第1章--粉尘的性质.ppt

任课教师程健维,中国矿业大学安全工程学院,中国矿业大学（CUMT）,推荐书目,支学艺，何锦龙，张红婴编，矿井通风与防尘，北京化学工业出版社，2009,浑宝炬，郭立稳主编，矿井通风与防尘，北京冶金工业出版社，2007.8,李德文等，煤矿粉尘及职业病防治技术，徐州中国矿业大学出版社,2007.11,丁广骧.通风与净化工程.徐州中国矿业大学出版社,,文涛，王明海.尘肺病防治.大连大连海事大学出版社，1998.,1998.,闫跃进，刘建超.呼吸性粉尘监测技术与防治方法.武汉中国地质大学出版社，,赵益芳.矿井防尘理论及技术.北京煤炭工业出版社，1994.,天祐，梁凤珍.工业通风除尘技术.北京中国建筑工业出版社，1984.,叶钟元.矿尘防治.徐州中国矿业大学出版社，1991.,向晓东.现代除尘理论与技术.北京冶金工业出版社，2002.,孙一坚.工业通风.第3版.北京中国建筑工业出版社，1994.,中国矿业大学（CUMT）,粉尘防治的重要性,工业生产过程中产生的大量粉尘不仅严重危害作业人员的身体健,康，引起尘肺病，而且许多粉尘在一定的条件下还具有燃烧爆炸性，,导致人员伤亡、财产损失，同时大量粉尘排向大气会造成环境污染。,为了很好地贯彻“安全第一,预防为主,综合治理”的安全生产方针，,根治粉尘危害，杜绝煤尘爆炸事故，必须做好粉尘的治理工作，因此，,粉尘治理是保障职工生命安全、身体健康和我国工业高速发展的重要,前提。,2014-5-29,中国矿业大学（CUMT）,目录,第一章粉尘的性质,第一节概述第二节粉尘的粒度、分散度和粒度分布第三节粉尘的物理化学性质,第二章尘肺病及其防治,第一节粉尘对人体的危害第二节尘肺的分类及我国尘肺发病现状第三节矽肺第四节煤尘肺第五节其他尘肺第六节影响尘肺发病的因素第七节预防尘肺的措施,第三章粉尘测定,第一节粉尘浓度测定第二节粉尘粒度和粒度分布测定第三节粉尘中游离二氧化硅含量的测定,第四章煤尘爆炸及其预防,第一节粉尘爆炸基础知识第二节煤尘燃烧与爆炸第三节煤尘爆炸的预防第四节煤尘爆炸的抑制与隔绝,中国矿业大学（CUMT）,第五章通风净化及除尘降尘技术,第一节通风除尘第二节重力沉降室和惯性除尘器第三节旋风除尘器第四节湿式除尘第五节化学和物理除尘第六节过滤式除尘器第七节电除尘器第八节个体防护,第六章采煤工作面综合防尘技术,第一节采煤工作面粉尘的产生第二节煤层注水防尘第三节采空区灌水防尘第四节炮采工作面综合防尘第五节机采工作面综合防尘,第七章掘进及运输、转载防尘,第一节破岩防尘第二节掘进工作面通风除尘第三节装岩防尘216第四节转载、运输防尘第五节支护防尘231第六节掘进工作面除尘新技术,第八章防尘供水系统设计,第一节防尘供水的要求第二节防尘供水的水池第三节防尘供水管路系统中国矿业大学（CUMT）,第一章矿尘性质,1.1概述,1.2粉尘的粒度、分散度和粒度分布,1.3粉尘的物理化学性质,中国矿业大学（CUMT）,第一章矿尘性质,1.1概述,一、粉尘,二.矿尘,三、粉尘的危害性,中国矿业大学（CUMT）,一、粉尘,粉尘分散到气体中的固体微粒,粉尘分类,一按照粉尘性质分类,1.无机性粉尘,①矿物性粉尘，如硅石、石棉、滑石等；,②金属性粉尘，如铁、锡、铝、铅、锰等；,③人工无机性粉尘，如水泥、金刚砂、玻璃纤维等。,2．有机性粉尘,①植物性粉尘，如棉、麻、面粉、木材、烟草、茶等；,②动物性粉尘，如兽毛、角质、骨质、毛发等；,③人工有机粉尘，如有机燃料、炸药、人造纤维等。,中国矿业大学（CUMT）,3．混合性粉尘系指上述各种粉尘混合存在而言。在生产环境中，最常见的是混合性粉尘。,二按粉尘粒子的大小及光学特性划分可将其分为可见粉尘、显微镜粉尘和超显微镜粉尘,1.可见粉尘,2.