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粉尘

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粉尘,是指悬浮在空气中的固体微粒。习惯上对粉尘有许多名称,如灰尘尘埃、烟尘、矿尘、砂尘、粉末等,这些名词没有明显的界限。国际标准化组织规定,粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。在大气中粉尘的存在是保持地球温度的主要原因之一,大气中过多或过少的粉尘将对环境产生灾难性的影响。但在生活和工作中,生产性粉尘是人类健康的天敌,是诱发多种疾病的主要原因。
中文名
粉尘
外文名
Dust
形    态
固体微粒
国际定义
粒径小于75μm的固体悬浮物

粉尘简介

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粉尘,是指悬浮在空气中的固体微粒。习惯上对粉尘有许多名称,如灰尘尘埃、烟尘、矿尘、砂尘、粉末等,这些名词没有明显的界限。国际标准化组织规定,粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。在大气中粉尘的存在是保持地球温度的主要原因之一,大气中过多或过少的粉尘将对环境产生灾难性的影响。但在生活和工作中,生产性粉尘是人类健康的天敌,是诱发多种疾病的主要原因。

粉尘产生原理

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粉尘几乎到处可见。土壤和岩石风化后分裂成许多细小的颗粒,它们伴随着花粉,孢子以及其他有机颗粒在空中随风飘荡。除此之外,许多粉尘乃是工业和交通运输发展的副产品;烟囱和内燃机排放的废气中也含有大量的粉尘,面粉,采石场等的作业引起的,火山爆发火山灰
(1)固体物质的机械加工或粉碎,如金属研磨、切削、钻孔、爆破、破碎、磨粉、农林产品加工等。
(2)物质加热时产生的蒸气在空气中凝结或被氧化所形成的尘粒,如金属熔炼,焊接、浇铸等。
(3)有机物质不完全燃烧所形成的微粒,如木材、油、煤类等燃烧时所产生的烟尘等。
(4)铸件的翻砂、清砂粉状物质的混合,过筛、包装、搬运等操作过程中,以及沉积的粉尘由于振动或气流运动,使沉积的粉尘重又浮游于空气中(产生二次扬尘)也是粉尘的来源。

粉尘结构性质

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1、粉尘的粒度
粉尘的粒度是指粉尘的大小,又称粒径。因粉尘的开关不规则,一般用尘粒的平均直径或其投影定向长度来表示粒度。
2、粉尘的分散度
分散度是指物质破碎的程度,通常所说的粉尘分散度是指某粒级的粉尘量与粉尘总量的百分比。
3、粉尘中游离二氧化硅的含量
二氧化硅是地壳内最常见的氧化物,它以2种状态存在,一种是结合状态的二氧化硅。另一种是游离状态的。

粉尘粉尘密度

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由于粉尘与其他块状固体不同,粉尘是许多细小颗粒的集合体。按照物质密度的定义是单位体积的物质质量,但是粉尘的体积与其他固体物质的体积不同,粉尘的松体积包括了尘粒的颗粒体积、粉尘粒子之间的空隙体积、某些尘粒外开口和内闭孔及附面膜体积等5部分。由于粉尘体积的这些特征,构成了3种粉尘密度的概念。
(1)粉尘的堆积密度是指每单位粉尘松体积所具有粉尘的质量。即自然堆积状态下单位体积粉尘的质量。
(2)粉尘的真密度是指每单位体积(不包括尘粒内闭孔体积)粉尘颗粒材料所具有的质量。即密实状态下单位体积粉尘的质量。
(3)粉尘的假密度是指每单位粉尘颗粒体积(包括尘粒内闭孔体积)所具有的粉尘的质量。
粉尘密度,是除尘设备选型的依据之一。一般地说,对于密度大的粉尘,可以选用重力除尘器、惯性除尘器和旋风除尘器。而对于密度小的粉尘,采用上述除尘方式则往往没有好的效果。这是因为粉尘在重力场中和离心力场中沉降时,其沉降速度与尘粒的密度成正比。 [1] 

