油页岩破碎过程中页岩粉尘特性的研究

孙英涛

抚顺矿业集团公司工程技术研究中心辽宁省抚顺市 113008

摘要：近年来，随着能源资源的不断减少，油页岩不断被开发利用。然而在油母页岩被加工利用的过程中产生大量页岩粉尘，对工人及周围环境产生严重影响。由于页岩粉尘与其它行业粉尘有很大区别，为此，认真分析页岩粉尘的特性，对采取合理的除尘工艺是十分必要的。

关键词：油母页岩页岩粉尘研究

中图分类号：S888文献标识码： A

粉尘是指因机械过程(如破碎、筛分、运输等)而产生的微细粒子。粉尘的粒径范围很广，由细至0.1微米到数百微米。按粉尘的颗粒大小可分为：可见性粉尘，用眼睛可以分辨的粉尘，粒径大于10μm；显微镜粉尘，在普通显微镜下可以分辨的粉尘，粒径为0.25μm～10μm；超显微粉尘，在超倍显微镜下才可以分辨的粉尘，径粒小于0.25μm。

粉尘的基本特性包括粉尘的粒径与分散度、物质成分组成、比表面积、溶解度、硬度等。认真分析研究粉尘的主要特性，对于防尘、除尘有着至关重要的作用，是选择除尘方法及除尘设备的基本依据和重要依据。为了采取最佳的治理措施，了解粉尘的特性是十分必要的。

一、页岩粉尘特性研究

1、页岩粉尘粒径分析

页岩粉尘粒径的测定采用激光粒度测仪进行检测分析，经实验研究测定，油母页岩粉尘的粒径分布范围为，小于5μm的粉尘的重量百分比为27%，小于10μm的重量百分比51%，小于20μm的重量百分比77%，小于40μm的重量百分比91%，一般大于0.15μm。粉尘粒径对于除尘器的选择有很大的影响，一般除尘器与粉尘粒径的适用关系。

表1一般除尘器与粉尘粒径的适用关系

2、页岩粉尘成分测定

测定实验采用美国热电公司的ARL ADVANTXP型，X射线荧光光谱仪；玛瑙研钵；干燥箱；测定分析数据见表2；

表2：页岩粉尘成分测试数据表

图2X射线油页岩粉末衍射图

衍射图谱中的数据，通过查表可得到不同物质的含量关系，如表3种所示。

表3 页岩粉尘物质全分析

油母页岩粉尘中以SiO2含量最多，相对固体含量高达60%以上，属于危害性极大的粉尘种类。有机挥发份含量为29.97%，含油率很高。

3、页岩粉尘的比表面积

所有尘粒的总表面积与其质量或体积之比，称为粉尘的比表面积S。可以根据S值的大小来比较同一种粉尘或粉料的分散程度。当油母页岩原矿进行破碎粒径范围在12mm～75mm时，油母页岩粉尘的比表面积在100～650。随着ATP破碎筛分楼工艺的投产，页岩粒径将进一步减少，其比表面积将大幅增加。

图3放大80倍的页岩粉尘

4、页岩粉尘的密度

单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度，单位为kg/m3。粉尘在不同的产生情况和实验条件具有不同的密度值，因此粉尘的密度分为真密度和堆积密度。

粉尘的真密度是单位体积无孔隙的尘粒的质量；堆积密度是把已捕集的粉尘或粉料自由填充于某一容器中，在刚填充完后所测得其单位体积的质量。在此体积中包括了尘粒内部的孔隙及尘粒之间的空隙；振实堆积密度是通过振动使粉尘或粉粒达到最大填充率时的单位体积粉尘或粉料的质量。

测定粉尘的沉降直径时，必须知道粉尘的密度；而计算灰斗的容积和选择卸灰装置时，则要知道粉尘的堆积密度。

在实验中采用电子天平与试管进行测定，经过实验测定的页岩粉尘真实密度是1840kg/m3，堆积密度是600 kg/m3。

5、页岩粉尘润湿性

粉尘粒子与液体相互附着或附着难易程度称为粉尘的润湿性。粉尘的润湿性取决于液体分子的表面张力，表面张力越小的液体对粉尘的浸润性越强。具体测定方法是：将一定量的页岩粉尘轻轻地堆放于溶液表面，使其自然沉入液体中，记录页岩粉尘完全没入液面所需时间，以此时间长短或以单位时间沉入的粉尘量来评价溶液对粉尘的润湿能力。试验中，润湿能力强说明页岩粉尘与溶液的接触角小，反之则接触角大。经过测定分析页岩粉尘的全润湿时间为50～70分钟，属于中等润湿性微粒。

6、粉尘安息角

粉尘的安息角是设计除尘设备灰斗及管道倾斜度的主要依据，一般情况，粒径大、表面光滑、接近球形、湿度低及粘性小的粉尘，其安息角减小。经过实验测定，油母页岩粉尘的安息角为34度。如图4所示：

图4 粉尘安息角测试

结论：通过对页岩粉尘的粒径、物质成分组成、比表面积、安息角等特性的研究，掌握了页岩粉尘的粒径分布范围、物质组成、真实密度是1840kg/m3、堆积密度是600 kg/m3、全润湿时间为50～70分钟、安息角为34度等主要特性参数，对今后生产过程中的除尘系统设计具有指导作用，为更好的解决生产过程中页岩粉尘的污染奠定良好基础。

参考文献：

张殿印，王 纯<<除尘工程设计手册>>化学工业出版社2003，6

作者简介： 孙英涛，(1979.12-)，男，吉林农安人，中共党员，工程师，现为抚顺矿业集团工程技术研究中心环保室副主任，主要从事油页岩炼油工艺过程中噪声、污水、粉尘及废气的研究与治理。