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1、哈 尔 滨 理 工 大 学毕 业 设 计题 目：橡胶厂炼胶间炭黑粉尘的危害与防治 院、 系：测控技术与通信工程学院 安全工程系姓 名： 安文博 指导教师： 殷金英 系 主 任： 周 真 2012年 6 月 13 日橡胶厂炼胶间炭黑粉尘的危害与防治摘 要炭黑是一种重要的化工原料，它主要用于橡胶工业中作为补强剂，油墨、涂料和塑料工业中作为黑色配合剂。此外也用于造纸、无线电元件中。相对于他的重要性，在橡胶厂中炭黑粉尘的污染也是一个非常严重的问题。本文列出了炭黑粉尘的基本性质，它具有质轻、不亲水、易氧化等特点，所以其治理起来有一定的难度。通过查阅资料，并根据炭黑粉尘的性质，整理了炭黑粉尘对人员、环境、
2、机械等的危害。之后分析炭黑粉尘的特点得出，治理炭黑粉尘不宜采用湿式除尘的方法，且普通的重力沉降室及旋风除尘器的效果也不加，所以通常要搭配以滤袋器为主的炭黑粉尘回收系统方可达到治理目的。并通过对以上几个方面的分析及工艺流程中的缺点提出了改革工艺流程、完善炭黑粉尘回收系统等治理措施。最后通过对炼胶间生产原料、设备及工艺流程的分析，并结合炭黑粉尘的排放量、排放速率和爆炸极限等法律法规，提出了控制及治理炭黑粉尘的方法和注意事项。最终达到防治炭黑粉尘的目的。关键词：炭黑粉尘；橡胶；危害；治理；回收系统HAZARDS AND PREVENTION OF CARBON BLACK DUST IN THE R
3、UBBER PLANT RUBBER MIXINGAbstractCarbon black is an important chemical raw material, it is mainly used as black as a reinforcing agent, inks, coatings and plastics industry with the agent in the rubber industry. In addition, for the paper, radio components. Relative to his importance in the carbon b
4、lack dust in the rubber factory pollution is also a very serious problem. This article lists the basic properties of carbon black dust, it has a light, hydrophilic, and easily oxidized, so its governance there are some difficulties. Through access to information and the nature of the carbon black du
5、st, finishing personnel, environment, machinery and other hazards of carbon black dust. After analysis on characteristics of carbon black dust, carbon black dust control should not be used wet dust removal method, and the normal gravity settling chamber and cyclone dust effect of no tax increases, u
6、sually with a bag device based carbon black The dust collection system in order to achieve the control purpose. And analysis on the above aspects and the shortcomings in the process of the reform process, to improve control measures such as carbon black dust recovery system. Finally, the mixing betw
