1、超细粉体概述
超细粉体技术是从20世纪70年代逐渐发展起来的，并成为各国研究重点的一门新技术。对超细粉体至今尚无严格的统一定义。目前国外对粒径小于3um的粉体称为超细粉体，而国内通常定义粒径100%小于30Um的粉体为超细粉体。超细粉体通常又分为微米级、亚微米级及纳米级粉体。通常粒径大于1um的粉体称为微米材料；粒径小于1um大于0.1um的粉体称为亚微米材料；粒径处于0.001～0.1um粉体称为纳米材料。超细粉体由于粒度细、质量均匀而具有比表面积大、表面活性高、化学反应速度快、溶解速度快以及独特的电性、磁性、光学性，因而广泛应用于环境�；�、化工、医药和生物工程等方面。例如，涂料中添加超细粉体，特别是纳米级粉体后，由于表面活性提高和界面特性改善，而使粘附力、均匀性及表面光泽等性能都大为提高。
超细粉体的生产方法有粉碎法和合成法两种。前者多采用物理破碎方法，如气流粉碎，超声波粉碎等；后者是由离子、分子通过化学反应成核生长成为超细粒子，主要有气相法、液相法。尽管合成法具有严格控制粉体粒度及粒度分布的优点，但目前的合成法普遍产量较低，成本较高，而且不易收集、存放和输送。因此，粉碎法仍然是一种常用的生产超细粉体的方法。
超细粉体常用生产设备有气流式粉碎机、高速旋转撞击式粉碎机和搅拌研磨机等。这些常用的超细粉碎设备的性能如表1所示。
2、超音速气流粉碎机的工作原理及安全问题
目前使用超音速气流粉碎机来生产超细粉体是一种常用的方式，但使用过程存在着许多安全问题，还没有引起足够的重视，不利于操作人员的人身健康与安全。因此，有必要了解其工作原理，找出安全隐患，深入开展安全防护和管理工作。
超音速气流粉碎机的工作原理：通过安装在粉碎室周围的超音速喷嘴，利用压缩空气的压力能，在粉碎室内形成高速气流轨迹，这种超音速喷射气流，使粉料受到撞击、剪切、压缩等力的作用，粉体互相间产生激烈摩擦，当外应力大于粒子本身的内应力时，就能达到粉碎的目的。在粉碎室内还由于离心力的作用，能达到粉体分级的作用。根据超音速气流粉碎机碎样的工作原理和实际的操作经验，发现碎样过程中涉及到的主要安全性问题是粉尘危害，另外还包括静电和电气、通风和噪音等安全问题。本文侧重于探讨粉尘的安全性问题。
2.1 超细粉体的危害
从石英试样粉碎的粒径分布图（图1和图2）可以看出，超音速气流粉碎机的粉碎极限在0.5um左右，这与有关资料显示的结果基本相似3I。其原因为：粉碎过程是粉体颗粒在外力作用下内部缺陷扩展的结果。在粉碎的开始阶段，颗粒内部原有的微裂纹在应力作用下扩展，裂纹尺寸较大，所需临界应力较小，粉碎效果最为明显。随着粉碎过程的进行，粉体颗粒越来越细，颗粒内部的裂纹或结构缺陷越来越小，促使裂纹扩展所需的应力越来越大，粉碎难度增加，粉碎效率降低，颗粒细化趋势从而达到极限。
