Растворимость пыли. Электрические свойства пыли
Добавил пользователь Дмитрий К. Обновлено: 06.11.2024
Надежность и эффективность работы систем пылеочистки в значительной степени зависят от физико-химических свойств улавливаемой пыли.
Рассмотрим основные свойства взвешенных частиц.
Плотность частиц. Различают истинную d, насыпную Δ и кажущуюся δ плотности.
Насыпная плотность - плотность порошкообразного материала в рыхлонасыпанном состоянии. При слёживании насыпная плотность возрастает в 1,5 раза.
Кажущаяся плотность - масса частицы, отнесенная к занимаемому ею объему, включая поры, пустоты и неровности. Гладкие монолитные, как и первичные частицы имеют кажущуюся плотность, совпадающую с истинной.
Истинная плотность - плотность частиц, не имеющих пор. Снижение кажущейся плотности по отношению к истинной наблюдается у пылей, склонных к коагуляции или спеканию первичных частиц, например, у сажи, оксидов металлов и пр.
Дисперсность частиц. Методы улавливания пыли зависят от ее дисперсности, т. е. количественного распределения частиц пыли по размерам. В зависимости от размера частиц пыль подразделяется на несколько видов - макроскопическая - более 10 мкм; микроскопическая 0,25-10 мкм; ультрамикроскопическая 0,01-0,25 мкм; субмикроскопическая - менее 0,01 мкм.
Частицы пыли имеют различные размеры, т.е. полидисперсны. Кроме того, имеют различную форму. В процессе коагуляции первичные частицы пыли объединяются в агломераты, т.е. укрупняются. Поэтому в технике газоочистки для дисперсного анализа пыли введены понятия стоксовского или седиментационного, аэродинамического и медианного диаметров.
Стоксовский или седиментационный диаметр - это диаметр сферической частицы, имеющей такую же скорость осаждения, как и данная несферическая частица или агрегат.
Аэродинамический диаметр - диаметр сферы, скорость осаждения которой соответствует скорости осаждения частицы плотностью 1000 кг/м 3 .
Медианный диаметр или медиана распределения δ50 соответствует такому диаметру, по которому масса всех частиц делится на две равные части. Масса всех частиц, диаметр которых < δ50, составляет 50% от общей массы частиц. Медианный диаметр находят с помощью интегральной кривой распределения.
Существует классификационная номограмма пыли по дисперсности. Для определения классификационной группы заданной пыли наносят на номограмму точки, соответствующие содержанию каждой фракции пыли. Положение образованной линии в той или иной зоне номограммы указывает на принадлежность заданной пыли к соответствующей классификационной группе (рисунок 1) .
Рисунок 1. Номограмма пыли по дисперсности
Адгезионные свойства частиц определяют их склонность к слипаемости. Повышенная слипаемость частиц может привести к забиванию пылеулавливающих аппаратов. Чем меньше размер частиц, тем легче они прилипают к поверхности аппарата. По степени слипаемости пыль ориентировочно разделена на 4 группы: неслипающаяся, слабослипающаяся, среднеслипающаяся, сильнослипающаяся.
Со слипаемостью тесно связана другая характеристика пыли - ее сыпучесть. Сыпучесть оценивается по углу естественного откоса, который принимает пыль в свеженасыпанном состоянии. Определяет характер движения пыли в бункерах.
Абразивность пыли характеризует интенсивность износа металла при одинаковых скоростях газов и концентрациях пыли. Она зависит от твердости, формы, размера и плотности частиц.
Смачиваемость частиц водой оказывает определенное влияние на эффективность мокрых пылеуловителей. Гладкие частицы смачиваются лучше, чем частицы с неровной поверхностью, т.к. последние в большей степени оказываются покрытыми абсорбированной газовой оболочкой, затрудняющей смачивание.
Гигроскопичность и растворимость частиц способствуют их улавливанию в аппаратах мокрого типа. Определяются химическим составом частиц, их размером, формой и степенью шероховатости.
Удельное электрическое сопротивление слоя пыли (УЭС) зависит от свойств отдельных частиц, а также от структуры слоя и параметров газового потока. Оно оказывает существенное влияние на работу электрофильтров.