7、een the production of raw materials, equipment and process analysis, combined with carbon black dust emissions, emission rates and the explosion limit laws and regulations, control and treatment of carbon black dust and precautions. Ultimately achieve the purpose of prevention and treatment of carbo
8、n black dust.Keywords : Carbon black dust; rubber; hazards; governance; recovery system 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论- 1 -1.1 研究目的和意义- 1 -1.2 炭黑粉尘危害和防治的国内外发展现状- 1 -1.2.1 炭黑粉尘危害和防治的国外研究现状- 1 -1.2.2 炭黑粉尘危害和防治的国内研究现状- 2 -1.3 本文研究的主要内容- 2 -第2章 炭黑粉尘的基本性质及其回收- 4 -2.1 炭黑粉尘的基本性质- 4 -2.1.1 炭黑粉尘的物理性质- 4 -2.1.2 炭黑粉尘
9、的化学性质- 7 -2.2 炭黑粉尘的回收- 8 -2.2.1 炭黑粉尘回收的可行性- 8 -2.2.2 炭黑粉尘回收的主要设备原理及其优缺点- 8 -2.3 本章小结- 9 -第3章 炼胶间炭黑粉尘的危害及原因- 10 -3.1 炭黑粉尘对人员的危害及原因- 10 -3.1.1 炭黑粉尘的致癌性- 10 -3.1.2 炭黑尘肺- 11 -3.1.3 炭黑粉尘对工人的职业危害- 12 -3.1.4 炭黑粉尘造成职业危害的因素分析- 15 -3.2 炭黑粉尘对车间环境的危害- 16 -3.2.1 炼胶间内的大气污染源- 16 -3.2.2 炭黑粉尘的防火防爆- 16 -3.2.3 炭黑粉尘对机电
10、安全的危害- 17 -3.3 本章小结- 18 -第4章 炼胶间炭黑粉尘的防治技术和措施- 19 -4.1 炼胶间生产工艺介绍及炭黑粉尘防治的有关法律法规- 19 -4.1.1 炼胶生产原料设备及工艺流程- 19 -4.1.2 炭黑粉尘发生源- 20 -4.1.3 炭黑粉尘的排放标准- 20 -4.1.4 炭黑粉尘爆炸设计标准- 23 -4.2 炼胶间炭黑粉尘控制及其治理- 24 -4.2.1 改革工艺流程- 24 -4.2.2 完善炭黑粉尘回收系统- 24 -4.2.3 注意车间卫生安全- 27 -4.2.4 对人员行为进行规范- 28 -4.2.5 其它注意事项- 29 -4.3 本章小结
11、- 29 -结 论- 30 -致 谢- 31 -参考文献- 32 -附 录- 35 -第1章 绪论1.1 研究目的和意义炭黑是人们最早知道的石油化工原料之一。我国是世界上生产炭黑最早的国家。距今三千年前，我们的祖先就掌握了烧烟制墨的技术。自从1892年近代炭黑工业出现以后，才逐渐被“炭黑”这一名词所取代1。炭黑是一种重要的化工原料，它主要用于橡胶工业中作为补强剂，油墨、涂料和塑料工业中作为黑色配合剂。此外也用于造纸、无线电元件中。目前在我国生产和使用炭黑的企业日益广泛，接触炭黑粉尘作业的人数也不断增加。由于操作人员长期吸入大量的炭黑粉尘可以引起不同程度的上呼吸道症状或炎症，也能引起炭黑尘肺，炭
12、黑对工人的身体健康是有害的。此外，当炭黑排入大气的浓度很高时，在不利气象条件下，也会污染大气环境，给下风向居民区带来危害。炭黑粉尘质轻易飘，对人体皮肤、衣料、农作物及建筑物表面的污染较重2。炭黑作为功能材料在许多领域有着不可替代的作用，但在赋予其它材料或制品优异的性能和特殊用途的同时，也伴生了高污染性4。2006年我国炭黑产量超过美国，排名世界第一位。按2010年产量300万吨计，预计耗重质油540万吨，耗水3750万吨，向大气排放240吨炭黑尘、620万吨CO2、2.2万吨SO2、7200吨NOX。炭黑在炭黑反应炉中生成，炭黑微粒以直径0.21.5m附集体形态悬浮在炭黑烟气中形成气溶胶，进入
