> Техника, страница 75 > Пыль

Пыль

Пыль. В обычном, принятом в технике понимании этого термина П. называются газодисперсные системы (или только дисперсная фаза этих систем), в которых диаметр взвешенных пылевых частиц колеблется от ОД миллиметров (мелкие песчинки и каменная П., носящиеся в воздухе в ветреный день) до 0,00001 миллиметров (частицы сигарного дыма). В более строгом физич. смысле термином П. обозначают лишь газодисперсные системы (аэрозоли) с диаметром твердых или жидких частиц порядка ОД-Д0,01 миллиметров; системы же с частицами меньших размеров рассматривают как дымы и туманы (смотрите).

Атмосфера непрерывно получает большие количества II., частицы почвы поднимаются в воздух под действием ветра, частицы золы и копоти поднимаются из труб фабрик и з-дов и долго удерживаются в воздухе прежде чем вновь опуститься на землю. При извержениях вулканов мелкая П. заносится мощными воздушными токами в верхние слои атмосферы и при благоприятных воздушных течениях может оставаться в суспендированном состоянии“ в течение ряда лет. Кроме П. земного происхождения в атмосферу поступает также П. из межпланетного пространства—распыленные продукты распада метеоритов и потоки П. с солнца. При диам. частиц >1 μ П. сравнительно скоро осаждается из воздуха и рассматривается как временное загрязнение; пыль из частиц с диам. < 1 μ очень долго остается в суспендированном состоянии и называется постоянным загрязнением. Запыленность атмосферы можно разделить на 4 основных слоя. Первый, относительно густой пылевой слой расположен непосредственно над землей и простирается примерно на 1 км от поверхности земли. Пыль в нем большей частью грубая, легко оседающая. Второй слой имеет высоту почти до 4 км и состоит из более мелких частиц, уносимых вверх конвекционными воздушными токами. Третий слой занимает пространство по высоте 4— 10 км и состоит из очень мелких частиц П., поднимающихся на такую высоту из нижних слоев лишь в исключительных случаях в результате циклонов или вулканич. извержений, создающих восходящие токи воздуха огромной силы. Еще выше расположен слой П. космического происхождения; ино гда к ней примешивается земная пыль, поднимаемая на такую высоту при исключительно сильных извержениях; этот последний слой П. простирается до самых границ земной атмосферы.

Во многих производствах нормальная запыленность воздуха значительно увеличивается пылью,образующейся в процессе производства. П. в промышленности образуется в большинстве случаев путем дезинтеграции твердого или жидкого тела и может состоять из частиц обрабатываемого материала и орудий производства. Если обычная уличная П. очень разнообразна по своему происхождению и состоит из обрывков тканей, волос, насекомых, частиц почвы, сажи и копоти, органич. веществ от отбросов и гниющих листьев и растений, плесневых спор, пыльцы растений и цр., то производственная П. большей частью однородна и по своему составу всегда характерна,для данного вида производства. Различные виды производственной П. можно классифицировать по происхождению следующим образом:

вая, льняная, джутовая, хлопковая, древесная, табачная, мучная, сахарная, уголь-„ ная и прочие.

Шерстяная, роговая, костяная, меховая, кожаная, пуховая Железная, чугунная, стальная, медная, цинковая, свинцовая! и прочие Наждачная, песчаная, цементная, ультрамариновая, пикриновая, стеклянная, фарфоровая, известковая и прочие.

Различают 3 состояния производственной П. во взвешенном состоянии в зависимости от размеров составляющих аэрозоль частиц, иными словами—от степени дисперсности. 1) П., диам. частицк-роипревышает 10~³см; в неподвижном воздухе такие частицы оседают с возрастающей скоростью и не диффундируют. 2) П., в которой диаметр частиц колеблется от 10^-Здо 10^-5 см; такие частицы оседают в неподвижном воздухе с постоянной скоростью, пропорциональной их уд. весу и квадрату радиуса (закон Стокса, см. Дымы и туманы), и практически также не способны диффундировать. 3) Дымы, в которых диам. частиц колеблется от 10^-5 до 10^-7 см; таким частицам свойственно активное броуновское движение, то есть способность к самостоятельной диффузии; в неподвижном воздухе практически их можно считать не-осаждающимися.