Электрическая заряженность частиц (ЭЗЧ) зависит от способа их образования, химического состава, а также свойств веществ, с которыми они соприкасаются. ЭЗЧ оказывает влияние на поведение частиц в газоходах и эффективность улавливания в ГОУ (газоочистной установке). ЭЗЧ влияет на взры-воопасность и адгезионные свойства частиц. Например, в бункерах электрофильтров свежеуловленная пыль, сохраняя заряд, имеет угол естественного откоса примерно около 0 о С, т.е. ведет себя почти как жидкость. Через несколько часов, с потерей заряда угол возрастает до 50 о С, а иногда до 90 о С.
Способность пыли к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом.
Горючая смесь вследствие сильно развитой поверхности контакта частиц с кислородом способна к самовозгоранию и образованию взрывчатых смесей с воздухом. Интенсивность взрыва пыли зависит от ее химических и термических свойств, от размеров и формы частиц, их концентрации в воздухе, от влагосодержания и состава газов, размеров и температуры источника воспламенения и от относительного содержания инертной пыли. При повышении температуры воспламенение иногда происходит самопроизвольно. Способностью к воспламенению обладают некоторые пыли органических веществ, образующиеся при переработке зерна, красителей, пластмасс, волокон, а также пыли металлов (магния, алюминия, цинка).
Минимальные взрывоопасные концентрации взвешенной в воздухе пыли – 20-500 г/м 3 , максимальные - 700-800 г/м 3 . Чем больше содержание кислорода в газовой смеси, тем вероятнее взрыв, при содержании кислорода менее 16% пылевое облако не взрывается.
ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЫЛИ
Пыль характеризуется совокупностью свойств, определяющих поведение ее в воздухе, превращения ее в организме, действие на организм. Из различных свойств промышленной пыли наибольшее значение имеют химический состав, растворимость, дисперсность, взрывоопасность, форма, электрозаряженность, радиоактивность.
Химический состав пыли. В зависимости от состава пыль может оказывать на организм фиборгенное, раздражающее, токсическое, аллергенное действие. Первостепенное значение для развития пылевых заболеваний легких имеет минералогический состав пыли, особенно содержание в пыли диоксида кремния.
Фиброгенные свойства кремния зависят от структуры кристаллической решетки: наиболее агрессивными являются получаемые в результате нагрева, конденсации и перекристаллизации двуокиси кремния - тридимит, кристобалит. Меньшей, но достаточно высокой фиброгенностью обладает кристаллический кремнезем. Аморфный диоксид кремния с разрушенной кристаллической решеткой менее фиброгенен.
Химическая активность зависит от общей площади поверхности пылинок. Обожженные продукты - керамзит, вермикулит, перлит и др. благодаря увеличенной общей поверхности обладают более выраженным фиброгенным действием на легочную ткань, чем сырые, идущие на их изготовление. Иногда незначительная примесь какого-либо химического агрессивного соединения изменяет направленность и силу действия пыли. Например, наличие шестивалентного хрома в цементах до 0,001% усиливает аллергенные свойства пыли.
Растворимость пыли, зависящая от ее химического состава, имеет определенное гигиеническое значение. Некоторые пыли, например сахарная, быстро растворяясь в организме, не оказывают на него вредного действия. Нерастворимая, в частности, волокнистая пыль надолго задерживается в воздухоносных путях, нередко приводя к развитию патологического состояния. Хорошая растворимость токсических пылей способствует быстрому развитию явлений отравления.
Вредное действие пыли зависит от степени отклонения ее рН реакции от рН слизистой оболочки дыхательных путей, которая колеблется от 6,8 до 7,4. Изменения реакции в ту или другую сторону оказывает неблагоприятное действие на работу мерцательного эпителия, затрудняя процессы элиминации.
Дисперсность пыли. Как система, состоящая из частиц, взвешенных в газе, аэрозоли характеризуются степенью дисперсности, т. е. размером частиц дисперсной фазы. Дисперсность производственной пыли имеет большое гигиеническое значение, так как от размера пылевых частиц, их удельного веса и формы зависит длительность пребывания пыли в воздухе и характер воздействия на органы дыхания.
В зависимости от дисперсности различают видимую, пыль размером более 10 мкм, микроскопическую - размером от 0,25 до 10 мкм, ультрамикроскопическую - менее 0,25 мкм.
