摘要：鉛鋅浮選廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量顆粒物，污染工作環(huán)境。以某鉛鋅浮選廠為研究對象，對廠房內(nèi)、外顆粒物濃度分布情況進(jìn)行測試分析，并對其污染狀態(tài)及健康影響進(jìn)行深入研究。結(jié)果表明：粒徑小于10 μm顆粒物其廠房內(nèi)數(shù)量濃度高于廠房外，且數(shù)量濃度隨粒徑變小而增加，廠房內(nèi)、外顆粒物的數(shù)量濃度比平均值大多大于1。PM10、PM2.5和PM1的廠房內(nèi)質(zhì)量濃度顯著高于廠房外，廠房內(nèi)PM10、PM2.5分別超過一級標(biāo)準(zhǔn)5.333倍和6.313倍，超過二級標(biāo)準(zhǔn)2.614倍和2.134倍。廠房內(nèi)對廠房外顆粒物濃度有較大影響，顆粒物的分布和濃度也有所不同，環(huán)境因素對粉塵污染有較大影響。研究結(jié)果可為礦山環(huán)境顆粒物的有效控制提供數(shù)據(jù)參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鉛鋅浮選廠；顆粒物；濃度分布；質(zhì)量濃度；數(shù)量濃度

中圖分類號：TD723 文章編號：1001-1277（2024）09-0087-05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20240916

引 言

長期以來，鉛鋅礦作為重要的工業(yè)原料來源，許多國家都在大力勘探和開發(fā)利用，且取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益［1］。礦山生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的職業(yè)危害因素有粉塵、噪聲、有毒有害氣體等，其中粉塵危害最為嚴(yán)重。粉塵不僅危害作業(yè)場所，惡化生態(tài)環(huán)境，同時(shí)嚴(yán)重威脅從業(yè)人員的身體健康，導(dǎo)致塵肺病等職業(yè)病患病率增高［2-3］。《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》指出，要積極開展粉塵防控技術(shù)研發(fā)，加強(qiáng)對高危粉塵職業(yè)病危害源頭的有效治理?，F(xiàn)階段應(yīng)對粉塵的主要思路是“預(yù)防為主，綜合治理”［4］。

金屬礦山在掘進(jìn)、開采、運(yùn)輸和選礦生產(chǎn)過程中，均會產(chǎn)生大量粉塵，尤其選礦過程中浮選廠產(chǎn)塵占比較大。顆粒物在人體呼吸系統(tǒng)中積聚會導(dǎo)致呼吸道感染、萎縮性鼻炎等呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率增加［5］。更重要的是，當(dāng)粉塵粒徑小于7.07 μm時(shí)會進(jìn)入肺泡，極易引起肺部組織纖維化病變，喪失正常呼吸功能，導(dǎo)致塵肺?。?］。近些年，對礦山顆粒物的研究主要集中在掘進(jìn)面、巷道、破碎車間等作業(yè)現(xiàn)場［7-10］，針對浮選廠顆粒物污染的研究不多。

本研究主要對某鉛鋅浮選廠廠房內(nèi)、外顆粒物進(jìn)行測試，對比分析不同粒徑顆粒物的數(shù)量濃度（比）、質(zhì)量濃度（比）［11-12］，探究顆粒物濃度分布及影響。研究結(jié)果可為礦山空氣處理領(lǐng)域中浮選廠廠房顆粒物濃度控制提供數(shù)據(jù)支持，為礦山環(huán)境的優(yōu)化及治理提供參考。

1 測試概況

1.1 測試地點(diǎn)

測試地點(diǎn)位于某鉛鋅礦浮選廠廠房內(nèi)、外，測試呼吸區(qū)高度距地面1.2 m，根據(jù)GB 3095—2012 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［13］，設(shè)置測點(diǎn)和測試要求。測試時(shí)間為2023年4月10日至15日，天氣均晴朗。

1.2 測試儀器

采用GRIMM1.109便攜式氣溶膠粒徑譜儀測試過濾器前后顆粒物的數(shù)量濃度和質(zhì)量濃度，測量值分別為1×109～2×109粒/m3、0.100～100.000 μg/m3，0.25～32 μm分為31個(gè)粒徑通道［14］。采用TSI7525型室內(nèi)空氣質(zhì)量測量儀對試驗(yàn)溫度和濕度進(jìn)行測量，溫度為0～60 ℃，精度為±0.6 ℃，分辨率為0.1 ℃；相對濕度為5 %～95 %，精度為±3 %，分辨率為0.1 %。