Санитарное значение П. зависит от ее происхождения, химич. состава, степени растворимости, формы частиц, твердости и в значительной мере от размера пылевых частиц. По размеру частиц санитарное значение П. можно характеризовать след, обр.: частицы меньше 0,2 μ заносятся в легкие с трудом и встречаются в них редко: санитарное значение их ничтожно. Частицы порядка 0,2—δ μ легко заносятся в легкие и больше всего остаются в них; наиболее вредны в санитарном отношении. Частицы

5—10 μ могут заноситься в легкие, но встречаются в них редко. Частицы 10—50 μ в легкие почти не проникают, т. к. задерживаются верхними дыхательными путями; санитарное значение их невелико. Частицы

А. Орга-пич. П.

Б. Неорга-нич. П.

I. Раститель-ί ная 1

II. Животная

I. Металлическая

II. Минеральная

-!

более 50 μ в легкие не проникают; их санитарное значение ничтожно. Количество II. в воздухе зависит от ряда причин. Главным источником пылевыделения в наружный воздух является верхний покров почвы. Поэтому в городах при отсутствии мостовых или при наличии мостовых из легко истирающегося материала, а также вне городов при незначительности растительного покрова (особенно когда верхний слой почвы состоит из мелких частиц глины, лёсса или ила, например в нек-рых областях Средней Азии, Аравии и др.) значительные количества П. поднимаются в воздух. Количество П. увеличивается в сухую погоду и в ветреные дни. При снежном покрове количество П. в воздухе резко снижается. В сельских местностях и над морем содержание П. в воздухе не более 1 мг/м³ воздуха, в промышленных центрах оно доходит до 5 мг/м³, а иногда бывает и значительно больше. Количество, размеры и состав нек-рых видов П. в различных промышленных производствах приведены в таблице 1.

размеров и с более высокой t° или более длительно действующий; 3) пыль, в которой при условиях, существующих на фабриках и заводах, пламя обычно не распространяется. Из технич. материалов наиболее легко воспламеняющимися являются следующие: сахар, декстрин, крахмал, какао, рис, солод, мука, кукуруза, чай, а также нек-рые сорта угля. Распространение горения в облаке П. зависит от скорости горения, уд. теплоемкости и теплопроводности пылевого облака. Чем меньше частица пыли, тем больше ее удельная поверхность, способствующая более легкому и более быстрому соединению· с окружающим частицу кислородом. С другой стороны, чем мельче частицы, тем (при одной и той же весовой концентрации) они расположены ближе друг к другу и легче передают начавшееся горение от одной частицы к другой по всему облаку. Мелкие частицы с поперечником < Юр⁵ см, присутствующие в нек-ром количестве во всякой П., находятся в активном броуновском движении и способствуют более быстрой

Таблица 1. — Характер различных видов производственной пылп и ее содержание в воздухе рабочих помещений.

1		Содерш.	Число пылинок	%-ное содержание пылинок
№	Место, где взята проба П*1.	пыли в мг1мз		различного размера				Примечание
		воздуха	В 1 см3	ДО 2 μ	2-г-6 μ	7-Т-10 μ	>10 μ
1	Ультрамариновый завод, про-
	сеивательное отделение.	412—1 176	—	14,6	30,1	26,7	28,6	Частицы исклю-
	Канатный завод, ческа пеньки							чительно синего цвета
2		82,4—86,2	—	56,7	11,5	10,4	21,4	Смешанная П.
								вая и почвенная
3	Монетный двор, отделение
	плавильных печей.	5,9-14,4		58,84	23,04	11,86	6,26	Металлич. пыль Найден свинец до 3 мг
4	Катушечный завод, у шкуро-
	вального стола.	451—496		64,4	18,7	11,0	5,9	Древесная П., стекло, наждак
5	Завод карбида кальция, у дро-
	билки ..	9,8—25,6		10,8	17,1	21,7	50,4	Карбид кальция,
								уголь и известь
6	Табачная фабрика, трясильные
	машины..	75-254	1 700—2 000	41.6*2	37.4*з	11,4*4	9,6	Содержание ни-
								котина в П.
								1,23—1,34%. Золы ~ 40%.
7	Льночесальное отделение.	43,46	570	48,6*2	41,9*з	6,87*4	2,63

*¹ Пробы Ш· 1, 2, 3, 4, 5, 7 брались в воздухе помещения: проба № в бралась в вытяжном воздухе. *2 До 1 μ. *3 1-^5 μ. *4 6-К10 μ.

