CC BY
32
ВОЗДЕЙСТВИЕ ТВЕРДЫХ АЭРОЗОЛЕЙ НА ОРГАНИЗМ РАБОЧИХ В УСЛОВИЯХ СВИНЦОВО-ЦИНКОВОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Н.И. Шушкевич
Впадштрский государственный университет
В работе была проведено исследование физико-химических свойств твердых аэрозолей их особенности в условиях цинкового производства. Именно они способны длительное время находится во взвешенном состоянии и воздействовать на организм, вызывая развитие профессиональной патологии.
Результаты изучения условий труда и заболеваемости рабочих показали, что на ряде технологических участков (переработка концентратов, процессы обжига, получение катодного цинка и др.) наблюдалось явное несоответствие между концентрациями определенных химических компонентов в воздушной среде и спецификой и уровнем некоторых видов заболеваний. В связи с этим была сделана попытка провести углубленное исследование физико-химичес-ких свойств аэрозолей и выяснить их особенности в условиях цинкового производства. Прежде всего необходимо рассмотреть твердые аэрозоли, так как именно они способны длительное время находиться во взвешенном состоянии (как показали ранее проведенные исследования), и обладая характерными физикохимическими особенностями, в первую очередь воздействуют на организм в условиях цинкового производства [1].
Итак, рассмотрим вопрос их дисперсного и гранулометрического состава, имеющего важное значение при воздействии на организм работающих. Аэро-дисперсные системы - это сложные системы, состоящие из дисперсной среды с определенным раздробленным в ней (дисперсным) веществом, представляющим собой дисперсную фазу системы.
Условно можно выделить три «слоя»:
1) частицы с диаметром более 10 мкм, способные оседать под влиянием силы тяжести и подчиняющиеся закону Ньютона (т.е. оседают с нарастающим ускорением);
2) пылевые частицы с размерами от 1,0 до 10 мкм - они, как и более крупные частицы, не способны к диффузии, так как толчки ударяющихся молекул не могут изменить их движения, но оседание уже происходит с более постоянной скоростью;
3) частицы менее 1,0 мкм и особенно менее 0,1 мкм практически не оседающие (способность к диффузии приобретают частицы размером уже менее
0,5 мкм) [2;3].
В цинковом производстве мы имеем дело с полидисперсными системами, в которых вещество распределено в различных фазах (твердые вещества - пыль или дым; жидкие - туман). При проведении исследований воздушной среды при помощи электронной микроскопии оказалось, что пылевые частицы имели размеры от 0,05 до 15 мкм. Процентное соотношение дисперсности частиц пыли, обнаруженных в воздушной среде некоторых производственных участков, показало, что у пыли концентратов наибольший процент падал на частицы от 2 до 5 мкм, а на частицы размером от 1,0 до 0,4 мкм приходилось всего 2% (табл. 1). Иная картина отмечена в дисперсном составе пыли, выделяющейся из форкамер печей «КС»,
где частицы размером 0,1-0,4 мкм составляли 15%, а 0,5-0,9 — 19%, а также от индукционных печей и вельцпечей.
Таблица 1
Соотношение дисперсного состава частиц пыли, выделяющихся в воздушную среду при производстве цинка
Размеры частиц (мкм) Транспортировка концентратов У форкамер печей «КС» Помол цинковой пыли Общее кол-во проб
0,1-0,4 2,0 ±0,5 25,0 ±1,6 4,0 ± 0,5 21
0,5-0,9 6,0 ±0,8 1 9,0 ± 0,6 7,0 ±0,9 21
1,0-1,9 20,0 ±0,4 21,0±3,1 18,0 ±0,2 21
2,0-4,9 45,0 ± 1,1 17,0 ±0,7 42,0 ±1,2 21
5 и выше 27,0 ±6,8 18,0 ±3,1 29,0 -±1,4 21
Многочисленные исследования, проведенные с целью изучения влияния различных видов пыли на организм, указывают на существенное значение их дисперсного состава. Крупные частицы обладают способностью оседания, и чем больше их размеры, тем быстрее оно происходит: частицы размером 5 мкм оседают со скоростью 1,93 мм/ сек, а размером в 1 мкм — 0,0773 мм/сек. Если учесть еще и способность этих частиц к коагуляции, то время нахождения их в воздухе становится весьма незначительным. Частицы размером менее 0,5-0,1 мкм практически уже почти не оседают, находясь в броуновском движении. Их размеры и масса настолько малы, что удары молекул дисперсной среды сообщают им скорость, превышающую скорость их оседания, вызываемую земным притяжением на основе закона Стокса.
Таким образом, частицы, находясь в броуновском движении, способны весьма продолжительное время находиться в воздушной среде даже после того, когда дополнительные выбросы аэрозолей прекращаются. Практически часть производственного оборудования на цинковых заводах «выбрасывает» в воздух значительные количества пыли не постоянно, а более или менее периодически. Отсюда можно предположить, что и концентрации крупнодисперсной пыли весьма не постоянны. В то же время получается, что мелкодисперсная пыль находится в воздушной среде постоянно. Более того, незначительная способность к оседанию создает дополнительные условия для накопления мельчайших частиц в воздушной среде.
