1、超細(xì)粉體概述
    超細(xì)粉體技術(shù)是從20世紀(jì)70年代逐漸發(fā)展起來的，并成為各國(guó)研究重點(diǎn)的一門新技術(shù)。對(duì)超細(xì)粉體至今尚無嚴(yán)格的統(tǒng)一定義。目前國(guó)外對(duì)粒徑小于3um的粉體稱為超細(xì)粉體，而國(guó)內(nèi)通常定義粒徑100%小于30Um的粉體為超細(xì)粉體。超細(xì)粉體通常又分為微米級(jí)、亞微米級(jí)及納米級(jí)粉體。通常粒徑大于1um的粉體稱為微米材料；粒徑小于1um大于0.1um的粉體稱為亞微米材料；粒徑處于0.001～0.1um粉體稱為納米材料。超細(xì)粉體由于粒度細(xì)、質(zhì)量均勻而具有比表面積大、表面活性高、化學(xué)反應(yīng)速度快、溶解速度快以及獨(dú)特的電性、磁性、光學(xué)性，因而廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、化工、醫(yī)藥和生物工程等方面。例如，涂料中添加超細(xì)粉體，特別是納米級(jí)粉體后，由于表面活性提高和界面特性改善，而使粘附力、均勻性及表面光澤等性能都大為提高。     超細(xì)粉體常用生產(chǎn)設(shè)備有氣流式粉碎機(jī)、高速旋轉(zhuǎn)撞擊式粉碎機(jī)和攪拌研磨機(jī)等。這些常用的超細(xì)粉碎設(shè)備的性能如表1所示。
2、超音速氣流粉碎機(jī)的工作原理及安全問題
    目前使用超音速氣流粉碎機(jī)來生產(chǎn)超細(xì)粉體是一種常用的方式，但使用過程存在著許多安全問題，還沒有引起足夠的重視，不利于操作人員的人身健康與安全。因此，有必要了解其工作原理，找出安全隱患，深入開展安全防護(hù)和管理工作。
    超音速氣流粉碎機(jī)的工作原理：通過安裝在粉碎室周圍的超音速噴嘴，利用壓縮空氣的壓力能，在粉碎室內(nèi)形成高速氣流軌跡，這種超音速噴射氣流，使粉料受到撞擊、剪切、壓縮等力的作用，粉體互相間產(chǎn)生激烈摩擦，當(dāng)外應(yīng)力大于粒子本身的內(nèi)應(yīng)力時(shí)，就能達(dá)到粉碎的目的。在粉碎室內(nèi)還由于離心力的作用，能達(dá)到粉體分級(jí)的作用。根據(jù)超音速氣流粉碎機(jī)碎樣的工作原理和實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)碎樣過程中涉及到的主要安全性問題是粉塵危害，另外還包括靜電和電氣、通風(fēng)和噪音等安全問題。本文側(cè)重于探討粉塵的安全性問題。
2.1  超細(xì)粉體的危害
    從石英試樣粉碎的粒徑分布圖（圖1和圖2）可以看出，超音速氣流粉碎機(jī)的粉碎極限在0.5um左右，這與有關(guān)資料顯示的結(jié)果基本相似3I。其原因?yàn)椋悍鬯檫^程是粉體顆粒在外力作用下內(nèi)部缺陷擴(kuò)展的結(jié)果。在粉碎的開始階段，顆粒內(nèi)部原有的微裂紋在應(yīng)力作用下擴(kuò)展，裂紋尺寸較大，所需臨界應(yīng)力較小，粉碎效果最為明顯。隨著粉碎過程的進(jìn)行，粉體顆粒越來越細(xì)，顆粒內(nèi)部的裂紋或結(jié)構(gòu)缺陷越來越小，促使裂紋擴(kuò)展所需的應(yīng)力越來越大，粉碎難度增加，粉碎效率降低，顆粒細(xì)化趨勢(shì)從而達(dá)到極限。
    這些超細(xì)粉塵粒度大小、濃度多少不同，在呼吸系統(tǒng)各部位沉積的速度、部位也各不相同。一般直徑在100um以上的塵粒很快在空氣中沉降，無害于人體健康。10um以上的塵粒被阻留于呼吸道之外，5um～10um的塵粒通過鼻腔、氣管、上呼吸道時(shí)，大部分被這些氣管的汗毛和分泌粘液所阻留．經(jīng)咳嗽、噴嚏等保護(hù)性反射而排出。小于5um的塵粒則會(huì)深入和滯留在肺泡中（部分0.4um以下的粉塵可以在呼氣時(shí)排出）。粉塵越細(xì)，在空氣中停留的時(shí)間越長(zhǎng)，被吸入的機(jī)會(huì)就越多。粉塵越細(xì)，其表面積越大，在人體內(nèi)的化學(xué)活動(dòng)越強(qiáng)，對(duì)肺的纖維化作用越明顯。同時(shí)，細(xì)微粉塵具有很強(qiáng)的吸附能力，在粉塵周圍若有有害氣體、液體和金屬元素，則都能吸附在微細(xì)粉塵上而被帶入肺部，從而促進(jìn)急性或慢性疾病的發(fā)生。從圖1和圖2還可以看出，超音速氣流粉碎機(jī)碎樣所得的粉塵粒徑在5um以下基本上為100%，而5um以下的粉塵對(duì)人體的危害最大，因此，使用超音速氣流粉碎機(jī)碎樣，操作者患?jí)m肺職業(yè)病的幾率會(huì)明顯增加。