显微镜粉尘,它是指粒径大于10ηm,肉眼可见的粉尘,它是指粒径为10-0.25ηm,用光学显微镜可见的粉尘.,3.超显微镜粉尘它是指粒径为小于0.25ηm,在电子显微镜下可见的粉尘.,三按粉尘的成分分为煤尘、岩尘、石棉尘、水泥尘以及动、植物粉尘等；,四按有无毒性可分为有毒、无毒、放射性粉尘等；,五按爆炸可分为易燃、易爆和非燃、非爆炸性粉尘。,中国矿业大学（CUMT）,二、矿尘矿尘一般指矿物开采或加工过程中产生的微细固体集合体。按照不同的标准，矿尘有以下几种分类方式1.按照矿尘的存在状态，矿尘分为落尘、浮尘防尘技术研究的对象）2.按矿尘产生的过程可分为矿尘、烟尘3.按矿尘颗粒的大小可分为粗尘、细尘、微尘、超微粉尘,三、粉尘的危害性,粉尘危害主要表现在以下四个方面,1.对人体健康的危害。危害人体健康，引起职业病。,2.污染环境降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。,3.若矿井煤尘具有爆炸危险，对矿井安全生产带来很大威胁。,4.加速机械磨损，缩短精密仪器、仪表的使用寿命。,中国矿业大学（CUMT）,第一章粉尘的性质,1.2矿尘的粒度、分散度和粒度分布,一、单一粉尘粒径的定义,二、粉尘平均粒径,三、粉尘的分散度与粒度分布重点,四、粉尘粒度分布曲线,五、工业粉尘的粒度分布函数,中国矿业大学（CUMT）,粉尘粒径,定义在实际中，因颗粒大小、形状各异，故表示方法有所不同。,一般分为两类,单一粒径单个粒子的直径；,平均粒径粒子群的直径。,一.,单一粒径,单一粒径分成,非球形颗粒,球形颗粒,d直径,投影径,几何当量径,物理当量径,中国矿业大学（CUMT）,（1）投影径指颗粒在显微镜下观察到的粒径。,c,d,a,b,a．面积等分径（martine），指颗粒的投影面积二等分的直线长度，其与所,取的方向有关，常采用与底边平行的线作为粒径。,b．定向径（feret），指颗粒投影面上两平行切线间的距离。,c．长径，不考虑方向的最长径。,d．短径，不考虑方向的最短径。,中国矿业大学（CUMT）,（2）．几何当量径指颗粒的某一几何量（面积、体积等）相同时的球形颗粒的直径。,a．等投影面积径dA与颗粒投影面积相同的某一圆面积的直径。1/224Ap1/2颗粒投影面积pdAA1.128ApdA41b．等体积径dV6Vp331.243VpdVVpdp61c．等表面积径dSSp2ds,d．体面积径dsv颗粒的外表面积与体积之比相同的圆球的直径。,dsv,dv2ds,3,中国矿业大学（CUMT）,（3）物理当量径取颗粒某一物理量相同时的球形颗粒粒径。,a.阻力径dv在相同粘性的气体中，速度u相同时，粉尘所受到的阻力PD,与圆球受的阻力相同时的圆球直径2uPDCDApg2,CD阻力系数；ρg气体密度，kg/m3；Ap垂直于气流方向的粉尘断面积，㎡,b.自由沉降df特定气体中，在重力作用下，密度相同的颗粒因自由,沉降而达到的末速度与球形颗粒所达到的末速度相同时的球形颗粒的,直径。,中国矿业大学（CUMT）,c．空气动力径da在静止的空气中颗粒的沉降速度与密度为1g/cm3的圆球的沉降速度相同时的圆球的直径。d．斯托克斯径Stokesdst在层流区内（对颗粒的雷诺数Rep1.0）的空气动力径。,18udstpgg,1,2,μ空气动力粘性系数，Pas；,ρp尘粒的密度，kg/m3；,ρg空气的密度，kg/m3；,u颗粒在流体中的终端沉降速度（m/s）;,g重力加速度，m/s2。,中国矿业大学（CUMT）,斯托克斯径与阻力径和等体积径的关系为,d,2,st,,dd,3,v,d,e．分割粒径（半分离粒径）d50即除尘效率为50的颗粒直径。,还可以根据尘粒的其它几何、物理量来定义粉尘的粒径。