13、收集系统被扑集。炭黑烟气经袋滤器扑集炭黑后，排放的气体称为“炭黑尾气”。炭黑尾气中含炭黑粉尘低于50mg/m3，眼睛不易察觉；7080mg/m3可看到灰色气体；150200mg/m3，已形成一缕黑烟5。20世纪70年代，年产万吨的炉法炭黑厂每年排入大气的尾气中，含一氧化碳2万3万吨、硫化氢50200吨，炭黑粉尘45100吨。尾气中硫化氢气体的质量分数为2.5*10-4-8.0*10-46。所以研究炭黑的性质、特点及各种条件下炭黑粉尘的危害，对其控制与防治具有重要意义。1.2 炭黑粉尘危害和防治的国内外发展现状1.2.1 炭黑粉尘危害和防治的国外研究现状国外对炭黑的物理性质、化学构成、吸附性及稳
14、定性进行过测定与分析。并指出，虽然它可能导致严重的健康问题并且是一种具有高全球变暖潜能的大气污染物，但它也是一个全球性的碳循环的组成部分，如利用得当，在减缓气候变化影响中也可以起到至关重要的作用7。另外，Ganpads咨询公司的Nat rajan介绍了炭黑生产过程中的节能和减排8。他指出，目前许多炭黑厂显热利用率只有50%，尾气化学热利用率只有20%。进一步利用余热的方向是：1.提高空气预热温度，他总结了900空气预热器曾经出现的问题，介绍了在结构和材料方面改进的经验，提出了操作上应注意的问题，还介绍了适用于软质炭黑装置的在线自动清灰器；2.提高原料油预热温度和天然气（作反应炉燃料）的预热温度
15、；3.利用干燥机尾气燃烧炉的废气来预热尾气燃烧炉的空气；4.采用套管式（立式、卧式）和辐射式急冷锅炉；5.尾气发电应提高蒸汽的压力和温度，以提高热效率，汽轮机如采用Braton Rankine联合循环取代现在的Rankine循环，热效率可从现在的25%30%提高到50%9。PCMZ公司介绍了改进后的粉尘在线监测系统。GORE公司介绍了第4代复膜玻璃纤维滤袋和聚四氟乙烯滤袋的特点及其在炭黑生产装置上的应用10。1.2.2 炭黑粉尘危害和防治的国内研究现状炭黑粉尘近年来受到人们越来越多的关注。为了防止炭黑粉尘的危害，1974年我国已将炭黑尘肺列入职业病范围3。不过我国迄今尚没有炭黑粉尘的卫生标准，
16、（包括车间空气和居住区大气）进行卫生学评价时，在生产车间内，目前沿用工业企业设计卫生标准（TJ 36-79）中“其它粉尘”一项，即车间空气中粉尘最高容许浓度为10毫克/立方米（我国有关研究单位建议车间空气中炭黑最高容许浓度为8毫克/立方米），对居住区大气，则沿用飘尘的标准，即一次最高容许浓度为0.5毫克/立方米；日平均最高容许浓度为0.15毫克/立方米。对炭黑的排放控制，可以沿用工业“三废”排放试行标准（GBJ 4-73）中第二类生产性粉尘所规定的容许排放浓度150毫克/立方米。如是地方排放控制，则应按我国制定地方大气污染物排放标准的技术原则和方法（GB 3840-83）中有关对炭黑生产、加工
17、的规定进行监测、控制11。在生产车间中，如不采取密闭通风措施和工艺改革工作地点空气中炭黑粉尘浓度可高达15700毫克/立方米，如果采取有效的密闭、通风及包括自动化、槽法生产改为炉法生产等技术措施，则炭黑粉尘浓度可降至610毫克/立方米10。目前，对炭黑生产的排放控制，以采用各类袋式除尘设备为宜，由于炭黑质轻、不亲水，故不宜采用湿式除尘设备作净化处理。1.3 本文研究的主要内容本文以橡胶厂炼胶间的炭黑粉尘为研究对象，对其各部分工艺设备进行观察、分析并提出改进办法以达到防治炭黑粉尘的目的。本文的主要研究内容包括以下几个方面：1.通过查阅资料了解国内外的研究现状，并了解炭黑在炼胶时的主要作用与使用方
18、法，罗列出了它的主要物理性质和化学性质，并通过分析这些性质得出炭黑粉尘不宜用通常的粉尘治理方法而是要以滤袋器为主的回收系统为宜。2.通过观察橡胶厂炼胶间的现状，提出其中的主要污染源及其危害性。其中主要包括对操作人员、车间环境、设备机械和卫生方面的危害。3.根据橡胶厂炼胶间的工艺流程并结合国家有关的法律法规，提出较为合理的治理技术及方法。并着重分析炭黑粉尘收集系统，尤其是袋滤器的功能特点及注意事项，兼顾提出对操作人员的要求，车间现状的优化及个细节的注意事项。最终达到防治炭黑粉尘的目的。第2章 炭黑粉尘的基本性质及其回收由于炭黑粉尘的基本性质是分析其危害及防治的依据，特别是它的回收系统要根据炭黑粉
