露天矿山道路运输抑尘剂的研究

露天矿山道路运输抑尘剂的研究摘要：针对露天矿山汽车运输路面扬尘污染问题，综述了路面抑尘剂应用类型、抑尘机理、效果及存在主要问题，尤其对化学抑尘剂进行了比较详细的分类及分析。通过研究与总结，为路面抑尘剂配方的选择和应用提供了可靠的理论依据。

关键词：露天矿山；运输路面；抑尘剂；综述1、引言随着我国露天矿山生产强度不断加大，机械化水平的日益提高，必然导致在生产作业中的粉尘污染日趋严重。据统计，运输设备的产尘量为各露天开采作业设备之首，是露天矿山最大的粉尘污染源。路面扬尘不仅严重损害工作人员的身体健康，而且还污染矿区周围的环境，破坏生态系统。此外，扬尘进入运输汽车体内，能缩短发动机的使用寿命，增加车辆保养、维修费用及耗油量。当路面扬尘的浓度较高时，还妨碍司机的安全驾驶，造成撞车、翻车等事故，直接影响矿山的安全生产和经济效益。本文拟在对运输路面抑尘剂的应用类型、抑尘机理、效果及存在主要问题进行研究与总结，从而为抑尘方法的选择提供理论依据，为更好地解决路面扬尘污染问题创造条件。

2、国内外路面抑尘剂防尘概况2.1洒水防尘众所周知，露天矿山路面防尘的传统方法是用洒水车洒水。由于此方法比较简单、方便，故许多国家还在沿用。洒水防尘的作用主要在于润湿颗粒细小的干燥粉尘，增加粉尘的含湿量，从而使其相对密度增大，并黏结成较大的颗粒，使之在外力作用下不能飞扬。生产实践表明，洒水方法较适用于气温为零度以上条件下永久性的混凝土路面，但这类路面在露天矿山采场内很少。露天矿山多为碎石（砾石）路面，还有一部分为土质路面。在夏季或干旱炎热地区，为了长期保持路面的湿润，需要频繁地使用洒水车洒水，但由于水的抗蒸发性较差，一般喷洒一次只能保持0.5h左右。如果路面洒水不及时，以及洒水量不当，路面处于干湿交替状况，则路面微细粉尘含量将增多，路况更恶化；不仅达不到良好的抑尘效果，还浪费了大量的水资源。所以，洒水除尘并非高效节约的防尘方法。

除了传统的洒水抑尘方法外，一些国家在露天场所也尝试采用比较新颖的抑尘方法，如水雾除尘、泡沫除尘、磁化水除尘、高压水除尘以及人工降雪除尘等。但是，这些除尘方法所需设备费用较高以及技术不成熟而使其推广应用受到一定的制约。

2.2化学抑尘剂抑尘在20世纪，特别是近40年来，化学抑尘剂的开发和应用得到不断创新和发展。下面就应用于运输路面的化学抑尘剂应用类型、抑尘机理、效果及存在主要问题做一下总结与研究。

2.2.1湿润型抑尘剂抑尘采用纯水作为路面的抑尘剂时，路面微细尘粒往往不易被水湿润，因而抑尘效果不佳，如对2μm粉尘的捕获率只有1%-28%左右，所以国内外研究了喷洒有添加剂的水来控制路面扬尘。该添加剂主要为湿润剂，其主要由表面活性剂和某些无机盐组成。对比而言，某些表面活性剂的湿润性能要远远优于无机盐。例如：质量分数为5%-10%的CaCl2湿润硅尘的能力比纯水提高约30%，而十二烷基苯磺酸钠的质量分数为0.2%时，其湿润硅尘的能力比纯水提高40%。一般来讲，当表面活性剂在质量分数为0.01%-0.5%时，能显著降低水的表面张力。此外，疏水性粉尘表面吸收了表面活性剂后，可转化为亲水性粉尘。因此，在路面上喷洒湿润型抑尘剂可以显著增强水对粉尘的湿润效果，从而提高水的捕尘能力，尤其对疏水性粉尘的抑制效果十分明显。

采用湿润型化学抑尘剂的缺点是每一种湿润剂的适用范围比较小，有的甚至会引起对环境的二次污染，而且功能比较单一，不具有较强的黏结粉尘能力。其主要应用于控制大气飘尘的喷雾系统、湿式除尘器、煤层注水预润湿以及各种细颗粒物的预润湿等。