Содержание Ιϊ. в воздухе промышленных предприятий необходимо доводить до возможно малой концентрации, т. к. она вызывает целый ряд хронических заболеваний (главным образом дыхательных и пищеварительных органов) и кроме того при известных условиях способна воспламеняться и ать с большой силой.

Воспламеняемость и ы. П. Уилер (Wheeler), основываясь на результатах своих опытов, разбил различные виды П. на три класса по способности воспламеняться: 1) легко воспламеняющаяся пыль с быстрым распространением пламени; источник тепла, необходимый для воспламенения, может быть очень незначительным, например зажженная спичка ; 2) П. загорающаяся легко, но для распространения пламени требующая источник тепла бблыпих передаче начавшегося горения. Из этого· ’ ясно, что воспламеняемость П. увеличивается вместе с увеличением ее измельченности. Вместе с тем существует оптимальная концентрация П., обусловливающая наиболее· быстрое и полное горение, а также верхний и нижний пределы концентрации, за которыми пыль перестает воспламеняться и ать. Обычно предельная (низшая) чатая концентрация П. во много раз: превышает нормальную концентрацию П. в воздухе промышленных предприятий. Так наир., минимальная концентрация, при которой угольная П. становится чатой, колеблется в пределах 23—40 з на м³ в зависимости от характера угля. В наиболее чатых видах П. низший предел чатой концентрации колеблется в пределах от 50 до 2 з/.w³ (табл. 2).

Таблица 2.—М инимальная концентрация П., способная дать.

Пыль	В мг/л воздуха
	Раска лен. тело	Вольт. дуга	Искра от ИНДУ кц. тока
Крахмал .. Маисовый элеватор.. Пшеничный элеватор. Сера.. Сахар .. Алюминий. Каменный уголь.	7 10,В 10,3 7.0 10,В 7.0 17,2	10.3 10.3 10.3 13,7 17,2 7,0 24,1	13.7 13.7 *1 13.7 34,4 13.7 *2

*1 Не дает хорошего распространения. *- Нет возгорания.

Строение частиц и химический состав II. тоже влияют на воспламенение и горение. Рыхлые, пористые частицы легче адсорбируют кислород и поэтому легче загораются и быстрее сгорают. Пары горючих веществ способствуют воспламенению и горению П., а влага, отнимая тепло на испарение, замедляет горение. Таким же задерживающим горение свойством обладают инертные вещества, содержащиеся в П., которые характеризуются зольностью П. Поэтому увлажнение и примешивание к чатой П. инертной П. часто практикуется в некоторых пыльных производствах. То же достигается введением в аэрозоль инертного газа, еапр. дымовых газов; этим снижается концентрация кислорода в дисперсионной среде до предела, недостаточного для воспламенения аэрозоля. Воспламенение П. происходит обычно под влиянием каких-либо источников нагревания, но иногда может произойти самовозгорание П. в результате интенсивного окисления или от электрич. разряда внутри облака П., наэлектризованного вследствие трения частиц. Для предотвращения воспламенения и а пыли в промышленных предприятиях необходимо предпринимать целый ряд предупредительных мер, т. к. борьба с уже начавшимся горением П. безуспешна в виду большой скорости горения и зачастую сопровождающих горение ов. Основными мерами предупреждения воспламенения и а являются: недопущение опасной концентрации пылевого облака в воздухе помещения или внутри кожуха машины, проса-сывание через помещение или через кожух воздуха в объёме, достаточном для соответствующего разбавления концентрации П., а также содержание в чистоте помещений и машин (своевременная уборка накопляющейся П.) и устранение возможных источников нагревания. В вентиляционных установках для удаления чатой П. необходимо вентилятор помещать после фильтра, так как нередки случаи, когда ы происходили от искры, образовавшейся от случайного задевания крыла за кожух вентилятора. При вальцовых и др. раздробляющих аппаратах для устранения возможности-воспламенения от искры, образовавшейся при случайном попадании в аппарат железных или стальных частиц, ставят магнитные задерживающие приспособления, а также делают приспособления для предотвращения закупорки транспортных устройств при задержке движения раз- I

