粉尘(DUST)

较长时间悬浮于空气中的固体颗粒物惯用的总称，又称尘。公认粉尘粒径小于75μm。严格地命名，粉尘只是指由固体物料经机械撞击、研磨、碾轧而分散形成的颗粒物。

形成 在矿石采掘、铲运、破碎和粉料筛选等生产工艺中产生，其粒径大部分为0.25～20μm，其中绝大部分为0.5～5μm。金属在熔炼过程中产生的氧化物或升华、凝结形成微粒，燃料在燃烧过程中产生的微粒则称为“烟”(英文中fume指金属熔炼过程中产生的烟，smoke指燃烧过程中产生的烟)，一般也被泛指为“烟尘”，其粒径常小于1μm，多数为0.01～0.1μm。蒸汽冷凝或溶液受冲击形成溶液粒子，其粒径为0.01～10μm，称“雾”或“霭”(英文misf指液体蒸发或破碎形成的液粒，fog指大气中水蒸汽凝结成的液粒)，雾、霭中的液体蒸发后残留的尘粒或凝结的溶质悬浮于空气中仍称为“尘”，例如各种熔渣水淬，对各种高温物料喷水冷却或是喷漆作业等生产过程产生这种粉尘。大气中一些气态物质在特定条件下，经过物理、化学反应形成固态粒子，其粒径往往在0.005～0.05μm之间，称作“烟雾”(smog)，亦属“尘”。自空气中沉降或析出的固体颗粒虽已非悬浮颗粒物，但被混称为粉尘，实际上沉积粉尘的集合体应称作粉料或粉体，在环境科学中称为“落尘”或“降尘”。按胶体化学观点，含尘空气中的空气是分散介质，固体尘粒是分散相，因而含尘空气可被视为在空气中分散有固体微粒的“气溶胶”(aerosol)，含尘空气与气溶胶的区别是含尘空气中粉尘粒径可达75μm，而气溶胶中的粉尘粒径则一般小于1μm。由于空气动力学分析直径小于10μm的粉尘在大气中能长期地悬浮，环境科学中称这种粉尘为“飘尘”(suspended paticle)。

危害 粉尘随呼吸进入人体，其中一部分沉着于肺部经长期积累，而导致尘肺病(见尘肺、矽尘、呼吸性粉尘)；有些粉尘含有毒物质或放射性物质，吸人人体可产生中毒症状或放射性疾患(见有毒粉尘、放射性粉尘、职业中毒、放射性疾病)；有些粉尘系易燃、易爆物质，在空气中的浓度达到爆炸界限且有火源的条件下，会引起粉尘爆炸(见爆炸性粉尘)；空气中存在大量粉尘尚会降低能见度；粉尘还会使机械、设备受到磨损。为此，必须采取相应的防尘措施，以减轻粉尘的危害性。

分类 粉尘通常按其组成、粒径、形状和物理化学特性进行分类。

按物质组成分类 分为有机尘、无机尘、混合尘。有机尘包括植物尘、动物尘、加工有机尘；无机尘包括矿尘、金属尘、加工无机尘等。冶金企业中的粉尘主要是矿尘、金属尘、加工无机尘、燃料尘和有机尘。进而细分，矿尘又可分为矽尘、放射性矿尘，含铁、铜、铅、锰等的矿物粉尘。金属尘又可分为铁、铜、铅、锰等金属及其氧化物粉尘；加工无机尘又可分为烧结、耐火、水泥、炭素粉尘；燃料尘包括煤尘、焦炭尘、重油烟、燃气燃烧产生的烟尘；有机物尘包括蒽、萘等有机物原料或产品所产生的粉尘。

