1、超細粉體概述
超細粉體技術是從20世紀70年代逐漸發展起來的，并成為各國研究重點的一門新技術。對超細粉體至今尚無嚴格的統一定義。目前國外對粒徑小于3um的粉體稱為超細粉體，而國內通常定義粒徑100%小于30Um的粉體為超細粉體。超細粉體通常又分為微米級、亞微米級及納米級粉體。通常粒徑大于1um的粉體稱為微米材料；粒徑小于1um大于0.1um的粉體稱為亞微米材料；粒徑處于0.001～0.1um粉體稱為納米材料。超細粉體由于粒度細、質量均勻而具有比表面積大、表面活性高、化學反應速度快、溶解速度快以及獨特的電性、磁性、光學性，因而廣泛應用于環境保護、化工、醫藥和生物工程等方面。例如，涂料中添加超細粉體，特別是納米級粉體后，由于表面活性提高和界面特性改善，而使粘附力、均勻性及表面光澤等性能都大為提高。
超細粉體的生產方法有粉碎法和合成法兩種。前者多采用物理破碎方法，如氣流粉碎，超聲波粉碎等；后者是由離子、分子通過化學反應成核生長成為超細粒子，主要有氣相法、液相法。盡管合成法具有嚴格控制粉體粒度及粒度分布的優點，但目前的合成法普遍產量較低，成本較高，而且不易收集、存放和輸送。因此，粉碎法仍然是一種常用的生產超細粉體的方法。
超細粉體常用生產設備有氣流式粉碎機、高速旋轉撞擊式粉碎機和攪拌研磨機等。這些常用的超細粉碎設備的性能如表1所示。
2、超音速氣流粉碎機的工作原理及安全問題
目前使用超音速氣流粉碎機來生產超細粉體是一種常用的方式，但使用過程存在著許多安全問題，還沒有引起足夠的重視，不利于操作人員的人身健康與安全。因此，有必要了解其工作原理，找出安全隱患，深入開展安全防護和管理工作。
超音速氣流粉碎機的工作原理：通過安裝在粉碎室周圍的超音速噴嘴，利用壓縮空氣的壓力能，在粉碎室內形成高速氣流軌跡，這種超音速噴射氣流，使粉料受到撞擊、剪切、壓縮等力的作用，粉體互相間產生激烈摩擦，當外應力大于粒子本身的內應力時，就能達到粉碎的目的。在粉碎室內還由于離心力的作用，能達到粉體分級的作用。根據超音速氣流粉碎機碎樣的工作原理和實際的操作經驗，發現碎樣過程中涉及到的主要安全性問題是粉塵危害，另外還包括靜電和電氣、通風和噪音等安全問題。本文側重于探討粉塵的安全性問題。
2.1 超細粉體的危害
從石英試樣粉碎的粒徑分布圖（圖1和圖2）可以看出，超音速氣流粉碎機的粉碎極限在0.5um左右，這與有關資料顯示的結果基本相似3I。其原因為：粉碎過程是粉體顆粒在外力作用下內部缺陷擴展的結果。在粉碎的開始階段，顆粒內部原有的微裂紋在應力作用下擴展，裂紋尺寸較大，所需臨界應力較小，粉碎效果最為明顯。隨著粉碎過程的進行，粉體顆粒越來越細，顆粒內部的裂紋或結構缺陷越來越小，促使裂紋擴展所需的應力越來越大，粉碎難度增加，粉碎效率降低，顆粒細化趨勢從而達到極限。