2.2.2吸湿型无机盐抑尘吸湿性无机盐主要包括NaCi、CaCi2、MgCi2等卤化物和其他一些无机盐，如Na2CO3、NaHCO3、NaSiO3活性氧化铝等。无论是它们的固体颗粒还是水溶液，都在露天矿山路面的防尘中得到广泛的应用，尤其以卤化物应用的最多，至今已经有半个世纪的历史。

用吸湿盐水溶液治理路面时，水在润湿的粉尘中能形成水化膜，促进了粉尘的黏附团聚。水化膜与粉尘固体的结合相当牢固。将有水化膜的粉尘干燥所需的热，除了用来供给水的蒸发热外，还需克服水化膜与粉尘固体之间的黏附功。另外，吸湿性盐的吸湿量随环境相对湿度的增加而增加，当吸湿后形成的盐水溶液的蒸气压力与空气中水的蒸气压力相等时，吸湿就停止；如果大于空气中水的蒸气压力，则开始蒸发；反之则吸湿。因此，即使在干燥的气候条件下，也可使路面从空气中吸收一定水分，保持一定的、有利的含水量。同时，盐溶解在尘土的孔隙水中，提供阳离子与已经存在于尘土中的离子进行交换，且吸附在尘粒表面，提供连接尘粒的离子，使粉尘聚集和凝集，并由此增强相邻尘粒之间的静电吸引力，促使尘粒黏结，增大粒径，难以飞扬。

吸湿性无机盐类有很好的吸湿性，用其处理运输路面可起抑尘和防冻的作用。但是，一些无机盐溶液呈酸性，对汽车轮胎以及金属零部件有一定的腐蚀性。此外，这类物质易被雨水冲走，还会对水土环境造成一定的污染，而且受温度和湿度的影响较大，适宜在低温地区使用。

2.2.3超强吸水剂抑尘超强吸水剂是近20-30年迅速发展起来的一种新型功能高分子材料。它不仅可以吸收比自身质量大几倍至几千倍的水，而且保水能力强，在很大的压力作用下也不脱水。这些特性使其在防尘领域里具有巨大的发展潜力。

把超强吸水剂用到路面粉尘防治领域的时间很短，还处于实验室模拟研究和现场小型规模试验阶段。试验材料主要包括淀粉接枝丙烯酸盐高倍吸水树脂溶胶和聚丙烯酸钠溶胶等。用吸水树脂溶胶处理路面，可以昼夜吸收空气中的水分，使路面保持一定的含湿量。由于溶胶的黏性作用，粉尘受到黏附力不能再次飞扬，同样汽车轮胎上所带的粉尘也能被黏结，从而控制了因轮胎带尘所引起的地面粉尘污染［!1］。当溶胶受蒸发作用而失水时，路面强度逐渐增强，此时树脂失去黏性；当其再次吸湿后，路面则又具有一定黏性。而且，这类材料可以“一次多用”，即一次喷洒后，可在其有效期内只需重复洒水，就能使尘土保持较高的含水率，从而降低综合抑尘成本。此外，超强吸水剂的使用也比较安全，尤其是聚丙烯酸钠性能稳定，无毒副作用，不会对环境造成二次污染。但是，超强吸水剂也存在一些缺点，其中最突出的是成本相当高、制备难度大，从而给其应用造成了很大的障碍，目前仍处在试验研究阶段。

2.2.4黏结型有机化学抑尘剂抑尘黏结型有机化学抑尘剂的主要成分为有机黏性材料，主要包括油类产品和造纸、酒精工业的废液、废渣等；其中，油类产品又包括沥青、渣油、煤焦油、重油、生物废油、植物废油等。这些材料的特点是不溶于水，通常应用之前需要对其进行乳化，最终配制成油、水、乳化剂为一体的具有一定黏性的乳状液。当乳化液喷洒在路面上时，外相水首先与粉尘接触，使粉尘润湿、凝结；同时，乳化液中游离的少量表面活性剂分子在水面的疏水基能冲破尘粒表面的空气膜，促进了水对粉尘的润湿、凝结作用，从而防止下部粉尘没能充分润湿就被车辆翻起的现象。乳化液破乳后，表面活性剂分子在尘粒表面形成定向排列的吸附膜，能抑制其基底水的蒸发。另外，乳化液在路面喷洒后路面形成一层油膜，可抑制水分的蒸发，并能黏结轮胎及地面粉尘。当乳状液与尘粒接触时，由于乳化液中各相分子与尘粒的相互作用，形成以范德华吸引力为主的物理吸附和以化学键为主的化学吸附，促使了乳化液与地表尘粒间的黏结，稳定了路面。特别是经多次喷洒后，路面胶结状况不断改善，若长期喷洒，抑尘效果将会越来越好，碎石路面的强度也会逐渐提高，从而增强路面抗压碾性能。因此，喷洒间隔时间会不断延长。被喷洒的路面因形成一层油膜，不被车轮轮胎碾压的公路两侧会黏附落尘，从而进一步抑制粉尘的飞扬扩散。