按粒径分类 按尘粒大小或在显微镜下可见程度分为：粗尘，粒径大于40μm，相当于一般筛分的最小粒径；细尘，粒径10～40μm，在明亮光线下肉眼可以见到；显微尘，粒径0.25～10μm，用光学显微镜可以观察；亚显微尘，粒径小于0.25μm，需用电子显微镜才能观察到。不同粒径的粉尘在呼吸器官中沉着的位置也不同，从这方面又分为：可吸人性粉尘(inhalable Particulate)，即可以吸人呼吸器官，空气动力学直径小于15μm的粉尘；呼吸性粉尘(respirable dusf)，可以吸入肺泡，一般认为空气动力学直径小于10μm的粉尘；微细粒子(fine particle)，即空气动力学直径小于2.5μm的细粒粉尘，沉降于肺泡中者绝大部分是这类粉尘。

按形状分类 不同形状的粉尘可以按粒子长、宽、高的比例分为三类。(1)三向等长粒子，即长、宽、高的尺寸相同或接近的粒子，如正多边形及其它与之相接近的不规则形状的粒细子。(2)片形粒子，即两方向的长度比第三方向长得多，如薄片状、鳞片状粒子。(3)纤维形粒子，即在一个方向上长得多的粒子，如柱状、针状、纤维状粒子。

按物理化学特性分类 由粉尘的湿润性、粘性、燃烧爆炸性、导电性、流动性可以区分不同属性的粉尘。按粉尘的湿润性分为湿润角小于90°的亲水性粉尘和湿润角大于90°的疏水性粉尘；按粉尘的粘性力分为拉断力小于60Pa的不粘尘，60～300Pa的微粘尘，300～600Pa的中粘尘，大于600Pa的强粘尘；按粉尘燃烧、爆炸性分为易燃、易爆粉尘和一般粉尘；按粉尘的导电性和静电除尘的难易分为大于1011Ω•cm的高比电阻粉尘，104～1011Ω•cm的中比电阻粉尘，小于104Ω•cm的低比电阻粉尘；按粉料流动性可分为安息角小于30°的流动性好的粉尘，安息角为30°～45°的流动性中等的粉尘及安息角大于45°的流动性差的粉尘。

参量 影响粉尘性质及其危害性的参量有粒径、成分、形状、密度、比表面积和粉尘浓度。

粒径 粉尘粒径影响粉尘悬浮、扩散、附着等物理特性，也是粉尘能否被吸人人体的决定因素，为粉尘的重要参量。形状规则的粉尘，如球形颗粒可以用直径表示，正方形颗粒可以用一边边长表示。但工业生产中产生的大多数粉尘颗粒形状是不规则的，只能以一定的几何或物理当量径来表示。当用显微镜观察时，获得定向投影径，用筛分分级方法获得筛分径。与粉尘某一实测几何量(如投影面积、体积、表面积、周长等)相当的球形颗粒粒径称为该粉尘相应几何量的当量径(如等投影面积径、等体积径、等表面积径、等周长径等)；与粉尘某一实测物理量(如运动阻力、沉降速度等)相当的球形颗粒粒径称为该粉尘相应物理量的当量径(如等阻力径、等沉降径等)；尘粒沉降速度与密度为1g／cm3的球形粒子终端沉降速度相当时，以球形粒子的直径作为该尘粒的空气动力径。生产过程中产生的粉尘是由多种不同粒径粉尘组成的集合体，常用不同粒径范围内的粉尘个数或质量占全量的百分比来表示，称为粉尘的数量或质量频率分布或分散度。当一个集合体中粉尘粒子粒径基本相同时叫单分散相粉尘，反之称多分散相粉尘。多分散相粉尘的粒径频率分布或分散度可以用表格、直方图或频率曲线、累计频率曲线来表示，也可以近似地用一些分布函数表示。常用的分布函数有正态分布函数、对数正态分布函数、罗辛–勒姆拉(rosin–rammler)函数等。往往还用一些代表粒径来代表多分散相粉尘，常用的有平均径、中位径和最大频率径。以粉尘的不同几何量(直径、表面积、体积)的总合除以粉尘的颗粒数获得各几何量(直径、表面积、体积)平均径；将粉尘分为质量或数量相同两部分的界限粒径称为该粉尘的质量或数量中位径，常以d50表示；出现频率最高的粒径值称该粉尘的最大频率径。