這些超細粉塵粒度大小、濃度多少不同，在呼吸系統各部位沉積的速度、部位也各不相同。一般直徑在100um以上的塵粒很快在空氣中沉降，無害于人體健康。10um以上的塵粒被阻留于呼吸道之外，5um～10um的塵粒通過鼻腔、氣管、上呼吸道時，大部分被這些氣管的汗毛和分泌粘液所阻留．經咳嗽、噴嚏等保護性反射而排出。小于5um的塵粒則會深入和滯留在肺泡中（部分0.4um以下的粉塵可以在呼氣時排出）。粉塵越細，在空氣中停留的時間越長，被吸入的機會就越多。粉塵越細，其表面積越大，在人體內的化學活動越強，對肺的纖維化作用越明顯。同時，細微粉塵具有很強的吸附能力，在粉塵周圍若有有害氣體、液體和金屬元素，則都能吸附在微細粉塵上而被帶入肺部，從而促進急性或慢性疾病的發生。從圖1和圖2還可以看出，超音速氣流粉碎機碎樣所得的粉塵粒徑在5um以下基本上為100%，而5um以下的粉塵對人體的危害最大，因此，使用超音速氣流粉碎機碎樣，操作者患塵肺職業病的幾率會明顯增加。
其次，粉塵大規模地散布于空氣中形成粉塵云后，還有可能發生粉塵爆炸。因為，超音速氣流粉碎機碎樣過程中未捕獲的粉塵粒子具有合適的粒徑和分布狀態，一般粒徑小于5um，在空氣中的分散穩定性好，極易達到爆炸極限。如果在這些粒子周圍有足夠助燃空氣，并具備其最小點火能，那么就容易發生粉塵爆炸。而且，由局部粉塵云爆炸產生的沖擊波使大量的沉積粉塵飛揚并與空氣混合，還有可能形成二次爆炸。由于粉塵爆炸具有能量大，破壞嚴重，爆發時間短，容易引起不完全燃燒，產生大量一氧化碳氣體使人員中毒。因此，粉塵爆炸的后果也是極其嚴重的。
2.2如何治理超細粉塵
根據安全系統工程的理論，應該從人機環境 管理各個角度進行綜合治理。首先從物上考慮，要選擇合適的過濾除塵設備，其次要采取合適的防護措施，同時也要實施必要的管理措施，確保操作者的健康安全，堅決避免事故的發生。
2.2.1 過濾除塵設備
(1)除塵器的確定：在實際的操作過程中，使用普通的袋式除塵器帶來了這樣的問題：超細粉末進入織物間隙，愈積愈多，最終將氣流通道堵住了大部分，導致管道內氣壓太大，接頭處出現粉塵泄露或布袋脫落，而且在機械振打過程中，部分沉積在布袋上的超細粉體又通過布袋散布于空氣中。因此，必須對其進行改善，或者采用更好的除塵器。針對超音速氣流粉碎機產生的呼吸性粉塵：采用泡沫除塵，添加潤濕劑除塵，超聲霧化技術，復合濾料袋式除塵，折疊式除塵布袋，寬間距靜電除塵，除塵效果較好。但這些除塵器要么除塵技術不夠成熟，要么價格昂貴。而針對粉塵爆炸：宜采用濕法除塵，這樣可以減少產生過細的粉塵泄露．可以通過水蒸氣的掩蓋作用使氧濃度降低，還可以降低粉塵表面能，從而降低發生粉塵爆炸的概率。從價格上考慮，應采用濕法除塵。從除塵的整體性能考慮應采用組合除塵方式。綜合以上各方面，針對超音速氣流粉碎機設計出的除塵設備為：水浴式濕法除塵與普通濾袋除塵相結合的組合除塵器，富通新能源生產銷售秸稈粉碎機、秸稈顆粒機等機械設備。
(2)原理：超音速氣流粉碎機碎樣過程中泄露的粉塵進入裝有一定水位的水槽內。水槽內設有由電動機帶動高速旋轉的攪拌器。一方面，攪拌葉輪高速轉動將進入的含塵氣體擊碎成小氣泡和水充分混和，使氣泡中的粉塵顆粒有更多機會碰撞到兩相界面而被水捕獲，從而達到除塵目的；另一方面，高速旋轉的葉片，在其中心形成負壓區，下層負壓區有利于含塵氣體順利進入槽內，上層負壓區促進葉輪上部液體的上下循環，強化氣液混合除塵。而且經水浴濕法除塵的粉塵氣流再通過普通濾袋層過濾，使氣流中的殘塵得到進一步清除。