粉尘主要种类

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可以根据许多特征进行分类,在大气污染控制中,根据大气中粉尘微粒的大小可分为: [2] 
1、飘尘,系指大气中粒径小于10μm的固体微粒,它能较长期地在大气中漂浮,有时也称为浮游粉尘。也被称为可吸入颗粒物,英文缩写为PM10。
2、降尘,系指大气中粒径大于10μm的固体微粒,在重力作用下,它可在较短的时间内沉降到地面。
3、总悬浮微粒,系指大气中粒径小于100μm的所有固体微粒。也被称为总悬浮颗粒物,英文缩写为TSP。
专业术语1、粉体:固体物质的细小颗粒,称为粒子,而固体粒子的堆集状态,称为粉体。
2、粉尘:因机械过程(破碎、筛分、运输等)而产生的微细粒子,能在气体中分散(悬浮)一定时间的固体粒子,称为粉尘。粉尘的粒径范围很广,由细至1/10μm到数百微米。
3、烟尘:因物理化学过程而产生的微细固体粒子,称为烟尘。例如冶炼、燃烧、金属焊接等过程中,由于升华及冷凝而形成、烟尘的特点是粒度大都比较细,在1μm以下。
4、烟雾:燃烧草料、木柴、油、煤等生成的黑烟,称为烟雾。烟雾粒径很细,甚至在0.5μm以下。
5、粉末:工艺生产中的粉料,称为粉末。
按其性质一般分为以下几类:
1、无机粉尘:矿物性粉尘,如石英、石棉、滑石、煤等;金属性粉尘,如铁、锡、铝、锰、铅、锌等;人工无机粉尘,如金刚砂、水泥、玻璃纤维等。
2、有机粉尘:动物性粉尘,如毛、丝、骨质等;植物性粉尘,如棉、麻、草、甘蔗、谷物、木、茶等;人工有机粉尘,如有机农药、有机染料、合成树脂、合成橡胶。合成纤维等。
3、混合性粉尘是上述各类粉尘,以二种以上物质混合形成的粉尘,在生产中这种粉尘最多见。

粉尘基本功能

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地面水通过蒸发进入大气,又经降水返回地面,从而完成了水的循环。如果空中没有粉尘,水份再大也无法凝结成水滴。因为水分子很小,由它聚合起来的水滴也很小,再加上饱合水汽压力很大,所以不易形成降水。空气中有了粉尘之后,它能吸附水汽变成溶液并形成水滴,其饱和水汽压力大大减小,使水汽易于其周围凝结,变成云,雾,雪等。在这一变化过程中,粉尘起了凝结核的作用。
天空中呈现的蔚蓝色尽收眼底也是大气中粉尘作用的结果。阳光是由红,橙,黄,绿,青,蓝,紫七色组成的。当阳光进入大气层后,遇到空中悬浮的粉尘和水汽就发生散射,波长越短的光越容易被散射,空气密度越大散射光越强。而空气密度是随海拔高度的增加而减小的,因此在8000 m以下的低空,波长较短的蓝色光大量被散射,人类就可以从地面上看到“秋水共蓝天一色”的壮丽景观。随着海拔高度的增加,大气对阳光的散射能力越来越弱,8000 m以上天空变为青色,13000 m以上是暗紫色的。在20000 m以上,由于散射作用消失,天空就变成一片暗黑色。
日出和日落也是粉尘之功。当太阳出升在地平线的时候,光线穿过充满灰尘的大气,太阳比中午直射时的大得多。这时,粉尘和水汽把阳光中的蓝光和绿光散射了,而波长较长的红光则直接穿过大气,于是旭日东升或夕阳西下的绚丽便历历在目。在特定的条件下,粉尘还会创造出奇特的景观。1883年,印尼克拉克脱火山爆发,把大量火山灰抛入天空,那时该地区人们看到的太阳总是火红色的,这种景观持续了两年之久。1816年,印尼爪哇火山喷射出的烟尘反射和吸收了大量阳光,结果导致那一年该地区气温的降低,出现了罕见的没有夏天的奇迹,即所谓的阳伞效应。总之,没有粉尘云,雾,雨,雪将不复出现,火红的太阳和绚丽的彩虹也要消失,自然景观大为逊色。