同一尘粒按不同,定义所得的粒径在数值上是不同的，因此在使用粉尘的粒径的同时，必须清楚,了解所采用的粒径的含义不同粒径测试方法，得出不同概念下的粒径，例如,用显微镜法测得的是投影长；用沉降管测得的斯托克斯径；用光散射法测定时,为等体积径，过滤除尘常应用几何径等等。,常用的单一粒径投影径、等体积径、斯托克斯径、分割粒径dc50、空气,动力学径da（是除尘技术中用得最多的）。,中国矿业大学（CUMT）,二.粉尘平均粒径,对于一个由大小和形状不相同的粒子组成的实际粒子群与一个由均,一的球形粒子组成的假想粒子群相比，若两者的粒径全长相同，则称此,球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径。,各种方法计算的平均粒径，数值相差很大。,（一）算术平均值d10指粉尘直径的总和除以粉尘的颗粒数,_,式中,d,10,1N,dini,_,N粉尘的颗粒总数；,di第i种粉尘的直径；,ni粒径为di的粉尘颗粒数。,中国矿业大学（CUMT）,（二）平均表面积径d20指粉尘表面积的总和除以粉尘的颗粒数,12dinidN,_,20,12,平均表面积径特别适用于研究粉尘的表面的特性。,（三）体积（或重量）平均径d30指各粉尘的体积（或重量）的总和除以,粉尘的颗粒数,13dinidN,_,30,13,在一般情况下d10＜d20＜d30,中国矿业大学（CUMT）,（四）线性平均径d21（面积长度平均径）,ddd,_,21,2,i,ni,nii,（五）体积表面平均径d32,dni2niddi,_,3,i,32,（六）重量平均径d43,_,,43,d,dni3nidi,4,i,中国矿业大学（CUMT）,（七）几何平均径dg是指几个粉尘粒径连乘积的n次方根,_,d,lg,,g,n,ddd,1,2,n1,n2,n3,3,_,d,g,1N,nlgd,i,i,可以根据不同的要求选择平均径的表达式。例如为了表示粉尘,的光密度和在重力场和惯性力场下的沉降速度，应取平均表面积径，,对于通风除尘几何平均径具有重要意义。,中国矿业大学（CUMT）,三、粉尘的分散度与粒度分布,粉尘是由各种不同粒径的粒子组成的集合体，显然，单纯用平均粒径来,表征这种集合体是不够的，它不能充分反映粒子的组成特征。在气溶胶力学,中经常用“分散度”这一概念。分散度是指粉尘整体组成中各种粒度的尘粒,所占的百分比。分散度又叫粒度分布，有两种表示方法,（一）个数标准的粒度分布（又称计数分散度）,用粒子群各粒级尘粒的颗粒数占总颗粒数的百分数表示，按下式计算,n100Pn,i,ni,i,式中,Pni某粒级尘粒的计数百分比，℅；,ni某粒级尘粒的颗粒数。,中国矿业大学（CUMT）,（二）重量标准的粒度分布（又称重量分散度）用各粒级尘粒的重量占总重量的百分数表示，按下式计算,式中,WPW,i,Wi,100,i,Pwi某粒级尘粒的重量百分比，℅；Wi某粒级尘粒的重量。个数标准与重量标准的换算如果粉尘是匀质的，可用下式表示两者的关系。,ndPnd,i,i,Wi,i,3,式中1003di某粒级尘粒的代表粒径。i,中国矿业大学（CUMT）,,粒级的划分要根据粉尘组成状况及研究目的来确定，从卫生角度，我,国工矿企业把粉尘划分为四个计测粒级范围＜2μm；25μm；,510μm；＞10μm。,,由于表示的基准不同，同一种粉尘的数量分散度与重量分散度的数,值相差不大，必须是同样的表示方法才可直接对比，所以在给出数值,时，必须说明表示方法。,中国矿业大学（CUMT）,四.粉尘粒径粒度分布曲线,1．定义,粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，亦称粒子的,分散度。,表示方法,质量分布以粒子质量表示。