(3)除塵器的除塵效率及阻力的影響因素有：①攜帶粉塵的氣流速度對除塵器效率和阻力影響很大。氣流速度太小，受到水體阻力小，粉塵氣流進入水槽內混合時間較長，除塵器除塵效率較高，但周期太長；氣流速度太大，氣流所受水體阻力較大，通過水體時間相對較短，除塵器除塵效率有所降低，但周期縮短；②玻璃攪拌器的轉速和葉片入水深度對除塵效率也有影響。轉速越大，除塵效率越高。葉片入水深度接近粉塵氣流入口時，除塵效率要高；⑧水位越深，除塵效率越高，但阻力也越大。因此，在水位深度的選擇上要根據粉塵氣流的風量和風壓來進行調節。一般，超音速氣流粉碎機碎樣提供給粉碎室的壓力為0. 8MPa左右，泄露處的粉塵氣流壓力尸至少達15%，即0. 12MPa。為了粉塵氣流能夠順利進入除塵器中，水槽內的水壓P,，以及大氣壓Po需要滿足關系式：Pl+P。<P，根據關系式可以大致計算出水位深度h需滿足條件為h<2m，因此，只要水位深度小于2m，粉塵氣流都能夠順利通過除塵器；④水槽的截面積越大，除塵效率會有所提高，但不如增加水深效果明顯。
2.2.2 防護措施
呼吸性粉塵能夠較長時間懸浮于作業環境空氣中，其粒徑越小，在空氣中的穩定性越高，懸浮越持久，吸入的機會越多，長期吸收易造成塵肺職業病。對呼吸性粉塵的防治除采用除塵設備除塵外，個體防護也同樣重要。基于經濟等方面的原因，國內個體防護措施主要是佩帶口罩。口罩的核心是濾料，呼吸性粉塵通過濾料時，主要是通過擴散及慣性沉降而被阻檔和粘附。具體過程為：微小的塵粒由于受到空氣分子的撞擊，作不規則的布朗運動，塵粒越小，擴散移動距離越大，就有可能離開氣流方向，達到纖維表面而被阻檔住；塵粒通過濾料時，要經過許多彎曲的孔道，因慣性作用所產生的離心力而與孔壁相遇被粘附；在微粒繞過纖維的過程中接近纖維時，纖維與粒子發生接觸效應而沉積在纖維上。實際上，呼吸性粉塵通過口罩的濾料時，是上述效應綜合作用的結果。
因此，在口罩選擇上要符合人機工程學的原理，除了選擇本身無毒無味并具有一定的抗拉強度等性能外，還要著重考慮其阻塵效率和呼吸阻力，以及重量、型號，是否便于適當拆卸更換濾料等因素。
粉塵爆炸的防護方法包括隔離、泄爆和抑制，其中主要是根據發生粉塵爆炸必備條件進行抑制，例如嚴禁火源、控制各種靜電、降低粉塵濃度、加強通風等方式。
2.2.3 管理措施
為了盡可能地減少粉塵危害，除采用除塵設備和進行防護外，還需要實施以下管理措施：(1)增加作業區濕度、加強通風換氣、儲備滅火器材等；(2)由于粉塵大都是由10um以下的小顆粒組成，在制造過程中稍有漏縫，粉塵就會冒出，造成作業區污染，因此，應確保接頭處的密閉性；(3)按規定為操作人員配置防護用品，操作人員也要養成習慣按規定正確佩帶防護用品；(4)加強工人粉塵知識的安全教育和培訓，提高工人對粉塵危害和防治的認識，增強操作人員的自我保護意識；(5)對現有防塵設備做好維護管理，保證其正常運行，發揮防塵作用。同時要投入資金，進行技術改造，提高防塵設備的防塵效率和作業自動化水平。
3、結 語
超音速氣流粉碎機制造超細粉體的安全問題主要是粉塵危害，包括呼吸性塵肺病和粉塵爆炸。應從除塵設備的選擇，防護措施和管理措施的實施上進行綜合治理。