这些超细粉尘粒度大小、浓度多少不同，在呼吸系统各部位沉积的速度、部位也各不相同。一般直径在100um以上的尘粒很快在空气中沉降，无害于人体健康。10um以上的尘粒被阻留于呼吸道之外，5um～10um的尘粒通过鼻腔、气管、上呼吸道时，大部分被这些气管的汗毛和分泌粘液所阻留．经咳嗽、喷嚏等�；ば苑瓷涠懦�。小于5um的尘粒则会深入和滞留在肺泡中（部分0.4um以下的粉尘可以在呼气时排出）。粉尘越细，在空气中停留的时间越长，被吸入的机会就越多。粉尘越细，其表面积越大，在人体内的化学活动越强，对肺的纤维化作用越明显。同时，细微粉尘具有很强的吸附能力，在粉尘周围若有有害气体、液体和金属元素，则都能吸附在微细粉尘上而被带入肺部，从而促进急性或慢性疾病的发生。从图1和图2还可以看出，超音速气流粉碎机碎样所得的粉尘粒径在5um以下基本上为100%，而5um以下的粉尘对人体的危害最大，因此，使用超音速气流粉碎机碎样，操作者患尘肺职业病的几率会明显增加。
其次，粉尘大规模地散布于空气中形成粉尘云后，还有可能发生粉尘爆炸。因为，超音速气流粉碎机碎样过程中未捕获的粉尘粒子具有合适的粒径和分布状态，一般粒径小于5um，在空气中的分散稳定性好，极易达到爆炸极限。如果在这些粒子周围有足够助燃空气，并具备其最小点火能，那么就容易发生粉尘爆炸。而且，由局部粉尘云爆炸产生的冲击波使大量的沉积粉尘飞扬并与空气混合，还有可能形成二次爆炸。由于粉尘爆炸具有能量大，破坏严重，爆发时间短，容易引起不完全燃烧，产生大量一氧化碳气体使人员中毒。因此，粉尘爆炸的后果也是极其严重的。
2.2如何治理超细粉尘
根据安全系统工程的理论，应该从人机环境 管理各个角度进行综合治理。首先从物上考虑，要选择合适的过滤除尘设备，其次要采取合适的防护措施，同时也要实施必要的管理措施，确保操作者的健康安全，坚决避免事故的发生。
2.2.1 过滤除尘设备
(1)除尘器的确定：在实际的操作过程中，使用普通的袋式除尘器带来了这样的问题：超细粉末进入织物间隙，愈积愈多，最终将气流通道堵住了大部分，导致管道内气压太大，接头处出现粉尘泄露或布袋脱落，而且在机械振打过程中，部分沉积在布袋上的超细粉体又通过布袋散布于空气中。因此，必须对其进行改善，或者采用更好的除尘器。针对超音速气流粉碎机产生的呼吸性粉尘：采用泡沫除尘，添加润湿剂除尘，超声雾化技术，复合滤料袋式除尘，折叠式除尘布袋，宽间距静电除尘，除尘效果较好。但这些除尘器要么除尘技术不够成熟，要么价格昂贵。而针对粉尘爆炸：宜采用湿法除尘，这样可以减少产生过细的粉尘泄露．可以通过水蒸气的掩盖作用使氧浓度降低，还可以降低粉尘表面能，从而降低发生粉尘爆炸的概率。从价格上考虑，应采用湿法除尘。从除尘的整体性能考虑应采用组合除尘方式。综合以上各方面，针对超音速气流粉碎机设计出的除尘设备为：水浴式湿法除尘与普通滤袋除尘相结合的组合除尘器，富通新能源生产销售秸秆粉碎机、秸秆颗粒机等机械设备。
(2)原理：超音速气流粉碎机碎样过程中泄露的粉尘进入装有一定水位的水槽内。水槽内设有由电动机带动高速旋转的搅拌器。一方面，搅拌叶轮高速转动将进入的含尘气体击碎成小气泡和水充分混和，使气泡中的粉尘颗粒有更多机会碰撞到两相界面而被水捕获，从而达到除尘目的；另一方面，高速旋转的叶片，在其中心形成负压区，下层负压区有利于含尘气体顺利进入槽内，上层负压区促进叶轮上部液体的上下循环，强化气液混合除尘。而且经水浴湿法除尘的粉尘气流再通过普通滤袋层过滤，使气流中的残尘得到进一步清除。