,个数分布以粒子的个数所占的比例来表示；,表面积分布以粒子表面积表示；,中国矿业大学（CUMT）,2．常见的表示方法,一个数分布,（1）粒度分布曲线,在坐标纸上，横轴表示粒径（用x代表或dp代表），纵轴表示相应粒径,所占的百分比（y），根据实测结果，按划分的粒级画成柱状图,（即分散度Pi）连接各柱面的中点，,即为粒度分布曲线，也叫频率曲线，,如图1-2中的y曲线。y曲线表示的关系,式为,yf（x）,粒径,图1-2粉尘粒径分布曲线,中国矿业大学（CUMT）,（2）累积分布函数（R）,如图1-2所示，是把粒度分布按粒径的顺序（x由∞到0）累积起来即是累积分布,曲线，它可表示到某一粒级的筛上残留率，所以也叫筛上残留率，用下式表示。,R,（3）通过率曲线,max,x,fxdx,如图1-2所示，是与累积分布曲线对应的，把粒度分布按粒径的顺序（x由0到∞）,累积所得到的，它表示到某一粒级的筛下通过率，可用下式表示,Dfxdx,0,x,中国矿业大学（CUMT）,从图1-2可知，粒径的间隔划分越细，则所得曲线越接近实际。R、D,两曲线交点对应的是中位径d50，y曲线最高点对应上的最高频率径dmod。,上述三种曲线的关系是,dRyfxdx,R100D,中国矿业大学（CUMT）,频数分布ΔR它是指粒径dp至（dpΔdp）之间的粒子质量占粒子群总质量的百分数。见图a。,ΔR与选取的粒径间隔的大小有关。,mR100m0,R100,,中国矿业大学（CUMT）,由计算结果可绘出频度分布f的直方图，用粒径间隔中值可绘出频度分布曲线，见图b。最大频度的粒径dmax称为最高频率径。,D（）,频率（）,100,50,图a,dp/μm,d50,图c,dp/μm,中国矿业大学（CUMT）,频率密度,dmax,图b,dp/μm,中国矿业大学（CUMT）,3筛下累积频率分布D/指小于某一粒径dp的尘样质量占尘样总质量的百分数。,反之为筛上累积分布RD1-R,DdpdDfdpddp,dp0,dp0,当DR50时的dp叫中位径d50。由图可见，筛上分布R对dp之比为负梯度，筛下分布D对dp之比为正值。因此若已知R、D，则,fdp,,,dp0即取极限，则若粒径间隔宽度,,dp,dp,dp,dRdDddpddp,Rgfdpfddpfdp即,即筛上分布为减函数；筛下分布为增函数。,dDdRddpddp,在除尘技术中，筛上累积分布R比使用频度分布更为方便，所以，在一些国家粉尘标准中多用R表示粒径分布。,中国矿业大学（CUMT）,3．粒径分布函数,一般来说，粒度分布是随意的，但它近似和符合某种规律，因而可以,用一些分布函数来表示，但因物料性质及产尘过程极不相同，其分布状态,差异很大，需用不同的分布函数来表示。常见的分布函数,一正态分布函数对称,工业粉尘属于此分布的很少,从溶液中析出的结,晶、化学反应的升华等属此种分布。,二对数正态分布工业通风中所处理的粉尘实际上很少符合于正态分布，,往往小直径的尘粒偏多，分布曲线不对称。在这种情况下，采用对数正态,分布函数比较适宜。,三罗辛拉姆勒分布破碎筛分过程多服从此分布,后两者分布为非对称性的。,中国矿业大学（CUMT）,一正态分布函数,fdp,dp,dp粒径，m,σ标准差，,算术平均粒径，m,dpdp100exp222,,,2,,,2,nidpdp,N1,,,2,1dpR15.87dpR84.132,N粉尘粒子的总个数。,其特征数为σ，,特点图形对称，中位径d50平均粒径,dp,中国矿业大学（CUMT）,（二）对数正态分布,f～dp图形非对称，但f～lndp图形对称.,将1式变换即为其表达式lndplndg100flndpexp22gg2,,,2,,12,式中几何平均粒径dg,dpR15.87dpR15.87d50gdpR84.13dpR84.13d50,特征数d50，σg（几何标准差）,特点无论是质量分布，粒数分布还是表面积分布均是对数正态分布，且几何标准差相同。