成分 组成粉尘物质的组分。它决定粉尘的性质及其危害性，常以各种物质重量百分数表示。粉尘中有害成分，如游离二氧化硅、有毒物质、放射性物质、易燃易爆物质等的含量与防尘技术密切相关，需要经过检测判明。

形状 不同粉尘形状各异(见图中a～j)，一般都是非球形的。为了评价其对球形的偏离程度，应用了“球形系数”，球形系数是指同样体积球形粒子的表面积与尘粒实际表面积之比。球形粒子的系数为1，其它形状粒子系数均小于1。

粉尘形状图

a–氧化锌尘粒；b–氧化锰尘粒；c–青石棉尘；d–煤尘；e–亚甲基蓝尘；f–氯化钠尘；

g–白刚玉α–Al2O3尘；h–炭黑尘；i–硅铁合金粉尘；j–氧化铁粉尘

密度 单位体积粉尘的质量，有真密度、假密度、堆积密度之分。不包括存在于粉尘颗粒内部封闭孔洞的情况下，单位体积密实粉尘的质量称真密度；包括存在于尘粒内部封闭孔洞体积的密实粉尘，其单位体积的质量称为假密度，或称为表观密度。物料经机械性研磨、破碎形成的粉尘一般无内部的封闭孔洞，这些粉尘真假密度相等。单位体积松散粉尘的质量称为粉尘的堆积密度。

比表面积 单位质量粉尘的表面积称比表面积。比表面积与粒径成反比，粒径越小，比表面积愈大。比表面积对粉尘表面活性、附着、吸附、燃烧、爆炸等特性均有影响。

浓度 单位空气体积中粉尘的量。粉尘浓度是衡量空气污染程度的重要指标，与作业人员罹患疾病和粉尘爆炸界限等有关。粉尘浓度分数量浓度和质量浓度。数量浓度是单位体积空气中粉尘的颗粒数，单位为n／cm3；质量浓度是单位体积空气中的粉尘质量，单位为mg／m3。在大多数场合下采用质量浓度，但对洁净车间或石棉等粉尘仍用数量浓度。

特性 粉尘有很多特殊的属性，其中对防尘密切相关的有悬浮特性、扩散特性、附着特性、吸附特性、燃烧和爆炸特性、电特性、光特性以及粉料的流动特性等。

悬浮特性 在静止空气中，尘粒受重力作用而沉降。当尘粒较细，沉降速度不高时，可按斯托克斯(stoke’s)公式求得重力与空气阻力大小相等、方向相反时尘粒的沉降速度，称尘粒沉降的终端速度。计算公式为Vf=ρp•d2g／18μ。式中g为重力加速度，m／s2；ρp为粒子密度，kg／m3；μ为空气粘性系数，Pa•S；d为粉尘粒径，m。若再附加一些修正因素，计算密度为1、球形粒径为1μm尘粒的终端沉降速度为0.0035cm／s；粒径10μm的尘粒的终端沉降速度为0.31cm／s。实际空气绝非静止，存在各种扰动气流，因而可以视小于10μm的尘粒能长期悬浮于空气中。即便是大于10μm的尘粒，当处于上升气流中，若流速达到尘粒终端沉降速度，尘粒也将处于悬浮状态，该上升气流流速称为悬浮速度。作业场所存在自然风流、热气流、机械运动和人员行动而带动的气流，使尘粒能长期悬浮。

扩散特性 微细粉尘不仅可随气流携带而扩散，即使在相对静止的空气中，尘粒受到空气分子布朗运动的不断撞击也能形成类似于布朗运动的曲折位移。对于0.4μm的尘粒，单位时间布朗位移的均方根值已略大于其重力沉降的距离；对0.1μm的尘粒，布朗位移的均方根值相当于重力沉降距离的40余倍。这种运动使粉尘粒子不断由高浓度区向低浓度区扩散，也是尘粒流经微小通道向周壁沉降的主要原因。粒子受到热与光的辐照或存在于有温差的环境中，空气分子的布朗撞击使粉尘粒子向低受能面的一面移动，这一现象称为粒子的热致迁移或热泳(thermophoresis)以及光致迁移或光泳(photophresis)。