Дисперсность аэрозолей определяет скорость оседания частиц во внешней среде. Мельчайшие частицы размером 0,01 - 0,1 мкм могут находиться в воздухе длительное время в состоянии броуновского движения. Более крупные оседают из воздуха со скоростью, обусловленной их размером и удельным весом. Скорость оседания крупных частиц определяется законом Ньютона (с ускорением силы тяжести.), мелких - от 0,1 до 100 мкм законом Стокса ( с ускорением свободного падения).
В производственных условиях вследствие конвекционных токов, работы машин, вентиляционных установок воздух находится в подвижном состоянии, что мешает выпадению мельчайших частиц.
Размеры аэрозолей дезинтеграции зависят от твердости исходного вещества. Чем тверже вещество, подлежащее дезинтеграции, тем выше степень дисперсности и больше частиц в единице объема аэрозолей. Аэрозоли дезинтеграции малого диаметра и пылинки волокнистой формы быстрее укрупняются при наличии в воздухе водяных аэрозолей.
Аэрозоли конденсации образующиеся при металлургических процессах, при выплавке ферросплавов, конверторном переделе чугуна, выплавке стали легче подвергаются флоккуляции и оседанию конгломератов, чем аэрозоли дезинтеграции. Почти все частицы пыли окиси магния состоят из конгломератов, в то время как частицы кварцевой пыли даже мельчайших размеров конгломератов почти не образуют. Увлажнение воздуха путем распыления влаги способствует флоккуляции. В закрытых помещениях со временем происходит полное выпадение частиц.
Производственная пыль, как правило, полидисперсная, т. е. в воздухе встречаются одновременно пылевые частицы различных размеров. В любом образце пыли обычно число мелких пылевых частиц больше, чем крупных. В большинстве случаев до 60 - 80% частиц пыли имеют диаметр до 2 мкм, 10 - 20% - от 2 до 5 мкм и до 10% - свыше 10 мкм. Однако общий вес пылевых частиц от 2 мкм весьма незначителен и, как правило, не превышает 1 - 3% веса всего образца пыли. От степени дисперсности зависит общий процент задержки пылевых частиц в органах дыхания, а также уровень, на котором они оседают в дыхательных путях.
В легкие при дыхании проникает пыль, размером от 0,2 до 5 мкм. Более крупные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях.
По мере уменьшения размеров частиц возрастает степень задержки их в глубоких отделах легких. Выведение пыли также зависит от размеров частиц. Крупные частицы удаляются из организма под влиянием мерцательных движений ресничек и слизи.
Дисперсность частиц имеет значение не только для элиминации пыли из легких. От величины частиц зависит, степень фиброгенного действия пыли. С повышением дисперсности степень биологической агрессивности пыли увеличивается до определенного проделала, а затем уменьшается. Наибольшей фиброгенной активностью обладают аэрозоли дезинтеграции с размером пылинок от 1 – 2 до 5 мкм и аэрозоли конденсации с частицами менее 0,3 – 0,4 мкм. В этиологии пылевых бронхитов наименее активны пылевые частицы свыше 5 мкм. Уменьшение фиброгенности аэрозоля конденсации двуокиси кремния с размером частиц 0,05 мкм и менее объясняется тем, что скорость выведения его из легких опережает темпы проявления цитотоксичности.
Исследованиями Е. В. Хухриной показано, что степень фиброгенной опасности пыли зависит от ее массы, поступившей в организм, и от дисперсности. При неодинаковой массе пыли и различной дисперсности наиболее опасна пыль с преобладанием пылевых частиц размером 1 – 2 мкм.
По-видимому, большая площадь соприкосновения мелких пылевых частиц с тканью легкого и большие их количества обусловливают более выраженную ответную реакцию организма.
С повышением дисперсности пыли увеличивается поверхность частиц (отношение поверхности частиц к их массе), повышается ее химическая активность и сорбционная способность. Пылевые частицы сорбируют своей поверхностью газы, пары, радиоактивные вещества, ионы, свободные радикалы и др. Так, пыль доменного газа сорбирует оксид углерода, угольная пыль – молекулы газов СО2, СО, метана. Вдыxaниe с пылью токсических веществ усиливает вредное действие пыли. Действие пыли на организм усиливается благодаря адсорбции на ней свободных радикалов, обладающих способностью к цепным реакциям и весьма высокой химической активностью. Свободные радикалы образуются при процессах горения, под действием радиоактивных излучений и в результате фотохимического действия света. Пылинки сорбируют из воздуха ионы, что уменьшает отрицательную ионизацию воздуха.