1.3 測試方法

測試場景為某鉛鋅浮選廠廠房，廠房內(nèi)有持續(xù)性顆粒物釋放源（浮選工藝進(jìn)行加工的過程視作釋放源）。測試期間，廠房作業(yè)人員為2～3人，均在正常作業(yè)。測試期間溫度為9 ℃～16 ℃，相對濕度為54 %，廠房內(nèi)、外溫差不大。

1.4 評價(jià)指標(biāo)

1）數(shù)量濃度比。廠房內(nèi)、外顆粒物的數(shù)量濃度比（I/On），是評價(jià)廠房外環(huán)境受廠房內(nèi)環(huán)境影響程度的一個(gè)指標(biāo)，計(jì)算公式［15］為：

I/On=nInO（1）

式中：nI為廠房內(nèi)顆粒物數(shù)量濃度（粒/m3）；nO為廠房外顆粒物數(shù)量濃度（粒/m3）。

2）質(zhì)量濃度比。廠房內(nèi)、外顆粒物的質(zhì)量濃度比（I/OC），反映廠房內(nèi)、外顆粒物間的影響，計(jì)算公式［15］為：

I/OC=CICO（2）

式中：CI為廠房內(nèi)顆粒物質(zhì)量濃度（μg/m3）；CO為廠房外顆粒物質(zhì)量濃度（μg/m3）。

2 結(jié)果與討論

2.1 廠房內(nèi)、外顆粒物的數(shù)量濃度

正常工況下，廠房內(nèi)、外各粒徑顆粒物的數(shù)量濃度如表1所示。

由表1可知：無論廠房內(nèi)還是廠房外，粒徑0.2～1.0 μm顆粒物的數(shù)量濃度較高，且隨著粒徑增大，顆粒物的數(shù)量濃度減小。當(dāng)粒徑為1.0～10 μm時(shí)，顆粒物的數(shù)量濃度減小幅度較大。不同粒徑顆粒物的數(shù)量濃度均為廠房內(nèi)高于廠房外，但大部分顆粒物數(shù)量濃度量級相等，由此可以推斷出廠房內(nèi)是顆粒物的最大產(chǎn)生源。粒徑0.2～0.3 μm顆粒物的數(shù)量濃度廠房內(nèi)為33 291.2×103粒/m3，廠房外為17 796.9×103粒/m3，差值為15 494.3×103粒/m3；粒徑0.3～0.5 μm顆粒物的數(shù)量濃度廠房內(nèi)為15 264.7×103粒/m3，廠房外為6 287.5×103粒/m3，差值為8 977.2×103粒/m3；粒徑0.5～1.0 μm顆粒物的數(shù)量濃度廠房內(nèi)為3 426.5×103粒/m3，廠房外為1 159.4×103 粒/m3，差值為2 267.1×103粒/m3；粒徑1.0～2.5 μm顆粒物的數(shù)量濃度廠房內(nèi)為1 020.6×103粒/m3，廠房外為321.3×103粒/m3，差值為699.3×103粒/m3；粒徑2.5～5.0 μm顆粒物的數(shù)量濃度廠房內(nèi)為277.6×103粒/m3，廠房外為70.0×103粒/m3，差值為207.6×103粒/m3；粒徑5.0～10 μm顆粒物的數(shù)量濃度廠房內(nèi)為47.1×103粒/m3，廠房外為5.0×103粒/m3，差值為42.1×103粒/m3。顆粒物的數(shù)量濃度差值最大的粒徑為0.2～0.3 μm，差值最小的粒徑為5.0～10 μm；這與0.2～0.3 μm顆粒物在空氣中的沉降速度和擴(kuò)散性質(zhì)有關(guān)，較大顆粒物（粒徑5.0～10 μm）在空氣中的擴(kuò)散效應(yīng)較小，導(dǎo)致其在廠房內(nèi)外分布相對均勻。為進(jìn)一步分析不同粒徑顆粒物對廠房內(nèi)、外環(huán)境的影響，考察了其環(huán)境中的占比情況，結(jié)果如圖1所示。