    其次，粉塵大規(guī)模地散布于空氣中形成粉塵云后，還有可能發(fā)生粉塵爆炸。因?yàn)�，超音速氣流粉碎機(jī)碎樣過程中未捕獲的粉塵粒子具有合適的粒徑和分布狀態(tài)，一般粒徑小于5um，在空氣中的分散穩(wěn)定性好，極易達(dá)到爆炸極限。如果在這些粒子周圍有足夠助燃空氣，并具備其最小點(diǎn)火能，那么就容易發(fā)生粉塵爆炸。而且，由局部粉塵云爆炸產(chǎn)生的沖擊波使大量的沉積粉塵飛揚(yáng)并與空氣混合，還有可能形成二次爆炸。由于粉塵爆炸具有能量大，破壞嚴(yán)重，爆發(fā)時(shí)間短，容易引起不完全燃燒，產(chǎn)生大量一氧化碳?xì)怏w使人員中毒。因此，粉塵爆炸的后果也是極其嚴(yán)重的。
2.2如何治理超細(xì)粉塵
    根據(jù)安全系統(tǒng)工程的理論，應(yīng)該從人機(jī)環(huán)境  管理各個(gè)角度進(jìn)行綜合治理。首先從物上考慮，要選擇合適的過濾除塵設(shè)備，其次要采取合適的防護(hù)措施，同時(shí)也要實(shí)施必要的管理措施，確保操作者的健康安全，堅(jiān)決避免事故的發(fā)生。
2.2.1  過濾除塵設(shè)備
    (1)除塵器的確定：在實(shí)際的操作過程中，使用普通的袋式除塵器帶來了這樣的問題：超細(xì)粉末進(jìn)入織物間隙，愈積愈多，最終將氣流通道堵住了大部分，導(dǎo)致管道內(nèi)氣壓太大，接頭處出現(xiàn)粉塵泄露或布袋脫落，而且在機(jī)械振打過程中，部分沉積在布袋上的超細(xì)粉體又通過布袋散布于空氣中。因此，必須對(duì)其進(jìn)行改善，或者采用更好的除塵器。針對(duì)超音速氣流粉碎機(jī)產(chǎn)生的呼吸性粉塵：采用泡沫除塵，添加潤(rùn)濕劑除塵，超聲霧化技術(shù)，復(fù)合濾料袋式除塵，折疊式除塵布袋，寬間距靜電除塵，除塵效果較好。但這些除塵器要么除塵技術(shù)不夠成熟，要么價(jià)格昂貴。而針對(duì)粉塵爆炸：宜采用濕法除塵，這樣可以減少產(chǎn)生過細(xì)的粉塵泄露．可以通過水蒸氣的掩蓋作用使氧濃度降低，還可以降低粉塵表面能，從而降低發(fā)生粉塵爆炸的概率。從價(jià)格上考慮，應(yīng)采用濕法除塵。從除塵的整體性能考慮應(yīng)采用組合除塵方式。綜合以上各方面，針對(duì)超音速氣流粉碎機(jī)設(shè)計(jì)出的除塵設(shè)備為：水浴式濕法除塵與普通濾袋除塵相結(jié)合的組合除塵器，富通新能源生產(chǎn)銷售秸稈粉碎機(jī)、秸稈顆粒機(jī)等機(jī)械設(shè)備。
    (2)原理：超音速氣流粉碎機(jī)碎樣過程中泄露的粉塵進(jìn)入裝有一定水位的水槽內(nèi)。水槽內(nèi)設(shè)有由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)的攪拌器。一方面，攪拌葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)將進(jìn)入的含塵氣體擊碎成小氣泡和水充分混和，使氣泡中的粉塵顆粒有更多機(jī)會(huì)碰撞到兩相界面而被水捕獲，從而達(dá)到除塵目的；另一方面，高速旋轉(zhuǎn)的葉片，在其中心形成負(fù)壓區(qū)，下層負(fù)壓區(qū)有利于含塵氣體順利進(jìn)入槽內(nèi)，上層負(fù)壓區(qū)促進(jìn)葉輪上部液體的上下循環(huán)，強(qiáng)化氣液混合除塵。而且經(jīng)水浴濕法除塵的粉塵氣流再通過普通濾袋層過濾，使氣流中的殘塵得到進(jìn)一步清除。