Важным свойством некоторых пылей является их воспламеняемость и взрывоопасность. Пылевые частицы, сорбируя кислород воздуха, становятся легко воспламеняющимися при наличии источников огня. Известны взрывы каменноугольной, пробковой, сахарной, мучной пыли. Способностью взрываться и воспламеняться при наличии открытого огня обладают также крахмальная, сажевая, алюминиевая, цинковая и некоторые другие виды пылей. Для того чтобы произошел взрыв и воспламенение, требуется образование пылевого облака достаточной концентрации и наличие открытого источника огня. Образование пылевого облака может происходить постепенно в результате накопления пыли в воздухе из источника образования пыли и поднятия осевшей пыли. В связи с этим на объектах, где возможно образование взрывоопасной и воспламеняющейся пыли, необходимо следить за своевременным удалением ее с оборудования, ограждений, пола, перекрытий и т. д. Для различных пылей взрывоопасная концентрация вещества неодинакова. Для пыли крахмальной, алюминиевой и серной минимальной взрывоопасной концентрацией является 7 г/м 3 воздуха, для сахарной - 10,3 г/м 3 .
Значительные концентрации пыли снижают видимость вследствие поглощения светового потока плотными частицами и рассеяния света.
Форма пылинок влияет на поведение в воздухе, при этом частицы неправильной формы (аэрозоли дезинтеграции) способны более длительное время сохраняться в воздухе.
Аэрозоли конденсации металлов со значительным удельным весом, имеющие форму, близкую к шару или кубу, легко оседают из воздуха, если размер их (по диаметру или стороне) превышает 5 – 10 мкм. Частицы круглой формы не только быстрее оседают, но и легче проникают в легочную ткань. От размеров формы частиц зависит реакция организма, например возникновение литейной лихорадки в производстве цинка. Частицы пыли угля продолговатой формы дольше удерживаются в воздухе, даже если размер их равен 20 мкм. Пылевые частицы слюды, имеющие пластинчатую форму, и пыль стеклянного волокна, имеющая игольчатую форму, могут длительно витать в воздухе, даже если размер их равен 50 мкм и более. Нитевидные частицы асбеста, хлопка, пеньки и др. практически не оседают из воздуха, даже если длина их превышает сотни и тысячи микрон. Пыль хлопка, льна, асбеста, слюды, угля раздражает слизистые оболочки верхних дыхательных путей; волокнистые пыли плохо фагоцитируются. Игольчатая пыль стекловолокна раздражает кожу, вызывает зуд. Форма и консистенция теряют свое значение при высокой дисперсности пыли. Примеры форм частиц пыли различного происхождения показаны на рис. 12.
| Рис. 12. Форма пылевых частиц. а - кварцевая пыль (электронная микроскопия); б - электросварочная (электронная микроскопия); в - асбестовая пыль (световая микроскопия). |
Твердость частиц пыли не имеет большого значения в развитии патологии. Об этом свидетельствует факт, что пыль корунда и карборунда - более твердых веществ, чем многие минералы, не так вредна, как пыль кварца, вещества менее твердого.
Электрозаряженность пыли. Одним из важнейших свойств аэрозоля является наличие на частицах дисперсной фазы электрических зарядов. Пылевые частицы, поступающие в воздушную среду при различных технологических процессах, несут на себе электрический заряд. Частицы приобретают заряд в результате трения вещества с поверхностью частей машин (например, в вальцовых мельницах), трения и соударения их друг с другом или абсорбцией ионов атмосферы. Заряд пыли может быть различным и в значительной мере зависит от химической природы вещества. Отрицательными зарядами отличаются металлическая пыль и основные окислы, положительными зарядами – неметаллическая пыль и кислотные окислы. Заряженность оказывает влияние на поведение частиц, время нахождения пыли в воздухе и ее осаждение. Разноименный заряд пылевых частиц способствует быстрой конгломерации и оседанию их из воздуха. Одноименный заряд обусловливает большую стабильность аэрозоля. Существует мнение, что частицы пыли, несущие на себе заряд, задерживаются в органах дыхания в большом количестве, чем нейтральные пылевые частицы, при этом степень задержки пыли в дыхательных путях может достигать 70 %. Фагоцитоз более активен при электроотрицательной пыли. Аэрозоли дезинтеграции имеют большую величину заряда, чем аэрозоли конденсации.