据d50，σg可求出平均粒径。,中国矿业大学（CUMT）,（三）罗辛拉姆勒分布（RR分布）,1933年罗辛拉姆勒等对破碎实验进行了概率统计学的研究,通过归纳后,导出的函数。这一分布函数的经验关系式最初是为研磨产尘的粗粉尘而,提出的，近年来应用范圃有所扩大，因为表达式中的常数，可根据具体,粉尘来确定，故较多的粉尘可以用这种分布函数描述，表达式如下,R100expadp,s,（1-31）,其中a、s为实验常数,求出常数a、s可用如下方法,将（1-31）式改写为以10为底的指数函数100R,10,,adp,/,s,中国矿业大学（CUMT）,两边取常用对数，,lgRlg100a,/,d,/,s,p,2lgRa,/,d,s,p,两边再取一次常用对数，,lg2lgRlgaslgdp,取lgdp为横坐标，lg（2-lgR）为纵坐标的专用坐标纸上（R.R坐标纸），,如符合这种规律，则成为直线，直线的斜率为指数s值。当粒径dp1时的,（2-lgR）值，为系数a值，且a0.434a。,中国矿业大学（CUMT）,将式（1-31）改变为如下形式,sddpRep0,当dpdpo时，Re-10.368,所以把dp和R的实测值绘于R.R坐标纸上，当R0.368时的,dp值即为dpo值，而a值可由下式计算。,1asdp0,指数s为直线的斜率，称为分布指数，它表示粒径的均一程度，表示该粉体粒度分,布范围的宽窄程度。s值大则粒径分布范围比较窄小，s值小则粒径分布范围比较广.,系数a值越大；直线越往左移，表明粒度越细。,其中dpo为特征粒径，表示粉体的粗细程度,中国矿业大学（CUMT）,用中位径d50表示，当粒径为d50时，筛上残留率等于筛下通过率，R0.5,根据,（1-31）式,,s,0.5,两侧取自然对数，,s,e,a,d50,ad50ln2ln2,a,ln2,1,由此，系数a可由右式确定,代入（1-31）式，,d,s,50,,0.693,d,s,50,s,Re,中国矿业大学（CUMT）,-ln2,dpd50,从上式容易看出，中位径d50可作为粉尘的代表粒径，中位径越小，,a值越大，说明粉尘粒度越细。,一般粉尘的s值为0.77,～2.0;a值为0.01～0.2．对于机械破碎的粉尘,大多适合罗辛拉姆勒分布。研究粒度分布对分离和捕尘技术，防治,矿尘危害有着重要意义。,中国矿业大学（CUMT）,1.3粉尘的物理化学性质一.粉尘粒子的形状二.粉尘的游离二氧化硅即游离二氧化矽含量三.粉尘的密度四.粉尘的相对密度五.粉尘的比表面积和表面能六、粉尘的凝聚与附着七.粉尘的湿润性八、粉尘的光学特性九.自燃性和爆炸性十.粉尘的电物理性质十一.粉尘的电化学性质,中国矿业大学（CUMT）,一.粉尘粒子的形状,单个粉尘粒子的形状取决于形成粒子的方法。,破碎、研磨形成的粉尘粒子不规则的结晶颗粒；,由蒸气冷凝形成的粒子如金属烟或高温燃烧过程产生的粒子（燃烧粉煤产,生的颗粒状排出物飞灰）规则的球形或立方形。,粉尘粒子可能会由于结合作用、水合作用、碰撞、凝集或同气相组分起化学,反应等原因而改变；球形液体粒子可能因相互接触而结合成较大的液滴。冶,金蒸气在挥发时一般都发生氧化,冷凝成固体原生粒子,通常小于102μm,并,且若干烟粒凝集成链状的集合体如氧化铁、氧化镁。大气中粉尘的典型形状,如表1所示。,中国矿业大学（CUMT）,中国矿业大学（CUMT）,二、粉尘的游离二氧化硅即游离二氧化矽含量,从工业卫生角度来说，各种粉尘对人体都是有害的，粉尘的化学组,成及其在空气中的浓度，直接决定对人体的危害程度，粉尘中的游离二,氧化硅的含量是引起并促进尘肺病及病程发展的主要因素，含量越高，,其危害越大。