尘层形成不明显，持续至06 月26 日12 时，再次喷洒氯化钙溶液9.66 t，有氯化钙抑尘层成型迹象。

表3 雨季下雨天气下氯化钙溶液使用情况统计

对监测点监测数据进统计分析（图6）。在2021年6 月24 日8 时，根据前期最佳喷洒量，继续对道路喷洒喷洒氯化钙溶液，随后可吸入颗粒物PM10 值开始下降；在2021 年6 月24 日16 时开始降雨，雨水对空气起净化作用，可吸入颗粒物PM10 值稳定在80 μg/m3，空气质量处于良好区域；在2021 年6月25日3时雨停，1 h 后道路雨水渐干，可吸入颗粒物PM10 值急剧上升，超过150 μg/m3，到达中度污染阶段；在2021年6月25日6时，立即对道路喷洒喷洒氯化钙溶液后，可吸入颗粒物PM10 值依然不稳定，直至在2021 年06 月25 日18 时，可吸入颗粒物PM10 数值略有下降，仅持续至6 月26 日6 时，可吸入颗粒物PM10值开始上升，最终达到中度污染阶段；在6 月26 日8时，及时对道路喷洒氯化钙溶液，随后可吸入颗粒物PM10值才逐渐开始下降并接近稳定。

下雨天气对氯化钙溶液抑尘影响较大，氯化钙溶液抑尘层被雨水冲刷后，会彻底失去抑尘效果，而且由于雨后道路深度潮湿，非常不利于形成氯化钙溶液抑尘层。