附着特性 尘粒有粘附于其他粒子或其他物质表面的特性。主要附着力有三种，即范德华(Vander waals)力、静电力和液膜的表面张力。微米级尘粒的附着力远大于重力，由于存在这一特性，当悬浮尘粒相互接近时，彼此吸附聚集成大颗粒，当悬浮微粒接近其它物体时即会附着其表面，必须有一定的外加力才能使其脱离。集合的粉尘体之间亦存在粉体间的吸附力，一般称为粉尘的粘性力，若需将集合的粉尘体拉断或是由沉积物上剥离，必须施加必要的拉断力。

吸附特性 范德华力使尘粒表面有吸附气体、蒸汽和液体的能力，粉尘粒子表面吸附气体与蒸汽的量是气体、尘粒物质性质和气体压强、温度等的复杂函数，通过试验才能获得准确的吸附量。粉尘颗粒愈细，比表面积愈大，单位质量粉尘表面吸附的气体和蒸汽的量愈多。单位质量粉尘粒子表面吸附水蒸气量用以衡量粉尘的吸湿性，该性质与粉尘粒子间的附着力密切关联。当液滴与尘粒表面接触，除存在液滴与尘粒表面吸附力外，液滴尚存在自身的凝聚力，两种力量平衡时，液滴表面与尘粒表面间形成湿润角，表征尘粒的湿润性能。湿润角愈小，表示液体易于向尘粒表面铺开，粉尘湿润性好；反之，说明粉尘湿润性差。

燃烧和爆炸特性 物料转化为粉尘，比表面积增加，提高了物质的活性，在一定条件下，可燃粉尘氧化放热反应速度超过其散热能力，最终转化为燃烧，称粉尘自燃。当易爆粉尘浓度达到爆炸界限并遇明火时，产生粉尘爆炸。煤尘、焦炭尘、铝、镁和某些含硫分高的矿尘均系爆炸性粉尘。

电特性 由于天然辐射，离子或电子附着，尘粒之间或粉尘与物体之间的摩擦，或由物料转化为粉尘的过程中，粒子与物料脱离等原因，使尘粒带有电荷。其带电量和电荷极性(负或正)与工艺过程、环境条件，粉尘化学成分及其接触物质的电介常数等有关。尘粒在高压电晕电场中，依靠电子和离子碰撞或离子扩散作用使尘粒得到充分的荷电。粉尘成分、粒度、表面状况等决定粉尘的导电性。当温度低时，电流流经尘粒表面称表面导电；温度高时，尘粒表面吸附的湿蒸汽或气体减少、施加电压后电流多在粉尘粒子体中传递，称体积导电。面积为1cm2、厚1cm的粉尘层的电阻值称为比电阻，单位为Ω•cm，用以表示粉层的导电性。

光特性 光通过含尘空气会被吸收和散射。影响光吸收或散射的主要因素在于尘粒大小和光波波长。光线照射远大于可见光波长的尘粒，例如粒径大于2μm，服从以光吸人为主的兰伯特贝尔定律；照射远小于可见光波长的尘粒，例如小于0.05μm，产生散射现象，服从瑞利光散射定律；与可见光波长相近的粒径，即0.1～1μm的尘粒，其光的传递特性需用复杂得多的梅(Mie)理论来描述。

流动特性 尘粒的集合体在受外力时，尘粒之间发生相对位置移动，近似于流体运动的特性。粉尘粒子大小、形状、表面特征、含湿量等因素影响粉料的流动性，由于影响因素多，只能通过实验评定粉料的流动性能，粉料自由堆置时，料面与水平面间的交角称安息角，安息角的大小在一定程度上能说明粉料的流动性能。此外，尚可用流动速度或流动性指数法来评价粉料的流动性。