,二氧化硅是许多种岩石和矿物的重要组成部分，它有两种存在状态，,一种是结合状态的二氧化硅，即硅酸盐矿物，如长石,K2O．Al2O36Si02；石棉CaO．3MgO．4SiO2,高岭土,AlzO32Si022H2O，滑石3MgO4SiO2H2O等等。另一种是游离,状态的二氧化硅，主要是石英。,中国矿业大学（CUMT）,许多矿岩都含有游离二氧化硅，煤系地层由于沉积环境不同、岩性不同，其二氧化硅含量变化较大，从煤种来看，无烟煤的游离二氧化硅含量高于烟煤.,三.粉尘的密度真密度、假密度,密度单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度,单位为kg/m3或g/cm3.,真密度不包括尘粒之间的空隙，常称为粉尘的真密度ρP，单位为kg/cm3或g/cm3。,假密度包括空隙在内的集合体的单位体积的重量叫做假密度,即为粉尘的物质密度.,通常假密度比粉尘密度小20-50﹪,四.粉尘的相对密度比重,相对密度粉尘的比重系指粉尘的质量与同体积标准物质的质量之比，因而是,无因次量。通常采用标准大气压力（101325Pa）和温度为4℃时纯水作为标准物,质。由于在这种状态1cm3的水的质量为1g，因而粉尘的比重在数值上就等于其密度,（g/cm3）。但是比重和密度应是两个不同的概念.,中国矿业大学（CUMT）,五.粉尘的比表面积和比表面能,每单位质量粉尘的表面积称为比表面积简称比面,当微粒粒度减小时,比面迅速增加。,物料的许多物理、化学性质实质上与其表面积有很大关系,细粉尘,粒子常表现出显著的物理和化学活性。如氧化、溶解、蒸发、吸附、催化以,及生理效应等都能因细粉尘粒子的比面大而被加速。有些粉尘的爆炸危险性,和毒性随其粒度的减小而增加,原因即在于此。,假设尘粒为与它具有同样体积的球形粒子时，则比表面积Sw与粒径dp,的关系如下式。,,s,w,dpp6,s,,dp,2,,d,p,6,m,p,2,/kg,式中Sw粉尘的比表面积,m2/kgρP粉尘的密度，kg/m3；dp粉尘的直径，m。,中国矿业大学（CUMT）,上式看出，粉尘的比表面积与直径成反比，粒径越小，比表面积越大。,由于粉尘较未粉碎之前的比表面积增大，表面能也随之增大，增强了表面活性，在研究粉尘的湿润、凝聚、附着、吸附、燃烧等性能时，必须考虑其比表面积。例如微细粉尘的表面吸附能力增强，容易吸附空气而在尘粒表面形成气膜降低了尘粒间的凝集以及影响其尘粒的湿润性，更难于把它从空气中捕捉分离出来。,六.粉尘的凝聚与附着,凝聚一般把尘粒间互相结合形成新的大尘粒的现象;,附着尘粒和其他物体结合的现象叫做附着;,黏附粉尘粒子附着在固体表面上,或者粉尘粒子彼此相互附着的现象,称为粘附。后者亦称为自粘。,中国矿业大学（CUMT）,凝集是单个粉尘粒子之间相对运动和碰撞的结果。布朗运动或是布,朗运动之外再加上流动动力、静电力、重力等其他力的作用,都能使粉,尘粒子相互靠近而接触。,凝集受到粉尘本体的限制,随着时间的延长而减弱；形状差异大,的粉尘粒子,对凝聚也有一定的影响，发生凝聚的粉尘形状差异越大,凝聚系数越大。,在气态介质中产生粘附的力有,1范德华力,即分子间的吸力,2电力,3在粉尘粒子和物体表面之间的空隙内存在弯液面时出现的毛细力,这3种力都和产生粘附的2种物体的物理、化学性质有关。,中国矿业大学（CUMT）,七.粉尘的湿润性,粉尘的湿润性某种粉尘对不同液体的亲和程度称为粉尘的湿润,性。,粉尘湿润性与粉尘本身的性质、粉尘的形状和大小以及液体的表面张力有关，球形粒子的湿润性比不规则形状的粒子要小；粉尘越细，亲水能力越差；表面张力愈小的液体，对尘粒越容易湿润。,粉尘湿润性一般有两种评判方法,1.湿润角,2.液体对试管中粉尘的湿润速度,粉尘的湿润性不同，当其沉于水中时会出现两种不同的情况，如图1-5所示。