Графитовая пыль

Любой производственный процесс с перемещением, механической или тепловой обработкой сырья приводит к появлению пылевых продуктов. Многие из них опасны в биологическом и технологическом плане. Одним из таких факторов риска для здоровья человека и работоспособности техники является графитовая пыль.

Происхождение

Хотя пыль называется графитовой, она содержит наряду с аморфным или кристаллическим углеродом множество других твердых частиц, образующихся в процессе производства. В зависимости от происхождения дополнительные включения могут быть органическими или неорганическими.

Источниками графитовой пыли в основном являются технологические процессы в горнодобывающей, металлургической и машиностроительной промышленности. Помимо кристаллов графита в составе воздуха мартеновских, прокатных цехов обнаруживаются также в различных пропорциях окислы кремния, алюминия, марганца и других металлов.

Пылевое загрязнение образуется механическим и химическим путем, то есть, делится на аэрозоли дезинтеграции и конденсации:

Большое количество угольно-графитового конденсата скапливается во время шпурного бурения, при добыче и погрузке/разгрузке каменного угля.
Графитовая пыль присутствует среди дымовых газов при сжигании любого углеродсодержащего топлива.
В горячих плавильных цехах при разливе чугуна в результате резкого перепада температур и снижения растворимости углерода на поверхности жидкого чугуна образуются кристаллы графита. Вместе с горячим потоком воздуха, а также окислами, зольными веществами они быстро уносятся в атмосферу.

Химический состав пыли, концентрация, растворимость токсичных веществ определяют характер и степень влияния на организм человека. Мелкодисперсные пылинки легко проникают через респиратор, а токсичные растворимые соединения проникают сразу в кровь, отравляя организм.

Содержание

По дисперсности пылинок загрязнение подразделяется на:

видимое — с диаметром частицы более 10 мкм;
микроскопическое — 0,25-10 мкм;
ультрамикроскопическое — меньше 0,25 мкм.

Частицы размером до 5 мкм представляют наибольшую опасность. Они проникают глубоко в легкие и осаждаются на альвеолах.

Характер воздействие пыли на человека и оборудование зависит от ряда факторов:

химический состав;
дисперсность;
растворимость;
электрический заряд;
форма и пористость;
биологические и неорганические примеси.

В графитовой пыли могут содержатся водяной пар, углеводородные соединения, до 20% зольных веществ, до 2% газов. Смесь устойчива в условиях высоких температур до 3500 градусов, сохраняется в неизменном виде при резком нагревании и охлаждении. Чешуйки графита не смачиваются водой, инертны, не растворяются в щелочах и кислотах.
Хорошая электро и теплопроводность, магнитная чувствительность твердых частиц используются для улавливания при помощи электроустановок, циклонных пылеосадителей, скрубберов.

Пыль по классам опасности

I класс	II класс	III класс	IV класс
Чрезвычайно опасные	Высоко опасные	Умеренно опасные	Малоопасные
Соединения бериллия, хром, никель, конденсат марганца	Дрожжи, белковый концентрат, марганец	Кремний содержащая пыль, крахмал	Известняки, глина, песок, угольная пыль
ПДК 0,0001-0,01 мг/м3	ПДК 0,1-0,3 мг/м3	ПДК 1-10 мг/м3	ПДК 6-10 мг/м3, с SiO2 2-4 мг/м3

Графитсодержащая пыль относится к IV классу. Наличие соединений кремния, свинца, мышьяка при сохранении ПДК автоматически переводит ее в III класс.

Диоксид кремния является почти постоянным спутником углеродсодержащей среды. Превышение ПДК также усугубляет ситуацию и ведет к возрастанию класса опасности. Если концентрация пыли постоянно держится на уровне в 2-3 раза превышающей ограничение, работа человека в такой среде автоматически относится к категории вредной.

Применение

Полученный при помощи пылеуловителей порошок графита применяется в различных отраслях. В металлургии с его помощью повышают процент содержания углерода в чугуне, чтобы оптимизировать коэффициент твердости материала. В электротехнике порошок необходим при изготовлении контактов. В строительстве добавка из графита обеспечивает огнеупорные характеристики кирпича.

Химическая промышленность закупает материал для производства:

износостойкого полимера;
фторопласта;
краски, устойчивой к коррозии;
суспензии для обработки тросов, резиновых деталей.

В металлургии графитовый порошок вместе с другими компонентами служит в приготовлении смазки, которой обрабатывают плавильный инструмент, заготовки и отливки сложной геометрической формы.

Вредность для человека

Графитовую пыль считают одним из наиболее опасных производственных загрязнителей воздуха. С возрастанием количества в воздухе пылевая взвесь создает взрывоопасную концентрацию вещества. Накопление частиц в атмосфере может вывести из строя устройства электроники. Мелкодисперсная пыль оседает в щелях и зазорах, вызывая короткие замыкания.