在測試期間，廠房內(nèi)、外大氣塵被用作測試塵源。由圖1可知：粒徑0.2～1.0 μm的顆粒物廠房內(nèi)占比為97.48 %，廠房外占比為98.45 %；粒徑1.0～2.5 μm的顆粒物廠房內(nèi)占比為1.91 %，廠房外占比為1.25 %；粒徑2.5～5.0 μm的顆粒物廠房內(nèi)占比為0.52 %，廠房外占比為0.27 %；粒徑5.0～10 μm的顆粒物廠房內(nèi)占比為0.088 %，廠房外占比為0.019 5 %。而由表1可知，粒徑0.2～2.5 μm的顆粒物廠房內(nèi)占比約99.39 %，廠房外占比約99.70 %。這表明該鉛鋅浮選廠粉塵主要由細(xì)顆粒物組成，且隨著粒徑增加，其在環(huán)境中的占比減少。無論在廠房內(nèi)還是廠房外，0.2～1.0 μm的顆粒物在環(huán)境中的占比均為最高。這些顆粒物易進(jìn)入人體的呼吸道和肺部，對工作人員的身體健康造成重大影響，同時(shí)粉塵會增加操作設(shè)備轉(zhuǎn)動部位的磨損，降低作業(yè)場所的光照度和能見度，干擾工作人員的視線，可能會引發(fā)一系列安全事故［16-17］。因此，有必要加強(qiáng)對細(xì)顆粒的凈化力度，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。

2.2 數(shù)量濃度比

正常工況下，浮選廠廠房不同粒徑下的I/On統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知：各粒徑下的I/On中位數(shù)變化不大，且I/On平均值均大于1，同時(shí)各粒徑的I/On分布都較為集中，大多分布在0～10。但是，空氣中顆粒物受環(huán)境因素影響較大，與范東葉等［18］研究發(fā)現(xiàn)的不同粒徑顆粒物的數(shù)量濃度變化具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和波動性一致，驗(yàn)證了結(jié)果的正確性。I/On平均值隨粒徑變化如圖3所示。

由圖3可知：粒徑0.265～5.750 μm的顆粒物I/On平均值大于1，而粒徑5.750～9.250 μm的顆粒物I/On平均值小于1。這是因?yàn)榱叫〉念w粒物不僅廠房內(nèi)存在污染源且不容易沉降，粒徑5.750～9.250 μm的顆粒物沉降率隨粒徑的增大而增大，使得I/On平均值小于1。此外，粒徑0.265～0.375 μm的顆粒物I/On平均值隨粒徑的增大而增大，極大值出現(xiàn)在0.375 μm處；粒徑為0.375～0.900 μm時(shí)，I/On平均值整體隨粒徑的增大而減??；粒徑為0.900～4.500 μm時(shí)，I/On平均值整體趨于平穩(wěn)；粒徑＞4.500 μm時(shí)又逐漸降低。I/On平均值變化趨勢平穩(wěn)、下降的部分及極大值出現(xiàn)的位置與HUSSEIN等［19］研究結(jié)果一致。粒徑0.265～5.750 μm的顆粒物均具有較低的沉降率，且I/On平均值大于1，廠房內(nèi)產(chǎn)生的細(xì)顆粒物保持懸浮狀態(tài)，持續(xù)影響廠房外環(huán)境。結(jié)合不同粒徑占比分析結(jié)果可知，細(xì)顆粒物占比極高，絕大部分為廠房內(nèi)大氣環(huán)境影響廠房外大氣環(huán)境，這不僅會對廠房內(nèi)工作人員身體健康造成危害，還會因?yàn)榉蹓m的逸散對周邊居民及環(huán)境造成影響。I/On平均值在粒徑＞5.750 μm時(shí)小于1，表明浮選工藝產(chǎn)出的顆粒物主要為細(xì)顆粒物，且廠房內(nèi)大顆粒物大多來源于廠房外，其受廠房外的影響要大于廠房內(nèi)。因此，對廠房內(nèi)粉塵的過濾、凈化刻不容緩。