气与水的交界面的表面张力σ1.2，气与固的交界面的,中国矿业大学（CUMT）,1.湿润角,表面张力σ2.3，水与固的交界面的表面张力为σ1.3。这里σ1.3及σ2.3作,用于尘粒的表面内，而σ1.2作用于接触点的切线上，切线与尘粒表面的夹,角θ称为湿润角或边界角。若忽略重力及水的浮力作用，在形成平衡角θ,时，上述三种力应处于平衡状态，平衡条件为,2.31.31.2cos,2.31.3cos1.2,中国矿业大学（CUMT）,中国矿业大学（CUMT）,cosθ的变化由1到-1，θ角的变化为0-180。这样可以用湿润角,θ来作为评定粉尘湿润性的指标（1）亲水性粉尘θ≤60，如石英、,方解石的湿润角θ为0，石灰石粉、磨细的石英粉θ60，（2）湿,润性差的粉尘60θ90，如碳黑、煤粉等。,2.液体对试管中粉尘的湿润速度,通常取湿润时间为20分钟，测出此时的湿润高度L20（mm），于是,湿润速度为,U,20,L,20,20,mm/min,按U20作为评定粉尘湿润性的指标，可将粉尘分为四类（表1-2）。,中国矿业大学（CUMT）,在除尘技术中，粉尘的湿润性，是选用除尘设备的主要依据之一。对于,湿润性好的亲水性粉尘（中等亲水、强亲水），可选用湿式除尘器。为了,加强液体（水）对粉尘的浸润，往往要加入某些湿润剂，减少固、液之间,的表面张力，增加粉尘的亲水性，提高除尘效率。,中国矿业大学（CUMT）,八、粉尘的光学特性,粉尘的光学特性包括粉尘对光的反射，吸收和透光程度等．在通风除尘中可以利用粉尘的光学特性来测定粉尘的浓度和分散度。通过含尘气流的光强减弱程度与粉尘的透明度和形状有关，但主要取决于粉尘粒子的大小及浓度。尘粒大于光的波长和小于光的波长对光的反射和折射的作用是不相同的．对于大小为0.6～0.7μm的粒子反射光的能力可用下式表示。,IKS/dp,式中I反射光强K常数，S单位体积内粉尘的重量浓度,中国矿业大学（CUMT）,n单位体积内尘粒的个数于是式IKS/dp可写成,IKndp,式中,K与粉尘的特性有关的物理常数。,由IKS/dp式中可以看出，尘粒大小对光线的反射能力有很大影响．当粒,径大于1μm时，光线由于直线反射而消失，光线损失与反射面面积成正比。,当粉尘浓度相同时，光强的反射值，随粒径的减少而增加。,对于尘粒大小与光波波长接近的均匀微细尘粒，其光强减弱的程度可,用下式表示,2,I,I,0,VexpKn,,）4,中国矿业大学（CUMT）,式中,I通过的光强；,I0照射的初始光强；,K系数；,n单位体积介质中的尘粒数；,V尘粒的体积；,λ光波波长。,通过上式可以看出通过介质的光强减弱的程度与波长的4次方有关，而与粒径的6次方体积的平方成反比。因此，光强的衰减与粒径有着密切联系。,对于粒径大于波长的尘粒，通过的光强服从几何光学的“平方定律”，即正比于尘粒所遮挡的横断面面积。当粒径大于1μm时，通过的光强实际,上与波长无关。,中国矿业大学（CUMT）,罗斯引入消光系数的概念，用以说明全部粒径范围的尘粒对光的吸收作用。,消光系数各种粒径尘粒对光的实际遮挡强度与按理论的几何光学“平方定律”计算的遮挡强度的比值．,罗斯对一组粉尘在粒径为0～80μm范围内进行了测试。所得的消,光系数示于图1-6。,中国矿业大学（CUMT）,通过均匀含尘的悬浊介质时的光强，可按下式确定,Iln,式中,n,I,KSL,K吸收系数。可用在光线中每kg粉尘的投影面A来表示，m/kg；S粉尘的浓度，kg／m；L光线通过的长度，m。In采样前通过滤膜的光通量，1m；I采样后通过滤膜的光通量，1m。根据罗斯提出的消光系数对A进行修正，上式就可适用于各种粒径的粉尘。,中国矿业大学（CUMT）,九、粉尘的自燃性和爆炸性,粉尘的自燃是由于粉尘氧化反应产生的热量不能及时地散发，而使氧化反应自动加速所造成的。,物料被研磨成粉料------总表面增加-----系统的自由表面能-增加-----粉尘的化学活性提高特别是提高了氧化产热的能力------一定的条件下会转化为燃烧状态。,各类粉尘的自燃温度相差很大。根据不同的自燃温度可将可燃性粉尘分成两类,第一类粉尘的自燃温度高于周围环境的温度，因而只能在加热时才能引起烧烧;,第二类粉尘的自燃温度低于周围空间的温度，甚至在不加热时都可能引起自燃。,中国矿业大学（CUMT）,这种粉尘造成火灾危险性最大。在封闭或半封闭空间内包括矿井各种坑道可燃性悬浮粉尘的燃烧会导致化学爆炸。但只是在一定浓度范围内才能发生爆炸。这一浓度称为爆炸的浓度极限。,十.粉尘的电物理性质,一荷电性,自然界中的粉尘，通常都带有电荷，使粉尘带有电荷的原因很多，诸如粒子间撞击、天然辐射，物料破碎时摩擦、电晕放电等原因而荷电.,且粉尘的正电荷与负电荷两部分几乎相等，因而悬浮于空气中的粉尘的整体呈中性。,粉尘荷电量的大小，取决于物料的化学成分和与其接触的物质，如高温可使带电量增加；高湿则减少。通常在干燥空气中，粉尘表面的最大荷电量约为2.710-9C/c㎡,而粉尘由于自然产生的电量却仅为最大荷电量的很小一部分。,中国矿业大学（CUMT）,一般而言，非金属粉尘与酸性氧化物（如二氧化硅、三氧化二,铝等）常常带正电；金属粉尘和碱性氧化物则带负电荷,美国亚利桑,那大学研究结果表明，呼吸性粉尘（8μm以下）一般带负电；大颗,粒粉尘带正电或呈电中性。,粉尘的电性质对除尘有着重要意义，目前在地面环境除尘技术,中，越来越多地利用粉尘的电性质来捕集粉尘。可是粉尘的自然荷,电由于具有两种极性，且荷电量也很少。为了达到捕集的目的，须,利用附加条件使粉尘荷电，粉尘的导电性通常用比电阻ρ表示,Vj,中国矿业大学（CUMT）,cm,式中,Vj,ρ比电阻，Ω.m;,V通过粉尘层的电压，V;,cm,j通过粉尘层的电流密度，A/cm；,δ粉尘层厚度，cm。,粉尘比电阻可用圆板电极法测出，即在两圆板电极间堆积粉尘层，在,两电极间加直流电压，测出电压、电流后，依式算出。比电阻是评定粉尘,导电性的一个指标，一般在104～1011Ω.m范围，比较适于静电除尘。,中国矿业大学（CUMT）,十一.粉尘的电化学性质,粉尘的电化学特性主要指粉尘的溶解度、pH化学活性、表面电性、电导率、,降解和残留、防腐等。,粉尘水溶液pH电导率的测定值是其溶解、电离、水解离子综合作用的结果。,矿物粉尘pH电导率是矿物表面的特征值,反映其溶解度、化学活性、表面电性、,降解和残留、防腐等方面的行为趋势。矿物粉尘在水介质中的pH电导率比值,与其粒度细成正比关系,但粒度应在不同矿尘间有差异,以多孔状矿尘较为明显。,矿物的溶解是一个包含微粒、胶粒、络合离子和离子化的复杂过程,可以用水,溶液电导率和pH的大小及其变化来表征矿物在水中的溶解性能。矿物的溶解速率,受粒度、表面活性、温度、浓度差、时间等因素影响.,中国矿业大学（CUMT）,电导率的大小主要与溶液中带电粒子的多少、种类、电荷大小以,及溶液的温度等因素有关。,物质溶液的电导率pH可反映其在水相体系中的化学活性和水质,特性。,矿尘在水溶液中的pH偏离中性点越远,其在溶液中离子浓度也越大,,反映出水相化学活性越强。电导率也是如此,由矿尘自身溶解电离和水,解的离子引起的电导率变化越大,其化学活性也越大。另外,水中矿物,迁移、沉淀、反应、产物以及地表水矿物质含量、水网水质监测均以,矿物的pH电导率为重要研究数据。、,在开放体系中由于矿尘溶解、电离、水解平衡的破坏和转移,其电势,的性质和绝对值会发生变化。在设计化学湿法除尘器时,粉尘的电化性,质应加以考虑。,中国矿业大学（CUMT）,