дробленного материала. Пользование незащищенным пламенем в помещениях, запыленных горючей П., должно быть запрещено; электрические лампы надлежит заключать в предохранительные стеклянные колпаки. Все нагретые поверхности, в том числе и приборы отопления, должны систематически очищаться от оседающей на них П., лучше всего пылесосами, т. к. последние не дают пылевого облака, образующегося при сметании и сдувании П. Опасность воспламенения П. от вольтовой дуги, образующейся при коротком замыкании в электропроводке или при перегорании предохранителей и выключении рубильников, должен быть устранена устройством закрытых предохранителей и выключателей и тщательным надзором за электропроводкой. Накопление статического электричества должно быть устранено надежным заземлением соответствующих частей оборудования. Наконец там, где предотвратить облака пыли с опасной концентрацией невозможно, остается примешивать к пылевому облаку инертный газ или инертную П. Для предотвращения распространения уже начавшегося а в транспортных системах устраивают приспособления для постоянного разобщения отдельных участков системы друг от друга (в виде постоянного заполнения всего сечения материалом, применения вращающихся клапанов и т. д.) и на каждом изолированном участке ставят трубу достаточного сечения. Труба имеет клапан, легко открывающийся в атмосферу даже при незначительном повышении давления в системе, благодаря чему падает образовавшееся при е избыточное давление и сохраняется в целости транспортная система.

Исследование П. Физич. структура П. определяется размерами частиц ее дисперсной фазы (степенью дисперсности), числом частиц в 1 см³, а также характером и скоростью их движения в дисперсионной среде. Размеры частиц П. могут· быть определены путем осаждения их на экране—предметном стекле микроскопа, покрытом слоем глицерина, вазелина, масла или канадского бальзама, после чего производят подсчет частиц (с разбивкой их на % по характерным размерам—см. табл. 1).

Для определения числа пылинок в 1 см³ воздуха Пальмер предложил метод, при котором определенный объём воздуха протягивается через промывалку, где происходит тесное перемешивание П. с мелкими брызгами воды, после чего подсчитывается число частиц в определенном объёме воды. Метод недостаточно точный; лучшие результаты получаются при более крупных частицах, а также при небольшом их числе в 1 см³ воздуха. Аппарат Айткена для определения числа пылинок в 1 см,³ воздуха основан на насыщении воздуха водой и конденсации ее на пылинках под влиянием охлаждения, вызванного внезапным расширением воздуха. Счетчик П. Айткена (фигура 1) состоит из стеклянного шара а, в котором испытуемый воздух сперва насыщается парами воды, а затем охлаждается путем адиабатического расширения, производимого насосом б. Образовавшиеся на пылинках капельки воды оседают на микрометре в из полированного серебра; микрометр разме-

ром в 1 см² разграфлен на миллиметров². Освещение производится источником света г через водяную линзу д. Объем воздуха, находящийся непосредственно над в, точно равен 1 см³; поэтому число капелек, осевших на микрометре, соответствует числу ядер конденсации (пылинок), находившихся в 1 см³ воздуха. Их подсчет производится с помощью линзы е. При определении запыленности какого-нибудь образца воздуха шар а предварительно наполняют обеспыленным воздухом через фильтр ж; этот воздух путем расширения испытывают на присутствие П.; шар опорожняют и вновь наполняют до тех пор, пока воздух в нем не окажется свободным от П. Испытуемый воздух хранится в колбе з. Из бюретки наливают в градуированную воронку и 1 см³ воды при закрытых кранах к и л; затем открывают кран к до тех пор, пока уровень воды в и вновь не дойдет до метки. После этого открывают кран л и пыльный воздух засасывается в шар а вместе с нек-рым количеством свободного от П. воздуха из ж. Выждав нек-рое время, чтобы воздух успел насытиться водяными парами, производят расширение, вновь выжидают, пока х^апельки осядут на микрометре, и производят их подсчет. Для надежности определения необходимо, чтобы число капель

предварительно разбавляют большим количеством чистого воздуха, а затем уже вводят 1 см³ смеси в камеру для расширения. Число ядер конденсации в I см³ испытуемого воздуха получается умножением числа капелек, сосчитанных на 1 миллиметров², на 100 (объём испытуемого воздухα= 1 еж⁸), на степень разведения чистым воздухом и на степень расширения. Если степень расширения сравнительно велика (v₂ : v₁y 1,25), то ядрами конденсации могут служить сами газовые ионы и данные о концентрации П. получатся преувеличенными. Для работ на производстве при многочисленных заборах проб П. в короткое время наиболее удобен метод удара о стекшо с липкой поверхностью, как это сделано в кониметре