在露天矿山采用黏结型抑尘剂处理路面，其有效防尘期一般为7-15d，高的可达20-30d，而且短期内可以加固路面，效果较好。但是，这类抑尘材料稀少，有异味，有排放有害成分的可能，从而对周围的环境以及土壤、地下水有潜在污染，并存在加工工艺上制备复杂以及成本较高等缺陷。

2.25复合型化学抑尘剂抑尘复合型化学抑尘剂是两种或两种以上抑尘剂在一定的物理或化学条件下复合而成，把湿润、黏结、凝并、吸湿保水等功能综合为一体，是上述各种类型抑尘剂功能的统一。湿润是通过湿润剂的湿润作用，增强水的捕尘性能。黏结就是将粉尘颗粒通过黏结作用与地面固接，并通过黏结的渗透作用使之与路面土质融合为一体，从而提高路面的强度。凝并即将细小的粉尘颗粒聚合成较大的粉尘颗粒，从而抑制可悬浮粉尘。吸湿则是吸收空气中的水分，提高路面尘土的含水率，使之在较长时间内保持一定的水分（大于40%），增大容重，并增强路面柔韧性及颗粒质量，减少破碎和抑制粉尘扬起。保水则是抑制尘土中水分的蒸发，使水分在尘土或地面中停留更长的时间，以达到较好的抑尘效果。

复合型抑尘剂的抑尘效果较为优越，适用范围相对广泛，成为路面抑尘剂发展的趋势。但是，这类抑尘剂在国内外研究还不多，国外主要有俄罗斯的由PO-1型阴离子表面活性剂、水玻璃、甲基苯乙烯乳状液和水组成的复合型抑尘剂，日本的聚丙烯酸盐添加表面活性剂组成抑尘剂，澳大利亚的聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素、聚乙酸酯乙烯、丙二醇和丁三醇组成的抑尘剂等；国内主要有原冶金工业部安全环保研究所研制的MC和MPS复合型抑尘剂，北京市劳动保护科学研究所研制的由氯化镁和氯化钙添加凝并剂和保湿剂组成的CDR抑尘剂等。

3、结语通过以上的研究与总结，可得出以下结论：（1）洒水除尘不是高效节约的防尘方法。事实证明，只单纯计算经济账而不考虑环境效益和经济效益是不科学、不客观的。

（2）湿润型化学抑尘剂对疏水性粉尘的防治起到良好的效果，尤其在煤矿的防尘工作中得到广泛应用。但是，存在着功能比较单一，有效抑尘时间相对较短等缺点。

（3）CaCl2、MgCl2等卤化物在露天矿山路面防尘领域中发挥了巨大的作用。为了防止其腐蚀性，一些研究人员已经尝试在卤化物中添加碱性氧化物)CaO、MgO和Na2SiO3来中和其水解后所呈弱酸性，并能达到固土的效果。该方法值得借鉴。

（4）以油类产品和造纸、酒精工业的废液、废渣等为原料的黏结型化学抑尘剂已在国内外得到广泛的应用，并取得良好的抑尘效果。这种变废为宝的做法是一种很好的途径，但必须因地制宜使用，并防止环境污染。

（5）超强吸水剂已在路面防尘领域里得到初步应用。主要缺陷是成本较高，制备工艺复杂。但是，随着高分子化学材料的快速发展，相信能为其推广应用创造条件。

（6）抑尘效果好、适用范围广的复合型化学抑尘剂的研究工作刚刚起步。随着精细化工技术的发展，能为多功能复合型抑尘剂的研制提供更多可供选择的原料，而寻求一种成本低廉、抑尘效率高、操作简单、无环境负效应的抑尘剂是未来世界抑尘剂研究领域的主要方向。

文章出处http://www.dustcontrol.cn/lw_details_49.html