粉尘主要危害

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粉尘有功也有过,其过之一是污染大气,危害人类的健康。飘逸在大气中的粉尘往往含有许多有毒成分,如铬,锰,镉,铅,汞,砷等。当人体吸入粉尘后,小于5μm的微粒,极易深入肺部,引起中毒性肺炎或矽肺,有时还会引起肺癌。沉积在肺部的污染物一旦被溶解,就会直接侵入血液,引起血液中毒,未被溶解的污染物,也可能被细胞所吸收,导致细胞结构的破坏。此外,粉尘还会沾污建筑物,使有价值的古代建筑遭受腐蚀。降落在植物叶面的粉尘会阻碍光合作用,抑制其生长。
粉尘其过之二是爆炸危害。相传,早在风车水磨时代,就曾发生过一系列磨坊粮食粉尘爆炸事故。到了20世纪,随着工业的发展,粉尘爆炸事故更是屡见不鲜,爆炸粉尘的种类也越来越多。据统计,1913~1973年间美国仅工农业方面就发生过72次比较严重的粉尘爆炸事故。1919年俄亥俄州一家淀粉厂发生粉尘爆炸,厂房几乎全部被毁,有43人丧生。日本1952~1975年共发生重大粉尘爆炸事故177次,累计死亡75人,受伤410人。
1977年美国路易斯安那州一座现代化粮库发生爆炸,造成一半以上粮食简仓被毁,连办公大楼也未幸免,36人死亡,直接经济损失达3000万美元。英国和加拿大在化工和造纸等行业中也发生过多起粉尘爆炸事故,仅英国就243次,死伤204人。
1987年3月15日,哈尔滨亚麻纺织厂发生的爆炸事故,死亡56人,伤179人,厂房设备严遭破坏。
2014年8月2日上午7时37分许,江苏昆山开发区中荣金属制品有限公司汽车轮毂抛光车间在生产过程中发生爆炸。目前已造成97人死亡,163人受伤,直接经济损失3.51亿元。事故原因直接原因是:事故车间除尘系统较长时间未按规定清理,铝粉尘集聚。除尘系统风机开启后,打磨过程产生的高温颗粒在集尘桶上方形成粉尘云。1号除尘器集尘桶锈蚀破损,桶内铝粉受潮,发生氧化放热反应,达到粉尘云的引燃温度,引发除尘系统及车间的系列爆炸。

粉尘粉尘爆炸

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粉尘和其他物质一样具有一定能量。由于粉尘的粒径小,表面积大,从而其表面能也增大。一块1 g重的煤其表面积只有5~6c㎡,而1 g的煤粉飘尘,其表面积可达2㎡。粉尘与空气混合,能形成可燃的混合气体,若遇明火或高温物体,极易着火,倾刻间完成燃烧过程,释放大量热能,使燃烧气体骤然升高,体积猛烈膨胀,形成很高的膨胀压力。
燃烧后的粉尘,氧化反应十分迅速,它产生的热量能很快传递给相邻粉尘,从而引起一系列连锁反应。粉尘发生爆炸必须具备一定的条件,归纳如下:
(1)粒径大小——这是影响其反应速度和灵敏度的重要因素。颗粒越小越易燃烧,爆炸也越强烈。粒径在200 μm以下,且分散度较大时,易于在空中飘浮,吸热快,容易着火。粒径超过500μm,其中并含有一定数量的大颗粒则不易起爆。
(2)化学成分——有机物粉尘中若含有COOH,OH,NH2,NO,C=N,C=N和N=N的基团时,发生爆炸的危险性较大;含卤素和钾,钠的粉尘,爆炸趋势减弱。
(3)爆炸浓度——在一个给定容积中,能够传播火焰的悬浮粉尘的最小重量称为爆炸浓度。通常,达到粉尘爆炸浓度的粉尘才会发生爆炸。面粉的爆炸浓度约为15~20 g/m³,散粮爆炸浓度大约是30~40g/m³。
(4)空气湿度——当空气湿度较大时,亲水性粉尘会吸附水份,从而使粉尘难以弥散和着火,传播火焰的速度也会减小。湿度大的粉尘即使着火,其热量首先消耗在蒸发粉尘中的水份,然后才用于燃烧过程。粉尘湿度超过30%便不易起爆。
(5)有足够的点火温度——粉尘爆炸大都起源于外部明火,如机械撞击,电焊和切割,静电火花或电火花,摩擦火花,火柴和高温体传热等。这类火源最低点火温度为300~500 ℃。
(6)足够的氧气——粉尘悬浮环境中需含有足够维持燃烧的氧气。
(7)粉尘紊动程度——悬浮在空气中的粉尘,紊动强度越大,越易吸收空气中的氧气而加快其反应速率,从而容易爆炸。