Пыль может быть носителем микробов, грибов, клещей, яиц гельминтов. Описаны легочные формы сибирской язвы у рабочих, вдыхающих пыль шерсти.
В подготовительных цехах льнопрядильных фабрик обнаружено в 1 м 2 воздуха около 37 тыс. бактерий и 10 тыс. грибков.
Радиоактивная пыль - аэродисперсная система, состоящая из газообразной дисперсной среды и твердой дисперсной фазы, обладающей радиоактивностью.
По происхождению радиоактивные аэрозоли делятся на естественные и искусственные. При добыче урановых и ториевых руд, а также некоторых нерадиоактивных ископаемых (свинец, уголь, фосфатные удобрения), имеющих примеси урана в месторождения, дочерние радионуклиды урана и тория вместе с рудничной пылью образуют естественные радиоактивные аэрозоли размером 0,001 - 10 мкм.
Искусственные радиоактивные аэрозоли образуются в результате ядерных взрывов, при технологических или аварийных выбросах предприятий атомной промышленности, различных процессах по обработке твердых или жидких радиоактивных материалов, работе ядерных реакторов, ускорителей заряженных частиц. При вдыхании с воздухом радиоактивных пылевых частиц основная опасность для человека обусловливается показателями, свойственными для обычных аэрозолей, и физико-химическими свойствами радиоактивных изотопов (смываемость, растворимость).
Попадая на кожные покровы, радиоактивные аэрозоли могут вызвать лучевые ожоги. Трудно растворимые радиоактивные изотопы длительно задерживаются в легких и лимфатических узлах, облучая их ткани; легкорастворимые абсорбируются в кровь и становятся источником внутреннего облучения других тканей. Скорость выведения радиоактивных аэрозолей из организма различна, быстрее выделяются хорошо растворимые вещества. Особенно опасны попавшие в организм долгоживущие изотопы, которые в течение всей жизни пострадавшего могут быть источником ионизирующего излучения.
Растворимость пыли. Электрические свойства пыли
Раздробление вещества и связанное с этим увеличение поверхности вызывают резкое повышение скорости растворения. По данным С. С. Шановской, с уменьшением размера частиц кварца от 75 до 5 u повышается содержание его в щелочном растворе с 2,3 до 6,7%. Дальнейшее измельчение частиц кварца приводит к еще более резкому повышению растворимости. Увеличение растворимости токсических пылей сопровождается усилением их вредного действия. Наоборот, чем легче растворяются нетоксические пыли, тем меньший вред наносят они организму.
Адсорбция взвешенными в воздухе пылевыми частицами газовых молекул может оказать существенное влияние на устойчивость аэрозоля. Адсорбированные молекулы газа образуют вокруг пылевых частиц защитные пленки, препятствующие коагуляции частиц и тем самым способствуют устойчивости аэрозоля. Пыль обладает способностью адсорбировать из воздуха вредные газы, например окись углерода, окислы азота и др.
Электрические свойства пыли. Тонко диспергированные, взвешенные в воздухе частицы обычно несут на себе электрические заряды, которые они получают или в момент дезинтеграции твердого вещества, или за счет адсорбции ионов из воздушной среды. Приобретение пылевыми частицами заряда может произойти также в результате взаимного трения частиц в пылевом потоке.
Электрозаряженность оказывает существенное влияние на поведение пылевых частиц в воздушной атмосфере. Пылевые частицы, несущие на себе заряды противоположных знаков, могут коагулировать, укрупняться и тем самым быстрее выпадать из воздуха. Адсорбция пылинками ионов одинакового знака затрудняет слипание частиц. Величина получаемых зарядов зависит от размеров и массы частиц.
Установлено, что электризация возрастает с повышением температуры и падает с повышением влажности. По данным П. Н. Торского, свежая пыль, образующаяся в забое, электризуется лучше, чем пыль в исходящей струе в вентиляционных штреках.
До недавнего времени полагали, что знак получаемого заряда определяется химическим составом пыли, что неметаллическая пыль и кислотные окислы, например SiО2, HC2О3, чаще всего должны заряжаться положительно, металлическая пыль и основные окислы — отрицательно. Исследования Ленинградского института охраны труда ВЦСПС и Украинского института гигиены труда и профзаболеваний не подтвердили этого предположения.
