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.