Котце, или метод совместного действия удара и конденсации влаги на пылевых частицах, как это осуществлено в счетчике пылевых частиц Оуенса. На фигуре 2 изо

бражен общий вид кониметра Котце. Поршневой насос с емкостью цилиндра а в 5 см³, поршень которого приводится в действие спиральной пружиной б, задерживаемой в сжатом состоянии и освобождаемой в нужный момент спуском в, просасывает запыленный воздух через заборную щель г в камеру д и соединительный канал е. Пыльный воздух проходит с большой скоростью через канал з, ударяется о стекло ою, смазанное лит-сим веществом, и прилипает к нему.

Стекло в виде круясочка прижимается пружиной з к эбонитовому кольцу и и может с помощью руч1си с червякюм к и зубчатой нарезки на кольце л поворачиваться и подводить к отверстью з 1саждый раз новый участок стекла. Циферблат, нанесенный на кольце с зубчатой нарезкой, служит для фиксирования определенного места на стекле. Цифра видна через отверстие м в ме -таллич. крыпше. Достоинствами кониметра Котце являются большая портативность прибора,возможность брать подряд значительное число проб без перезарядки прибора, постоянная схсорость просасы-вания воздуха и полнота задержания" П. (до 100%); недостатками являются— малый объём засасываемого насосом воздуха, затруднительность подсчета частиц под микроскопом при значительном их содержании (>600—800 в см³) и смазывание дипким веществом, что вносит известные неудобства и стеснение при работе с различными П. Аппарат Оуенса (фигура 3) представляет

Фигура з. собою ручной поршневой насос (на фигура не изображен), привинчиваемый к отверстью с резьбой ж. Рабочий объём цилиндра насоса равен 50 см³. Воздух в зависимости от запыленности (чтобы ясно была заметна невооруженным глазом пыльная д о р о ж-к а) одним быстрым качанием или несколькими, следующими с нек-рыми промежутками друг за другом, просасывается через трубку а, затем через узкую щель б шириной в 0,1 миллиметров и длиной 10 миллиметров и каналы в Проходя трубку а, стенки которой обложены влажной фильтровальной бумагой, придерживаемой пружиной г, воздух насыщается водяными парами; поступая через щель б со скоростью до 2,5 хЮ⁴ ом/ос в камеру осаждения П., он резко расширяется и охлаждается. Водяные пары конденсируются на пылинках, и при столкновении с покровным стеклом д пылинки легко к нему прилипают. Покровное стекло прижимается пружиной е; ж—место соединения насоса с камерой. Подсчет частиц производится при помощи микрометрич. окуляра, имеющего стекло е нанесенной на нем сеткой. Установлено, что аппарат улавливает около 90% суспендированной П. и притом до определенного размера (сферич. пылинки до 15—20 μ, отдельные экземпляры до 40—50 μ). Методы Оуенса, Котце и Айткена неприменимы для аэрозолей с высокой степенью дисперсности, т. к. забирают частицы только определенных размеров и не осаждают на пластинке даже всей П., прошедшей через заборное отверстие. Наиболее удовлетворитель--а ным методом полного выделения частиц П. является электроста-тич. их осаждение (смотрите Дымы, и туманы и Электрофильтры) по методу Котреля. Для этой цели употребляют электрич. преципи-таторы, предложенные Тольманом, Греем и Стронгом. На фигуре 4 изображен электрический пылевой счетчик, сконструированный в физич. лаборатории Гос. ин-та охраны труда. Два цилиндра, один а из стекла, другой б из эбонита, надеваются друг на друга. В крышке цилиндра а имеется круглое отверстие в диаметром в 1 миллиметров, служащее для затягивания воздуха. В отверстие вставлена острая игла г толщиной ок. 0,5 миллиметров; между иглой и стенками отверстия в имеется кольцевидный промежуток. В цилиндр б вставлен эбонитовый диск д диам. 5 см, имеющий круглую металлическую сердцевину ою диам. 1,6 см; последняя пружиной з соединяется с клеммой и. Между стенками диска 0 и цилиндра б сделан ряд симметрично расположенных отверстий для прохода воздуха из верхнего цилиндра в нижний. На иглу г и диск ою накладывается высокая разность потенциалов (при опытах с этим счетчиком при-

Фигура 4.