19、尘的特点进行选取才能达到防治的目的。所以本章对炭黑粉尘的基本性质进行了描述，并根据这些性质分析了回收的方法、设备的选用，且罗列了几种主要设备及各自的优缺点。2.1 炭黑粉尘的基本性质2.1.1 炭黑粉尘的物理性质1.粒径和分布炭黑粉尘的粒径和分布直影响了对其治理时滤袋等回收装置的选用，所以是一项较为重要的基本性质12。除热烈炭黑外，几乎所有炭黑的球形粒子都不是单独存在的，而是在炭黑生成过程中聚融在一起形成炭黑聚集体的一个区域。聚集体是炭黑单独存在的最小单元。炭黑粒径主要是通过电子显微镜法测定的。电镜法是直接观察和测定炭黑粒径的唯一方法。图2-1为四种炭黑粉尘的电子显微镜照片。 (a) (b)
20、(c) (d)图2-1 四种炭黑粉尘的电子显微镜照片粒径越小的炭黑粉尘，粒径分布范围越窄，说明粒径较小的炭黑粒子大小均一。反之粒子较大的炭黑粉尘，粒径分布叫宽，粒子更不均一。另外，大多数炭黑粉尘，特别是粒径小的炭黑粉尘分布不是完全对称的正态分布，而是向着粒径较大方向偏斜，这种现象称之为“右偏斜”。2.导电性炭黑是一种半导体材料，常用电导率或它的倒数电阻率表示它的电性能。炭黑的导电性与其微观结构、粒大小、结构、表面性质等密切相关。炭黑的微观结构賦予炭黑导电性。天然石墨单晶(NSC)或髙度定向的热裂解石墨的电性能类似于半金属性质，即它的价电子与导电电子带之间的能带很低、小于0.04eV。而且，由于
21、石墨层的取向，在电性能方面也存在着明显的各向异性。石墨单晶在轴方向的比电阻大约为5105cm，但在垂直于石墨层的C轴方向的比电阻则为510-1cm，高出104倍。对炭黑聚集体而言，由于石墨层取向的同心圆性质，绝大部分接触都是沿着C轴方向，其电阻率要高于石墨1。炭黑的物理化学性质与其导电性有关。一般来说，粒子越小，导电性能越好，这是由于增加了单位体积内炭黑的粒子数，从而增加了接触点或在分散体系中减小了粒子间距，使电阻减小，导电性增加。细粒子炭黑具有很高的导电性。炭黑结构也是影响炭黑导电性的最重要因素，高结构炭黑较正常结构或低结构炭黑具有良好的导电性。这显然是由于炭黑的链枝结构（纤维结构）的存在，
22、交织联结形成了更多的导电通路所致。炭黑表面挥发物或残留的焦油状物质（即溶剂抽出物）使炭黑表面覆盖一层含氧化合物的膜或油状烃分子薄膜，形成了绝缘层，增加了炭黑的电阻，使导电性降低。将炭黑在真空或惰性气氛中加热除去含氧基团和油状物质后，导电性会明显增加。炭黑表面粗糙度，即孔隙性也影响炭黑的导电性。表面粗糙多孔的炭黑其导电性增加，这是由于当填充量一定时，多孔的炭黑粒子比实心粒子的粒子间距要小。所以，导电性能好的炭黑要具备粒子细、结构高、表面纯净、粗糙多孔的特点11。3.热导率材料的热导率（亦称导热系数）定义为热稳定状态下，在垂直于等温表面方向上和单位温度梯度下通过单位面积的热流速度，单位为W/(mk
23、)。用隔热金属板（ASTM C175-45）试验法测定炭黑的热导率是比较好的方法。在严格控制的条件下，可以比较准确地测量从一块热金属板通过所测物质（如炭黑）到另一块冷金属板的热流量，从而计算热导率。炭黑的热导率很小，几乎与静止的空气相同，数值在0.023-0.035W/(mK)范围。炭黑的热导率与加工情况有关。造粒炭黑要比粉状炭黑的传热系数大得多，因为炭黑密度程度不同，则孔隙的变化影响传热系数的变化。炭黑的热导率与所施加压力的平方根成正比。未造粒炭黑的热导率甚至比得上理想的绝热材料，比软木的热导率0.045W/(mK)还要小，所以，炭黑也是一种良好的绝热材料。炭黑粒子的真正热导率还无法直接测定
24、。据推测，真正热导率接近于石墨的热导率0.908W/(mK)13。4.炭黑的着火温度与燃烧当炭黑在空气或含氧气流中加热到一定温度时会发生自燃。在炭黑生产过程中如外部空气渗入后部收集和风送系统中，也极易发生自燃，甚至引起系统中的可燃尾气发生爆炸。在一定条件下，炭黑发生自燃的最低温度称为着火温度。用热天平可以测定炭黑的着火温度和燃烧曲线。图2-2为炭黑的燃烧曲线。从图可以看出，开始时一部分水分和部分挥发逸出，当加热到着火温度时，质量急剧减少，曲线上升。此时，在氧的作用下，炭黑燃烧放出二氧化碳。燃烧结束后，残留下灰分而达到恒重。尽管炭黑品种不同，但所有炭黑燃烧曲线的形状均相似。炭黑燃烧曲线的直线部分