Вред графитовой пыли проявляется на здоровье персонала. При продолжительной работе в среде с высокой концентрацией взвеси у человека могут развиться специфические и неспецифические болезни легких:

аллергические реакции, конъюктивиты;
различные формы пневмокониоза – силикоз, силикатоз, металлокониоз и др.;
пылевой бронхит.

Пневмокониоз является специфической патологией. Наиболее опасная его форма – силикоз. Заболевание провоцирует длительное воздействие двуокиси кремния. На различных стадиях в легких образуются очаги воспаления, которые в результате ослабления функции ткани превращаются в фиброзные узелки.

Если накопление пыли продолжается в течение 10-15 лет, развивается массивный фиброз. Первые признаки патологии характеризуются нарушением дыхания, охриплостью голоса. Развитие поражения дыхательных путей приводит к токсико-пылевому бронхиту, пневмонии, хроническим приступам кашля и синюшности кожи.

Помимо основного заболевания на фоне накоплении пыли в легких возникает опасность нарушения газового обмена в организме, повышается риск развития туберкулеза, специфического ревматоидного артрита. Не лучшим образом вредная атмосфера влияет на кожные покровы. Оседание пыли вызывает раздражения, сухость и зуд. Кожа теряет эластичность, преждевременно стареет.

Методы борьбы на предприятиях

Правительством разработана система требований СанПиН с ограничением ПДК вредных соединений в воздухе рабочей среды. Предприятия обязаны соблюдать нормативы, контролировать состав атмосферы.

Основные пути устранения пыли включают:

внедрение современных беспылевых технологий, автоматизацию;
герметизацию материалов, помещений, пунктов управления процессами;
увлажнение материалов;
обеспечение помещения устройствами вентиляции и очистки, а персонала средствами индивидуальной защиты;
организацию режима труда и отдыха персонала.

Раньше в миксерных цехах металлургических комбинатов практиковалась продувка чугуна кислородом, установка желобов с механической вытяжкой загрязненного воздуха. В настоящее время разработаны более совершенные установки для снижения ПДК пылевых веществ.

Фильтры и устройства очистки от графитовой пыли

По способу улавливания частиц аппараты очистки классифицируют по 4 типам.

Тип

Специфика

Эффективность

Сухие пылеуловители с механическим воздействием за счет центробежных, инерционных, гравитационных сил

Принцип работы циклонов заключается в создании вихревого потока. Под действием центробежной силы тяжелые частицы прижимаются к боковым стенкам бункера. Вторичный поток воздуха захватывает пыль и выносит в нижнюю часть, а оттуда непосредственно в пылесборник.

Среди других видов сухих пылеуловителей существуют ротационные и радиальные устройства. В конструкции ротационного типа ключевым элементом является вентиляционное колесо. Радиальный аппарат работает за счет резкой потери скорости потока при повороте на 180 градусов.

от 60-70% для радиальных аппаратов до 95-97% для циклонов

Системы с тканевыми или пористыми фильтрами с ячейками для оседания пыли

Могут выполняться из текстиля, войлока, пенополиуретана, металлической сетки, стекловолокна, гальки. Выбор из слоистого, гибкого, жесткого или полужесткого материала зависит от температуры очищаемого газа, агрессивности пыли, дисперсности частиц.

99% для частиц от 0,5 мкм

Электрические агрегаты, в которых ионизированные молекулы улавливаются магнитными силами

Коронирующие электроды разрядами воздействуют на молекулы пыли. За счет образования ионов пылевые частицы притягиваются к осадительным электродам. Пылинки размером до 0,2 мкм заряжаются в результате диффузии, более крупные теряют или приобретают электроны после бомбардировки ионами. Отвод пыли с электродов производится сухим путем встряхиванием или мокрым орошающей водой.

Зависит от свойств задерживаемой пыли, в комбинации с циклоном до 98%

Скрубберы или мокрые аппараты с использованием жидкости для осаждения частиц

Установки работают по принципу осаждения пыли на поверхности жидкости под действием силы инерции. Агрегаты подразделяют на форсуночные, насадочные, ударно-инерционные, скрубберы Вентури.

Основное отличие заключается в подаче жидкости – через форсунки, насадки, распыляющие сопла. Для плохо смачиваемых частиц в аппарат подается вода с растворенными ПАВ.

До 97-98% независимо от дисперсности пыли

Максимальная результативность фильтрации отходящих в атмосферу выбросов достигается комбинированием способов пылеочистки. Так, системы регенерации доменного газа обычно включают первый этап сухой грубой очистки, полутонкую фильтрацию в скрубберах и заключительную в электрофильтрах.

Утилизация

На предприятиях с высокой концентрацией графитсодержащей пыли существует несколько путей утилизации загрязнителя. Для сбора отходов производства устанавливают специальное оборудование. Собранный концентрат и порошок из пылеуловителей обрабатывается непосредственно на предприятии, используется для обогащения графитовой руды или направляется смежникам.