По данным этих институтов, исследованная ими пыль несла заряды обоих знаков. Указанное положение хорошо иллюстрируется данными А. И. Косенко и Е. С. Белкина о процентном содержании в различных аэрозолях нейтральных и заряженных частиц.
Зараженность пылевых частиц оказывает влияние на задержку их организмом. Работами Ленинградского института гигиены труда и профессиональных болезней и Ленинградского института охраны труда ВЦСПС доказано, что частицы, несущие заряд, лучше задерживаются организмом, а следовательно, при прочих равных условиях могут обладать большей агрессивностью в отношении организма.
Электрические свойства пыли
Электрические свойства оказывают значительное влияние на поведение пылевых частиц. Электрические силы во многом определяют процесс коагуляции, устойчивость пылевых агрегатов, взрывоопасность пыли, ее воздействие на живые организмы.
Электрические свойства пыли должны быть учтены при решении вопросов, связанных с очисткой газов (воздуха) от пыли, в первую очередь, с работой электрофильтров. Данные об электрических свойствах улавливаемой пыли могут быть использованы для оптимизации работы электрофильтров, эффективность и устойчивость которых непосредственно зависит от этих свойств. С их учетом при необходимости осуществляется предварительная подготовка (кондиционирование) газов перед очисткой в электрофильтре.
Остановимся на основных электрических свойствах пыли - на удельном электрическом сопротивлении и электрическом заряде пыли.
Удельное электрическое сопротивление (УЭС) характеризует электрическую проводимость слоя пыли. УЭС равно сопротивлению прохождения электрического тока через куб пыли со стороной, равной 1 м; Ом*м.
По значению УЭС пыль можно разделить на три группы:
со средней проводимостью 10 2 – 10 8…9 Ом•м
высокоомная > 10 8…9 Ом•м
Электрическое сопротивление пыли обусловлено поверхностной и объемной проводимостью. Поверхностный слой пылинок по своим электрическим свойствам отличается от основной массы вследствие того, что на поверхности адсорбируются влага и газы.
Объемная (внутренняя) проводимость определяется проводимостью материала частицы. Она возрастает с повышением температуры в результате повышения энергии электронов.
На рис. 1. дана зависимость электрического сопротивления слоя пыли от температуры. При комнатной температуре пыль адсорбирует из воздуха влагу. Поверхностная проводимость повышается, сопротивление понижается. По мере повышения температуры происходит испарение влаги и сопротивление возрастает. Затем, при дальнейшем повышении температуры до 90 - 180°С, благодаря тепловому возбуждению электронов вещества, происходит уменьшение сопротивления. Рассматриваемая кривая отражает два вида электропроводимости - поверхностную и объемную. Таким образом, зная зависимость между температурой и сопротивлением, можно в определенных пределах воздействовать на проводимость пыли.
УЭС пыли зависит также от химического состава, размера и упаковки частиц.
Электрический заряд пыли.Пылевая, как и другая аэрозольная частица, может иметь один или несколько электрических зарядов или быть нейтральной. Аэрозольная система может иметь в своем составе частицы, заряженные положительно, отрицательно, нейтральные. Соотношение этих частиц определяет суммарный заряд системы.
Пылевые частицы получают электрический заряд как в процессе образования, так и после образования, находясь во взвешенном состоянии, в результате взрыва, диспергирования, взаимного трения, трения о воздух, а также вследствие адсорбции ионов при ионизации среды. Последний способ электризации является основным для взвешенных частиц.
Электрическое состояние аэрозольной системы не остается постоянным во времени. В результате взаимодействия друг с другом и с окружающей средой взвешенные частицы получают заряд, отдают его, нейтрализуются.
Электрические свойства пыли оказывают определенное воздействие на устойчивость аэрозоля, а также на характер воздействия пылевых частиц на живой организм.
По данным некоторых гигиенистов, пылевые частицы, имеющие электрический заряд, в два раза интенсивнее задерживаются в дыхательных путях, чем нейтральные.
Обычно неметаллические частицы заряжаются положительно, а металлические - отрицательно.