(3)除尘器的除尘效率及阻力的影响因素有：①携带粉尘的气流速度对除尘器效率和阻力影响很大。气流速度太小，受到水体阻力小，粉尘气流进入水槽内混合时间较长，除尘器除尘效率较高，但周期太长；气流速度太大，气流所受水体阻力较大，通过水体时间相对较短，除尘器除尘效率有所降低，但周期缩短；②玻璃搅拌器的转速和叶片入水深度对除尘效率也有影响。转速越大，除尘效率越高。叶片入水深度接近粉尘气流入口时，除尘效率要高；⑧水位越深，除尘效率越高，但阻力也越大。因此，在水位深度的选择上要根据粉尘气流的风量和风压来进行调节。一般，超音速气流粉碎机碎样提供给粉碎室的压力为0. 8MPa左右，泄露处的粉尘气流压力尸至少达15%，即0. 12MPa。为了粉尘气流能够顺利进入除尘器中，水槽内的水压P,，以及大气压Po需要满足关系式：Pl+P。<P，根据关系式可以大致计算出水位深度h需满足条件为h<2m，因此，只要水位深度小于2m，粉尘气流都能够顺利通过除尘器；④水槽的截面积越大，除尘效率会有所提高，但不如增加水深效果明显。
2.2.2 防护措施
呼吸性粉尘能够较长时间悬浮于作业环境空气中，其粒径越小，在空气中的稳定性越高，悬浮越持久，吸入的机会越多，长期吸收易造成尘肺职业病。对呼吸性粉尘的防治除采用除尘设备除尘外，个体防护也同样重要�；诰玫确矫娴脑�，国内个体防护措施主要是佩带口罩�？谡值暮诵氖锹肆�，呼吸性粉尘通过滤料时，主要是通过扩散及惯性沉降而被阻档和粘附。具体过程为：微小的尘粒由于受到空气分子的撞击，作不规则的布朗运动，尘粒越小，扩散移动距离越大，就有可能离开气流方向，达到纤维表面而被阻档住；尘粒通过滤料时，要经过许多弯曲的孔道，因惯性作用所产生的离心力而与孔壁相遇被粘附；在微粒绕过纤维的过程中接近纤维时，纤维与粒子发生接触效应而沉积在纤维上。实际上，呼吸性粉尘通过口罩的滤料时，是上述效应综合作用的结果。
因此，在口罩选择上要符合人机工程学的原理，除了选择本身无毒无味并具有一定的抗拉强度等性能外，还要着重考虑其阻尘效率和呼吸阻力，以及重量、型号，是否便于适当拆卸更换滤料等因素。
粉尘爆炸的防护方法包括隔离、泄爆和抑制，其中主要是根据发生粉尘爆炸必备条件进行抑制，例如严禁火源、控制各种静电、降低粉尘浓度、加强通风等方式。
2.2.3 管理措施
为了尽可能地减少粉尘危害，除采用除尘设备和进行防护外，还需要实施以下管理措施：(1)增加作业区湿度、加强通风换气、储备灭火器材等；(2)由于粉尘大都是由10um以下的小颗粒组成，在制造过程中稍有漏缝，粉尘就会冒出，造成作业区污染，因此，应确保接头处的密闭性；(3)按规定为操作人员配置防护用品，操作人员也要养成习惯按规定正确佩带防护用品；(4)加强工人粉尘知识的安全教育和培训，提高工人对粉尘危害和防治的认识，增强操作人员的自我�；ひ馐�；(5)对现有防尘设备做好维护管理，保证其正常运行，发挥防尘作用。同时要投入资金，进行技术改造，提高防尘设备的防尘效率和作业自动化水平。
3、结 语
超音速气流粉碎机制造超细粉体的安全问题主要是粉尘危害，包括呼吸性尘肺病和粉尘爆炸。应从除尘设备的选择，防护措施和管理措施的实施上进行综合治理。