Из табл. 1 следует, что пыль концентратов и цинковая пыль в основном оседают и почти не способны в большом количестве постоянно поступать в организм рабочего. Окись цинка в связи с взаимной абсорбцией одинаковых по составу частиц (свойства, характерного для цинковой пыли) способна к быстрой коагуляции и оседанию укрупненных «хлопьев». Что же касается пыли, выделяющейся в процессе обжига, то доля мельчайших частиц способна возрастать и, в данном случае, уже более 15% всей пыли должно находиться в состоянии броуновского движения.
Естественно, можно было предположить и изменение процентного соотношения дисперсного состава частиц в зависимости от высоты отбора проб (табл. 2).
Данные, приведенные в табл. 2, показывают, что с увеличением высоты в отбираемых пробах количество субмикроскопических частиц ьозрастало. Интересный факт был отмечен при определении дисперсности частиц цинковой пыли на участке ее приготовления при различной относительной влажности.
Оказалось, что при повышении относительной влажности с 40-55% до 60-75% (лето-зима) концентрации пыли в воздушной среде при идентичных условиях снижались в среднем на 34%, а дисперсность пылевых частиц имела существенный сдвиг в сторону «укрупнения». Если при пониженной влажности воздуха на частицы размером 5,0 и более мкм приходилось 29,0+1,41%, то при повышенной влажности — 40,0 ± 3,95%.
Таблица 2
Зависимость дисперсного состава некоторых видов пыли от высоты отбора проб
______________________(средние данные в процентах) ________________________________
Размеры частиц, мкм Наименование технологических участков и высота отбора проб
Транспортировка концентратов У форкамер печей «КС» Помол цинковой пыли
1,5 м 5 м 1,5м 5 м 1,5 м 5 м
0,05-0,09 2,0 ± 0,5 6,0 ± 0,4 жи.ииі 25,0 ±1,6 30,0 +0,6 Р<0,05 4,0 ± 0,5 5,0 ± 0,8 Р>(),05
0,1-0,4 6,0 ± 0,8 14,0 ±0,6 Р<0,001 19,0 ±0,6 26,0 ± 0,6 Р<0,001 7,0 ± 0,9 13,0 ±0,5 Р<0,001
0,5-0,9 20,0 ±0,4 29,0 ± 0,6 Р<0,001 21,0 ±3,1 22,0 ± 0,5 Р>0,05 18,0 ±0,2 32,0 ± 0,4 Р<0,001
1,0-1,9 45,0 ± 1,1 33,0 ±1,7 Р<0,05 17,0 ±0,7 13,0 ±0,5 Р<0,001 42,0 ± 1,2 34.0 ± 1,3 Р<0,001
2,0 и более 27,0 ±6,8 18,0 ±0,5 Р>0,05 18,0 ±3,1 9,0 ± 0,2 Р<0,05 29,0 ±1,4 16,0 ±1,2 Р<0,001
Примечание: было отобрано и исследовано 84 пробы
Исследования дисперсности, проведенные с уже осевшей пылью, показали еще более значительный процент крупнодисперсных частиц. Полученные результаты можно объяснить следующим образом: если увлажнение почти не влияет па процесс оседания кварцевой пыли, то частицы «свежей» окиси цинка способны быстро коагулировать и выпадать в виде крупных частиц.
Результаты проведенных исследований показали, что средние размеры частиц пыли на ряде участков существенно отличались друг от друга (табл. 3), и если при получении цинковой пыли они равнялись в среднем 3,10 мкм, то у электропечей — всего 0,35 мкм. Наибольший процент мелкодисперсных аэрозолей обнаруживался у индукционных печей, при получении белил и вельцпечей.
Таблица 3
Физические характеристики твердых аэрозолей, выделяющихся в воздушную среду при производстве цинка (М ± м)
Наименование технологического участка К-во проб Размеры частиц пыли, мкм Удельный вес, г/см3 Удельная поверхность, смг/г
по длине по ширине средний
Дроссовый участок 12 1,5 ±0,1 0,6 ±0,07 1,0 ±0,2 5,3 ± 0,6 1989 ±18,6
Сушка кеков 12 1,2 ±0,2 1 ,5 ± 0,2 1,4 ±0,3 3,8 ±0,4 2470 ±28,7
Классификация огарка 12 0,6 ±0,1 0,5 ± 0,05 0,6± 0,2 4,4 ± 0,5 541 7 ±52,8
Обжиг концентрата печи «КС» 12 3,0 ±0,3 1,6 ±0,2 2,3 ±0,3 4,5 ± 0,6 1720± 17,0
Получение цинковой пыли 12 3,4 ±0,2 2,9 ± 0,3 3,1 ±0,4 6,7 ±0,5 963 ± 14,9
Вельцпечи (у загрузки) 12 0,6 ±0,1 2 0,7 ± 0,8 0,5 ±0,07 3,5 ±0,4 6598 ±91,8
Велъцпечи (у выгрузке) 12 0,5 ± 0,08 0,6 ± 0,03 0,5 ±0,04 6,4 ± 0,7 Ю490± 173,9
Электропечи 12 0,2 ±0,03 0,3 ±0,2 0,3 ± 0,02 5,5 ± 0,5 8292 ±90,1
Получение белил 12 0,2 ± 0,04 0,1 ±0,02 0,2 ± 0,03 5,9 ± 0,5 18204 ±350,9
Значительные отличия отмечены по ширине и длине частиц, а также по удельной поверхности некоторых видов аэрозолей: так, если у частиц, выделяемых при получении цинковой пыли, она была всего 963 см2/г, что указывало на их округлую сглаженную форму, то при получении цинковых белил удельная поверхность частиц равнялась 18204 см2/г.