Взвешенные частицы ряда аэрозолей несут электрические заряды следующего знака:
Вещества, заряженные Вещества, заряженные
положительно отрицательно
Мелкие частицы почвы Кварцевый песок
Песок Окись железа
Сера Окись магния
Уголь Окись цинка
Хлорид натрия Цинк
Частицы, имеющие одноименные заряды, при взаимодействии отталкиваются, разноименные - притягиваются.
Взаимодействие двух тел, размерами которых можно пренебречь, описывается законом Кулона.
При высокой концентрации частиц во взвешивающей среде кулоновские силы способствуют процессам коагуляции.
Таким образом, состояние невозмущенного аэрозоля характеризуется процессами и явлениями, происходящими в нем как в замкнутой (изолированной) системе.
Взрываемость пыли. Количество пыли в воздухе промышленных предприятий
Практически особо важное значение имеет электрический заряд, который может получить пыль в результате трения о твердую поверхность, например между частицами измельчаемого тела и частями машин в вальцовых мельницах. Если аппараты не заземлены, они также получают электрический заряд, что наряду с вылетающей заряженной электричеством мелкой пылью создаст благоприятные условия для возникновения опасного по своим последствиям разряда. От искры при разряде горючая пыль может воспламениться. Воспламенение и взрывание, т. е. быстрое, почти мгновенное сгорание, в производственных условиях многих видов пылей давно известны.
Описаны многочисленные случаи воспламенения и взрывов пыли угольной, сахарной, мучной, крахмальной, пыли зерна, сажи, декстрина, пробки и даже алюминия и цинка.
Чтобы произошел взрыв, необходимы два условия: образование пылевого облака достаточной концентрации и наличие источника тепла с достаточно высокой температурой. Пылевое облако с содержанием в нем пыли в концентрации, необходимой для взрыва, может образоваться либо постепенно, например при постоянном просачивании пыли в окружающий воздух из мельничной установки, либо сразу, например при падении пыли с балки, трубопровода или при вздувании ее с пола.
Минимальные концентрации, при которых пыль может взрываться, различны: для разных пород угля они находятся в пределах 30—40 г, для пыли крахмала, алюминия и серы составляют 7 г, сахара —10,3 г на 1 м3 воздуха. Максимальные взрывоопасные концентрации могут быть значительно больше и составляют, например, для угля 1500—2000 г на 1 м3 воздуха. При более высоком содержании пыли уже не происходит взрыва, так как имеющегося в воздухе кислорода недостаточно для быстрого сгорания.
Что касается источника тепла, то практика показала, что воспламенение пылевого облака может быть вызвано открытым огнем, даже зажженной спичкой, перегреванием пыли, искрами, вольтовой дугой и электрическими разрядами.
Количество пыли в воздухе промышленных предприятий
Основными источниками пылеобразования в условиях производства являются процессы измельчения твердых веществ, операции, связанные с перемещением и распределением пылящих материалов, операции по обработке и отделке поверхностей изделий. Значительная запыленность воздуха наблюдается у дробилок и мельниц, транспортеров, шнеков, у точильных, шлифовальных, полировочных и обдирочных станков, у пескоструйных аппаратов, очистных барабанов, при развеске, фасовке, насыпке и разгрузке пылящих материалов. В горнорудной промышленности основным источником пылеобразования являются буровые и взрывные работы, в угольной промышленности — работа комбайнов, врубовых, погрузочных и других машин.
Запыление воздуха рабочей зоны не является неизбежным следствием наличия источников пылеобразования: в громадной степени оно зависит от организации трудовых процессов, их механизации, состояния оборудования, его герметизации, состояния вентиляционных установок, влажного или сухого способа работы, качества уборки рабочих помещений и т. п.
На наших рудниках и в шахтах, на фабриках и заводах в течение последних лет в связи с проведением радикальных мероприятий по оздоровлению условий труда наблюдается резкое снижение запыленности воздуха. В таблице приведены некоторые данные о концентрации пыли при различных процессах, связанных со значительным пылеобразованием, в весовых показателях.
Следует указать, что запыленность воздуха оценивается и числом пылевых частиц в единице объема (1 см3). Этот метод особенно большое распространение получил в ряде зарубежных стран.
В сборочно-сварочных цехах различных отраслей промышленности основным источником пылеобразования является электросварка, при которой в воздух производственных помещений поступают не только окисные соединения металлов (окислы железа, марганца, титана и др.), но и газы.
Читайте также: