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    粉尘的功与过
    上传时间:2014-09-05 13:36:12

    粉尘的功与过

       

        粉尘(dust)是指悬浮在空气中的固体微粒。习惯上对粉尘有许多名称,如灰尘、尘埃、烟尘、矿尘、砂尘、粉末等,这些名词没有明显的界限。国际标准化组织规定,粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。在大气中粉尘的存在是保持地球温度的主要原因之一,大气中过多或过少的粉尘将对环境产生灾难性的影响。但在生活和工作中,生产性粉尘是人类健康的天敌,是诱发多种疾病的主要原因。

    一束阳光射入昏暗的房间,你会发现,光束中飘浮着数不清的、闪闪发光的尘埃。

    尘埃也称粉尘,几乎到处可见。土壤和岩石风化后分裂成许多细小的颗粒,它们伴随着花粉、孢子以及其他有机颗粒在空中随风飘荡。除此之外,许多粉尘乃是工业和交通运输发展的副产品;烟囱和内燃机排放的废气中也含有大量的粉尘。

    粒径小于10μm的粉尘,一般在风力作用下能长期飘浮在空中,称为飘尘;粒径大于10μm的粉尘容易沉降,故称为降尘。国际标准化组织规定,凡粒径小于75μm的固体粒子的悬浮体通称为粉尘。在空中飘尘可悬浮几小时甚至一年半载而不沉降,并可随气流飘移数千公里之遥。微小的粉尘是自然界的重要成分,它为人类做出了贡献,也带来了灾害。

    粉尘之功

    地面水通过蒸发进入大气,又经降水返回地面,从而完成了水的循环。如果空中没有粉尘,水份再大也无法凝结成水滴。因为水分子很小,由它聚合起来的水滴也很小,再加上饱合水汽压力很大,所以不易形成降水。空气中有了粉尘之后,它能吸附水汽变成溶液并形成水滴,其饱和水汽压力大大减小,使水汽易于其周围凝结,变成云、雾、雪等。在这一变化过程中,粉尘起了凝结核的作用。

    我们抬头仰望,天空中呈现的蔚蓝色尽收眼底。这也是大气中粉尘作用的结果。大家知道,阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色组成的。当阳光进入大气层后、遇到空中悬浮的粉尘和水汽就发生散射,波长越短的光越容易被散射,空气密度越大散射光越强。而空气密度是随海拔高度的增加而减小的,因此在8 000 m以下的低空,波长较短的蓝色光大量被散射,我们就可以从地面上看到秋水共蓝天一色的壮丽景观。随着海拔高度的增加,大气对阳光的散射能力越来越弱,8 000 m以上天空变为青色,13 000 m以上是暗紫色的。在2O 000 m以上,由于散射作用消失,天空就变成一片暗黑色。

    我们能看到日出和日落也是粉尘之功。当太阳出升在地平线的时候,光线穿过充满灰尘的大气,太阳比中午直射时的大得多。这时,粉尘和水汽把阳光中的蓝光和绿光散射了,而波长较长的红光则直接穿过大气,于是旭日东升或夕阳西下的绚丽便历历在目。在特定的条件下,粉尘还会创造出奇特的景观。1883年,印尼克拉克脱火山爆发,把大量火山抛入天空,那时该地区人们看到的太阳总是火红色的,这种景观持续了两年之久。1816年,印尼爪哇火山喷射出的烟尘反射和吸收了大量阳光,结果导致那一年该地区气温的降低,出现了罕见的没有夏天的奇迹,即所谓的阳伞效应。总之,没有粉尘云、雾、雨、雪将不复出现,火红的太阳和绚丽的彩虹也要消失,自然景观大为逊色。

    粉尘之过

    粉尘有功也有过,其过之一是污染大气、危害人类的健康。飘逸在大气中的粉尘往往含有许多有毒成分,如铬、锰、镉、铅、汞、砷等。当人体吸入粉尘后,小于5μm的微粒,极易深入肺部,引起中毒性肺炎或矽肺,有时还会引起肺癌。沉积在肺部的污染物一旦被溶解,就会直接侵入血液,引起血液中毒,未被溶解的污染物,也可能被细胞所吸收,导致细胞结构的破坏。此外,粉尘还会沾污建筑物,使有价值的古代建筑遭受腐蚀。降落在植物叶面的粉尘会阻碍光合作用,抑制其生长。

    粉尘其过之二是爆炸危害。相传,早在风车水磨时代,就曾发生过一系列磨坊粮食粉尘爆炸事故。到了20世纪,随着工业的发展,粉尘爆炸事故更是屡见不鲜,爆炸粉尘的种类也越来越多。据统计,19131973年间美国仅工农业方面就发生过72次比较严重的粉尘爆炸事故。1919年俄亥俄州一家淀粉厂发生粉尘爆炸,厂房几乎全部被毁,有43人丧生。日本19521975年共发生重大粉尘爆炸事故177次,累计死亡75人,受伤410人。

    10年来,国内外粉尘爆炸报道仍时有所闻。1977年美国路易斯安那州一座现代化粮库发生爆炸,造成一半以上粮食简仓被毁,连办公大楼也未幸免,36人死亡,直接经济损失达3000万美元。英国和加拿大在化工和造纸等行业中也发生过多起粉尘爆炸事故,仅英国就243次,死伤204人。

    1987315日,哈尔滨亚麻纺织厂发生的爆炸事故,死亡56人,伤179人,厂房设备严遭破坏。

    人们不禁要问,微小的粉尘为什么会爆炸呢?这是因为粉尘和其他物质一样也具有一定能量。由于粉尘的粒径小,表面积大,从而其表面能也增大。一块1 g重的煤其表面积只有5150px2,而1 g的煤粉飘尘,其表面积可达2m2。粉尘与空气混合,能形成可燃的混合气体,若遇明火或高温物体,极易着火,倾刻间完成燃烧过程,释放大量热能,使燃烧气体骤然升高,体积猛烈膨胀,形成很高的膨胀压力。燃烧后的粉尘,氧化反应十分迅速,它产生的热量能很快传递给相邻粉尘,从而引起一系列连锁反应。粉尘发生爆炸必须具备一定的条件,归纳起来不外乎燃料、氧气和温度,现分述如下:(1)粒径大小──这是影响其反应速度和灵敏度的重要因素。一般,颗粒越小越易燃烧,爆炸也越强烈。粒径在200 μm以下,且分散度较大时,易于在空中飘浮,吸热快,容易着火。粒径超过500μm,其中并含有一定数量的大颗粒则不易起爆。(2)化学成分──据实践分析,有机物粉尘中若含有COOHOHNH2NOC=NC=NN=N的基团时,发生爆炸的危险性较大;含卤素和钾、钠的粉尘,爆炸趋势减弱。(3)粉尘浓度──在一个给定容积中,能够传播火焰的悬浮粉尘的最小重量称为爆炸浓度。通常,达到粉尘爆炸浓度的粉尘才会发生爆炸。经验告诉我们,面粉的爆炸浓度约为1520 gm3,散粮爆炸浓度大约是3040gm3。(4)空气湿度──当空气湿度较大时,亲水性粉尘会吸附水份,从而使粉尘难以弥散和着火,传播火焰的速度也会减小。湿度大的粉尘即使着火,其热量首先消耗在蒸发粉尘中的水份,然后才用于燃烧过程。一般认为,粉尘湿度超过30%便不易起爆。(5)有足够的点火温度──粉尘爆炸大都起源于外部明火,如机械撞击、电焊和切割、静电火花或电火花、摩擦火花、火柴和高温体传热等。这类火源最低点火温度为300500 。(6)足够的氧气──粉尘悬浮环境中需含有足够维持燃烧的氧气。(7)粉尘紊动程度──悬浮在空气中的粉尘,紊动强度越大,越易吸收空气中的氧气而加快其反应速率,从而容易爆炸。

    粉尘虽然会发生爆炸,但若采取可靠的措施还是可以避免的,防范的措施应着眼于发爆的条件:控制粉尘浓度;杜绝起燃点;减低空气中氧的浓度;采取有效降尘措施;建立预报系统;设置爆炸压力泄放口等。此外,在管理上建立必要的规章制度,落实管理措施也是非常必要的。

    水能载舟,亦能覆舟。粉尘亦然。没有粉尘就没有云、雾、雨、雪,我们生存的环境就会变得非常恶劣:大地一片光秃,满足尽是黄沙,水源日益枯竭,人类和生物甚至无法生存。然而,粉尘又给我们造成污染和公害,严重危胁人体健康和生命安全。如何趋利避害,使粉尘为人类服务?人类是自然界的主人,只要认真吸取以往的经验教训,大力开展科学研究和技术革新,粉尘污染和粉尘爆炸是可以避免和防治的。

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