粉尘粉尘治理技术

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综合抑尘技术主要包括生物纳膜抑尘技术云雾抑尘技术湿式收尘技术等关键技术。
生物纳膜抑尘技术,生物纳膜是层间距达到纳米级的双电离层膜,能最大限度增加水分子的延展性, 并具有强电荷吸附性;将生物纳膜喷附在物料表面, 能吸引和团聚小颗粒粉尘,使其聚合成大颗粒状尘 粒,自重增加而沉降;该技术的除尘率最高可达99% 以上,平均运行成本为0.05~0.5元/吨。
云雾抑尘技术是通过高压离子雾化和超声波雾化 ,可产生1μm~100μm的超细干雾;超细干雾颗粒细密,充分增加与粉尘颗粒的接触面积,水雾颗粒与粉尘颗粒碰撞并凝聚,形成团聚物,团聚物不断变大变重,直至最 后自然沉降,达到消除粉尘的目的;所产生的干雾颗粒,30%~40%粒径在2.5μm以下,对大气细微颗粒污染的防治效果明显。
湿式收尘技术通过压降来吸收附 着粉尘的空气,在离心力以及水与粉尘气体混合的双 重作用下除尘;独特的叶轮等关键设计可提供更高的 除尘效率。
适用于散料生产、加工、运输、装卸等环 节,如矿山、 建筑、采石场、 堆场、港口、 火电厂、钢铁 厂、垃圾回收处理等场所。 [3] 

粉尘预防措施

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粉尘虽然会发生爆炸,但若采取可靠的措施还是可以避免的,防范的措施应着眼于发爆的条件:控制粉尘浓度;杜绝起燃点;减低空气中氧的浓度;采取有效降尘措施;建立预报系统;设置爆炸压力泄放口等。此外,在管理上建立必要的规章制度,落实管理措施也是非常必要的。
2016年2月25日,国家安全监管总局发布消息称,将在2016年3月至2017年底组织开展陶瓷生产、耐火材料制造两类企业粉尘危害专项治理工作,以控制、减少和消除相关危害,严防尘肺病发生,切实保护劳动者职业健康权益。 [4] 

粉尘研究进展

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2014年7月18日,由日本熊本大学研究小组,首次确认了细颗粒物“PM2.5”中含有甲醛。甲醛具有致癌性,会导致病屋综合症。熊本大学研发了检测甲醛的新装置,并成功在PM2.5中检测出了甲醛。
大部分被吸入人体的甲醛气体仅能到达气管,但与PM2.5结合后则容易到达肺部。户田指出“可以认为对健康造成的风险更大”。
PM2.5中的甲醛含量随地点和时期有所不同。研究小组从3月到7月左右在熊本市进行测量时,甲醛含量大幅低于国家的标准值。
PM2.5漂浮于大气中,会提高哮喘等疾病的发病率。日本的中央和地方政府制定了标准值,在PM2.5达到一定浓度时提醒人们注意。 [5] 
参考资料
词条标签:
科学百科环境生态分类 自然