2.3 質(zhì)量濃度

浮選廠廠房內(nèi)、外顆粒物的質(zhì)量濃度如表2所示。

zp+JaQuHxXfI2hgu2pYKKw==由表2可知：PM10的質(zhì)量濃度廠房內(nèi)為253.3 μg/m3，廠房外為119.0 μg/m3，差值為134.3 μg/m3；PM2.5的質(zhì)量濃度廠房內(nèi)為109.7 μg/m3，廠房外為76.1 μg/m3，差值為33.6 μg/m3；PM1的質(zhì)量濃度廠房內(nèi)為48.5 μg/m3，廠房外為42.5 μg/m3，差值為6.0 μg/m3；發(fā)現(xiàn)廠房內(nèi)空氣中PM10、PM2.5和PM1的質(zhì)量濃度均高于廠房外，說明廠房內(nèi)的空氣質(zhì)量存在較大的污染問題，需要采取有效的措施進(jìn)行凈化和改善。根據(jù)GBZ 2.1—2019 《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1部分：化學(xué)有害因素》［20］，崗位粉塵濃度≤1 mg／Nm3，同時(shí)保證粉塵達(dá)標(biāo)排放濃度≤80 mg/Nm3的最高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，該浮選廠廠房內(nèi)、外粉塵均無法達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)GB 3095—2012 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，PM10為40 μg/m3，PM2.5為15 μg/m3；二級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PM10為70 μg/m3，PM2.5為35 μg/m3［13］。與一級標(biāo)準(zhǔn)相比，廠房內(nèi)PM10超標(biāo)5.333倍、PM2.5超標(biāo)6.313倍，廠房外PM10超標(biāo)1.975倍、PM2.5超標(biāo)4.07倍；與二級標(biāo)準(zhǔn)相比，廠房內(nèi)PM10超標(biāo)2.614倍、PM2.5超標(biāo)2.134倍，廠房外PM10超標(biāo)0.7倍、PM2.5超標(biāo)1.174倍。由于目前暫未規(guī)定PM1的排放要求，此處暫不作計(jì)算分析。綜上分析，廠房內(nèi)、外PM10、PM2.5的質(zhì)量濃度均高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，根據(jù)空氣污染指數(shù)的等級定義，廠房內(nèi)、外均處于重度污染。

廠房內(nèi)、外不同顆粒物占比如圖4所示。由圖4可知：PM2.5顆粒物中PM1約占50 %，其中，廠房內(nèi)占比為44.17 %，廠房外占比為55.83 %，差值為11.66百分點(diǎn)；這表明PM1在大氣中的比例相對較高，尤其在廠房外。PM10顆粒物中PM1占比較小，廠房內(nèi)為19.14 %，廠房外為35.69 %，差值為16.55百分點(diǎn);這說明PM10中含有大量的較大顆粒物。與此相反，PM10顆粒物中PM2.5約占50 %，廠房內(nèi)為43.33 %，廠房外為63.92 %，差值為20.59百分點(diǎn);這表明PM2.5在PM10中的占比較高，尤其在廠房外，差值最大。綜合分析可知，大氣中的顆粒物以細(xì)顆粒為主，特別是PM10顆粒物中PM2.5占比較高，這對空氣質(zhì)量和人體健康產(chǎn)生不利影響，因此需要加強(qiáng)對PM1和PM2.5的監(jiān)測和凈化工作。

2.4 質(zhì)量濃度比

PM10、PM2.5、PM1的I/OC測試數(shù)據(jù)如圖5所示。由圖5可知：PM10的I/OC為0.559～4.671，中位數(shù)為2.311；PM2.5的I/OC為0.407～5.182，中位數(shù)為1.349；PM1的I/OC為0.426～3.923，中位數(shù)為1.625；PM10、PM2.5和PM1的I/OC范圍均較廣。這表明廠房內(nèi)顆粒物與廠房外顆粒物之間存在較大的質(zhì)量濃度差異，廠房內(nèi)顆粒物可能對廠房外環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。中位數(shù)是衡量數(shù)據(jù)集中趨勢的重要指標(biāo)，其進(jìn)一步說明了廠房內(nèi)顆粒物對廠房外環(huán)境的影響程度。