Рис. 1. А — электронограмма крупнодисперсвой свинцовой пыли (х 4500); Б - электронограмма аэрозоля металлической меди (х 4500)
Представляет интерес и форма частиц. Образующиеся путем конденсации аэрозоли твердых веществ состоят обычно из сферических аморфных частиц, которые могут коагулировать, образуя агрегаты определенной структуры. Так, мышьяк способен образовывать кристаллы, а сера — формироваться в виде шариков. При горении металлов образуются окисные дымы. Известно, что окислы алюминия, титана, циркония и тантала и др. обнаруживаются в виде частиц сферической или овальной формы. А вот окислы с низкой температурой кристаллизации, такие как цинк, медь, никель в некоторых случаях способны приобретать форму кристаллов.
Рис. 2. А - электронограмма аэрозоля меди под сканирующим микроскопом;
Б - электронограмма крупнодисперсной ципковой пыли под сканирующим микроскопом; В — элск-тронограмма крупнодисперсвой свинцовой пыли, полученная методом обволакивающих угодных реплик (х 4500); Г — электронограмма свинцового аэрозоля, полученная методом обволакивающих
угольных реплик (х 4500)
При исследовании различных видов аэрозолей, образующихся при производстве цинка, оказалось, что свинцовая пыль выделялась в воздушную среду в виде частиц разнообразной неправильной формы с диаметром более 1 мкм.
Однако при высоких температурах аэрозоль свинца (взгочы с размерами частиц менее 1 мкм) способны приобретать шаровидную форму, сохраняющуюся даже при условии объединения их в конгломераты. Медь обнаруживалась в основном в виде частиц разнообразной неправильной формы, но в ряде случаев (например, при выделении из конверторов) они могли приобретать дендритно — подобную форму (рис. 1,2).
Особый интерес представляли аэрозоли цинка, которые выделялись в воздушную среду при большинстве технологических операций в виде обычных крупнодисперсных частиц овальной или продолговатой формы размером от 1 мкм до 15 мкм (и даже более). Под сканирующим растровым микроскопом они также имели сглаженные формы и поверхность.
Однако при некоторых высокотемпературных процессах цинк выделялся в воздушную среду уже в виде субмикроскопических тетрагональных кристаллов, но этот вопрос более подробно будет рассмотрен позднее[3;4].
Таким образом, твердые аэрозоли, выделяемые в воздушную среду при производстве цинка, представляют собой частицы разнообразной формы с высокой плотностью и удельной поверхностью. Дисперсный состав выбрасываемых в воздушную среду частиц, диапазон которых от 0,05 до 15,0 мкм и даже более, находится в непосредственной зависимости от технологических этапов. Наименьшие размеры частиц (менее 1,0 мкм) отмечены на участках, где при высоких температурах аэрозоли выделяются в виде «взгонов», что является существенным моментом при их токсикологической оценке.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нищий РА., Окшина ЛИ Значение физико-химических особенностей твердых аэрозолей свинца в развитии свинцовой интоксикации. // Актуальные вопросы гигиены труда, токсикологии и профпатолопш в цветной металлургии. Труды НИИ гигиены труда и профзаболевания АМН СССР. М., А-Ата, 2002. - С. 35-36.
2. Величковский Б.Т., Воронцова Е.Н., Латушкина В.Б. Производственная пыль. // Руковдство по гигиене труда. - М., 1997. Т. I.
3. Бурханов А.И., Базелюк JI.T. Клеточно-молекулярные механизмы действия полиметаллической пыли на органы дыхания. // Гигиена и санитария. М., 1990. № 3.
4. Быховская И.А., Прядилова Н.В., Лихачев Ю.П. Патогенное действие каменноугольной пыли в зависимости от дисперсного состава. — Гигиена труда и профзаболевания. 1998. - № 10. - С. 34-38.
SOLID AEROSOLS IMPACT ON THE WORKERS BODY UNDER THE CONDITIONS OF ZINC PRODUCTION
N.I. Shushkevitch
State Vladimirsky University
The research of physical-chemical properties of solid sprays, their peculiarities under the conditions of zinc production was carried out in the presented paper. Exactly they are able to suspend for a longterm period and affect the body causing professional pathology development.