    (3)除塵器的除塵效率及阻力的影響因素有：①攜帶粉塵的氣流速度對(duì)除塵器效率和阻力影響很大。氣流速度太小，受到水體阻力小，粉塵氣流進(jìn)入水槽內(nèi)混合時(shí)間較長(zhǎng)，除塵器除塵效率較高，但周期太長(zhǎng)；氣流速度太大，氣流所受水體阻力較大，通過水體時(shí)間相對(duì)較短，除塵器除塵效率有所降低，但周期縮短；②玻璃攪拌器的轉(zhuǎn)速和葉片入水深度對(duì)除塵效率也有影響。轉(zhuǎn)速越大，除塵效率越高。葉片入水深度接近粉塵氣流入口時(shí)，除塵效率要高；⑧水位越深，除塵效率越高，但阻力也越大。因此，在水位深度的選擇上要根據(jù)粉塵氣流的風(fēng)量和風(fēng)壓來進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般，超音速氣流粉碎機(jī)碎樣提供給粉碎室的壓力為0. 8MPa左右，泄露處的粉塵氣流壓力尸至少達(dá)15%，即0. 12MPa。為了粉塵氣流能夠順利進(jìn)入除塵器中，水槽內(nèi)的水壓P,，以及大氣壓Po需要滿足關(guān)系式：Pl+P。<P，根據(jù)關(guān)系式可以大致計(jì)算出水位深度h需滿足條件為h<2m，因此，只要水位深度小于2m，粉塵氣流都能夠順利通過除塵器；④水槽的截面積越大，除塵效率會(huì)有所提高，但不如增加水深效果明顯。
2.2.2  防護(hù)措施
    呼吸性粉塵能夠較長(zhǎng)時(shí)間懸浮于作業(yè)環(huán)境空氣中，其粒徑越小，在空氣中的穩(wěn)定性越高，懸浮越持久，吸入的機(jī)會(huì)越多，長(zhǎng)期吸收易造成塵肺職業(yè)病。對(duì)呼吸性粉塵的防治除采用除塵設(shè)備除塵外，個(gè)體防護(hù)也同樣重要�；�于經(jīng)濟(jì)等方面的原因，國(guó)內(nèi)個(gè)體防護(hù)措施主要是佩帶口罩�？谡值暮诵氖菫V料，呼吸性粉塵通過濾料時(shí)，主要是通過擴(kuò)散及慣性沉降而被阻檔和粘附。具體過程為：微小的塵粒由于受到空氣分子的撞擊，作不規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，塵粒越小，擴(kuò)散移動(dòng)距離越大，就有可能離開氣流方向，達(dá)到纖維表面而被阻檔住；塵粒通過濾料時(shí)，要經(jīng)過許多彎曲的孔道，因慣性作用所產(chǎn)生的離心力而與孔壁相遇被粘附；在微粒繞過纖維的過程中接近纖維時(shí)，纖維與粒子發(fā)生接觸效應(yīng)而沉積在纖維上。實(shí)際上，呼吸性粉塵通過口罩的濾料時(shí)，是上述效應(yīng)綜合作用的結(jié)果。
    因此，在口罩選擇上要符合人機(jī)工程學(xué)的原理，除了選擇本身無毒無味并具有一定的抗拉強(qiáng)度等性能外，還要著重考慮其阻塵效率和呼吸阻力，以及重量、型號(hào)，是否便于適當(dāng)拆卸更換濾料等因素。
    粉塵爆炸的防護(hù)方法包括隔離、泄爆和抑制，其中主要是根據(jù)發(fā)生粉塵爆炸必備條件進(jìn)行抑制，例如嚴(yán)禁火源、控制各種靜電、降低粉塵濃度、加強(qiáng)通風(fēng)等方式。
2.2.3  管理措施
    為了盡可能地減少粉塵危害，除采用除塵設(shè)備和進(jìn)行防護(hù)外，還需要實(shí)施以下管理措施：(1)增加作業(yè)區(qū)濕度、加強(qiáng)通風(fēng)換氣、儲(chǔ)備滅火器材等；(2)由于粉塵大都是由10um以下的小顆粒組成，在制造過程中稍有漏縫，粉塵就會(huì)冒出，造成作業(yè)區(qū)污染，因此，應(yīng)確保接頭處的密閉性；(3)按規(guī)定為操作人員配置防護(hù)用品，操作人員也要養(yǎng)成習(xí)慣按規(guī)定正確佩帶防護(hù)用品；(4)加強(qiáng)工人粉塵知識(shí)的安全教育和培訓(xùn)，提高工人對(duì)粉塵危害和防治的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)操作人員的自我保護(hù)意識(shí)；(5)對(duì)現(xiàn)有防塵設(shè)備做好維護(hù)管理，保證其正常運(yùn)行，發(fā)揮防塵作用。同時(shí)要投入資金，進(jìn)行技術(shù)改造，提高防塵設(shè)備的防塵效率和作業(yè)自動(dòng)化水平。
3、結(jié)  語
    超音速氣流粉碎機(jī)制造超細(xì)粉體的安全問題主要是粉塵危害，包括呼吸性塵肺病和粉塵爆炸。應(yīng)從除塵設(shè)備的選擇，防護(hù)措施和管理措施的實(shí)施上進(jìn)行綜合治理。