PM10、PM2.5、PM1的I/OC平均值如表３所示。由表3可知：PM10、PM2.5、PM1的I/OC平均值分別為2.510，2.040和1.625，均大于1，說明廠房內(nèi)顆粒物質(zhì)量濃度高于廠房外，廠房外顆粒物質(zhì)量濃度主要受廠房內(nèi)顆粒物的影響。這是由于廠房內(nèi)進(jìn)行浮選工藝時(shí)產(chǎn)生大量粉塵，這些顆粒物通過通風(fēng)系統(tǒng)或自然通風(fēng)等途徑進(jìn)入廠房外環(huán)境，影響了廠房外顆粒濃度。因此，需要加強(qiáng)廠房內(nèi)粉塵的管理和控制，以改善廠房內(nèi)、外的空氣質(zhì)量和工作環(huán)境。

3 結(jié) 論

本研究以某鉛鋅浮選廠為研究對象，通過對廠房內(nèi)、外顆粒物濃度分布情況進(jìn)行測試分析，得到以下結(jié)論：

1）廠房內(nèi)、外不同粒徑顆粒物的數(shù)量濃度存在明顯差異，粒徑為0.2～0.3 μm顆粒物的差值最大。隨著粒徑增大，數(shù)量濃度逐漸下降，且廠房內(nèi)的顆粒物數(shù)量濃度明顯高于廠房外。

2）I/Oｎ平均值均大于1，表明廠房外顆粒物主要受廠房內(nèi)顆粒物影響。不同粒徑的I/Oｎ集中分布在0～10，粒徑為0.2～1.0 μm顆粒物占比較多。

3）對照GB 3095—2012 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)，廠房內(nèi)PM10超標(biāo)5.333倍、PM2.5超標(biāo)6.313倍，廠房外PM10超標(biāo)1.975倍、PM2.5超標(biāo)4.07倍；對照二級標(biāo)準(zhǔn)，廠房內(nèi)PM10超標(biāo)2.614倍、PM2.5超標(biāo)2.134倍，廠房外PM10超標(biāo)0.7倍、PM2.5超標(biāo)1.174倍。

4）PM10、PM2.5、PM1的I/OC平均值均大于1，說明廠房內(nèi)顆粒物對廠房外環(huán)境的影響較大。廠房內(nèi)、外PM10顆粒物中PM2.5的占比差值最大，為20.59百分點(diǎn)，對空氣質(zhì)量和人體健康造成不利影響。

５）加強(qiáng)對廠房內(nèi)空氣質(zhì)量的管理和控制至關(guān)重要，以降低對廠房外環(huán)境的污染影響，保障環(huán)境質(zhì)量和人體健康。研究結(jié)果為礦山空氣處理領(lǐng)域中浮選廠房粉塵濃度控制提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)為礦山粉塵治理及優(yōu)化提供參考。

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Study on the distribution of particulate matter concentration

in a lead-zinc flotation plant and its impact

Zhou Tianyu，Zhang Xin，Nie Xingxin，Zhang Chenyu，Sun Zeyu

（School of Resources Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology）

Abstract：During the production process in a lead-zinc flotation plant，a large amount of particulate matter is generated，polluting the working environment.This study takes a lead-zinc mine as an example and analyzes the distribution of particulate matter concentration inside and outside the flotation plant.The pollution status and its health impacts are thoroughly investigated.The results show that the quantity concentration of particulate matter smaller than 10 μm inside the average plant is higher than outside，with the quantity concentration increasing as particle size decreases.The average ratio of quantity concentration of particulate matter inside to outside the plant is generally greater than 1.The mass concentrations of PM10，PM2.5，and PM1 inside the plant are significantly higher than those outside，with PM10 and PM2.5 inside the plant exceeding the Grade 1 standard by 5.333 times and 6.313 times，respectively，and the Grade 2 standard by 2.614 times and 2.134 times.The concentration of particulate matter inside the plant significantly influences the concentration outside.The distribution and concentration of particulate matter vary，and environmental factors greatly impact dust pollution.The study’s findings provide valuable data for effectively controlling particulate matter in mining environments.

Keywords：lead-zinc flotation plant;particulate matter;concentration distribution;mass concentration;quantity concentration