менялось напряжение в 12 000 У). Подсчет осевших частиц П. на диске ою производится в отраженном свете. Наиболее тонкие виды П. (дымы) исследуются в ультрамикро-скопич. кюветке (фигура 5), которая наполняется испытуемым аэрозолем и рассматривается под микроскопом; этим же способом устанавливают характер и скорость движения частиц в дисперсионной среде, а также

изменение числа и размеров частиц в различные промежутки времени. Для определения весовой концентрации П. в воздухе служит метод механич. фильтрации; он м. б. применен с успехом лишь для сравнительно грубых аэрозолей и преимущественно таких, у которых концентрация дисперсной фазы высокая. Применяемые фильтры задерживают частицы размером > 1 μ почтя на 100%; для более мелких частиц % задержания сильно падает и по отношению например к частицам табачного дыма (~0,25 μ} задерживающая способность фильтров достигает лишь 43%. Для таких частиц применяется описанная выше электрическая преципитация со взвешиванием осадка на микровесах. Кроме непосредственного взвешивания задержанной фильтром П. применяют также и колориметрия, методы определения концентрации: например через фильтр из белой фильтровальной бумаги просасывают определенный объём аэрозоля и полученную степень окраски фильтра сравнивают со стандартными образцами. В некоторых случаях применяют фильтры из растворимого вещества, например коллодия, сахара и прочие, которые после фильтрации П. растворяют в соответствующем растворителе и в известной порции раствора подсчитывают число частиц (при нерастворимой П.) или сравнивают интенсивность окраски раствора со стандартом. См. также Дымы и туманы.

Лит.: Гиббс В., Аэрозоли, пер. с англ., Л., 1929; Д ш и б б с В. Е., Пыль и ее опасность в промышленности, пер. с англ., Л., 1930; М е л ь д а у Р., Пыль в производстве и способы ее удаления, перев. е нем., Москва, 1931; Г р о д з о в с к и и М., Анализ воздуха в промышленных предприятиях, М., 1925; Маршак Μ. Е., Промышленная пыль и борьба с нею, М., 1926; Пик Ц. и Брумштейн В., Методика применения аппарата Оуенса для исследования запыленности воздуха рабочих помещений, «Гигиена, безопасность и патология труда», М., 1929, 2; Миллер С. В., К методике колич. определения пыли в воздухе, там же, М., 1929; Бурштейн А. И., Методика качественного учета «пылевого фактора» воздуха, там же, 10; Блинов И., К вопросу об определении пыли в воздухе при помощи электрич. фильтра, там же, 1930, 7; В и г д о р ч и к Е. А., К методике определения оседающей пыли, там же; Хохряков К. П., Методика микроскопич. и микрохимич. определений состава пыли промышленных предприятий, «Труды научно-исследовательской секции охраны труда Ленинградского ГОТ’а», Л., 1927, т. 1, выпуск 1—2; П и г у л е в с к и и Г. В., Материалы по изучению запыленности промышленных предприятий Ленинграда, там же; П р е д в о-дителев А. С. и Витт, Стеклянные микровесы, «Жури, прикладной физики», М.—Л., 1928; Вигдорчик Е. А., Определение запыленности воздуха по методу Owens’a, «Гигиена п эпидемиология,"М., 1928, 11; Изгарышев Н. А., Физикохимические методы борьбы с дымами и туманами, «Труды I Всесоюзного съезда по профессиональной гигиене и технике безопасности», М., 1926; К а р-минский М. С., Материалы по морфологии, микрометрии и удельному весу прохмышленной пыли, Пыль и пылевая патология, «Труды и материалы Укр. гос. ин-та патологии и гигиены труда, Харьков, 1930, вып. 10; С а х н о в с к и и Я. Д., Определение эффективности фильтрующих вкладышей лротивопылевых респираторов, там же; «G-eneral Report of the Miners Phthisis Prevention Committee», Union of South Africa, Johannesburg, 1916; «Phnal Report of the Miners, Phthisis Prevention Committee», Sbid., 1919. В. Кучерун.