25、的延长线与温度坐标轴的交点称为着火温度。各种炭黑的着火温度不同，炉黑的着火温度为350-380，槽黑的着火温度一般在290左右。炭黑的着火温度与其密度、挥发分含量、灰分含量以及组成有关1。炭黑具有着火温度较高和燃烧缓慢的特点。如炭黑中残留有“火种”或已发生局部自燃，即使停放较长时间，也不会熄减，并有进一步扩大使炭黑温度升高和发生燃烧的可能。在炭黑生产和贮运过程中，为防止炭黑燃烧事故发生，后部收集系统不能渗入空气，包装炭黑的温度不能过高，一般应在100以下比较安全。图2-2 炭黑的燃烧曲线2.1.2 炭黑粉尘的化学性质1.炭黑的元素组成炭黑主要是由碳元素组成的，含炭量为90%99%左右。也含有少
26、量的氧、氢、氮和硫等元素。这些元素主要来自于炭黑的原料，在炭黑生成及后部氧化时被带入炭黑中，除少量氢存在于炭黑粒子内部外，多数的“杂原子”键合在炭黑的粒子表面，形成不同的官能团14。槽法炭黑的氧含量最多，在3%8%范围内，氢含量小于1%，而热裂炭黑的氧、氢含量均比较少。炭黑中的硫来源于原料油或原料气（如天然气）。炉法炭黑的硫含量一般为0.6%左右，而热裂炭黑几乎不含硫。色素炭黑含有大量的氧，这是由各色素炭黑在生成时接触角度的氧经过后期氧化处理所致，特别是在400左右氧化时最易形成含氧基团。X射线衍射研究表明，炭黑的这些“杂原子”主要是键合在碳的稠环晶体结构的边缘和角部，或在晶格缺陷部位的碳原子
27、上，极少数则渗入内部形成杂环体系。这些少量元素及其在炭黑表面形成的复合物的存在改善了炭黑在橡胶、塑料盒涂料中的使用性质15。2.炭黑的氧化正常生产的炭黑存放时，由于与空气和水蒸气接触发生缓慢自燃氧化，这种现象在炭黑新生产的头三个月内较为明显，以后比较稳定。自然氧化的结果使炭黑表面高活性吸附点减少，表面复合物增加，炭黑吸碘值和pH值稍有降低。2.2 炭黑粉尘的回收2.2.1 炭黑粉尘回收的可行性由上述炭黑的主要物理性质及化学性质可知炭黑粉尘的治理存在多处隐患，而对于炭黑粉尘的处理措施不外乎两种一是从源头处理，使用封闭式生产设备，二是从污染途径处理，工人穿着防护服、口罩等防护用品；加装湿式抽风排尘
28、设施。但是炭黑的物理性质决定了以上几种方式都不适用。由于橡胶生产环节较多，整体封闭显然是不可行的，所以只能对特殊环节进行轴承等部位进行封闭处理，且处理后的散热及清理工作变的更难处理。而加装湿式抽风排尘系统只适用于大多数工业粉尘，因为炭黑的不亲水性导致湿式除尘不能理想的工作，而炭黑粉尘的质轻易浮等特性又使干湿除尘失去作用。口罩等防护用品由于炭黑的易氧化性不能长期使用，频繁更换造成的资源浪费和人员操作的不可控性造成了防护局限性。这就使炭黑收集变成了棘手的问题，而回收系统中滤袋器方案的提出正好解决了炭黑粉尘防治的各种难题16。2.2.2 炭黑粉尘回收的主要设备原理及其优缺点炭黑粉尘的回收系统主要包括
29、沉降室、旋风分离器、收尘器和袋滤器几种，他们的原理及优缺点分别如下17：1.沉降室利用粉尘与气体的比重不同的原理，使扬尘靠本身的重力（重力）从气体中自然沉降下来的净化设备，通常称为沉降室或降生室。它是一种结构简单、体积大、阻力小、易维护、效率低的比较原始的净化设备，只能用于粗净化。2.旋风分离器旋风分离器的工作原理是靠作用在旋转流场内颗粒上的离心力，使密度比空气大的颗粒向外运动至旋风分离器器壁，然后再沿器壁向下运动到排料在逆流式旋风分离器中，净化气体大多沿中心轴线由旋风分离器顶部排出。旋风分离器是一种分离效果很好的汽水分离设备，也大量用于气固分离，原理是一样的，不过风速一定要调好，否则会造成分
30、离不完全或底部堵塞。可将底部设计一个文丘里的喷射器，将分离式出来的固体（一般为粉末）以负压的方式吸走。3.重力沉降收尘器这种收尘器的主要形式是沉降室。当含尘气体进入沉降室后流速减慢，粉尘靠自身的重力沉降下来而收集。沉降室结构简单，收集效率低，在目前炭黑工业很少使用。4.离心沉降收尘器离心沉降收尘器是依靠惯性离心力的作用进行分离的设备，这种形式的收尘器主要是旋风分离器。即含尘气体进入旋风分离器后，向下做旋转运动，产生离心力。由于气体和粉尘密度不同，靠离心力把粉尘和气体分开。这种类型设备的压力损失大，而且要求风速在一定范围才能发挥从烟气中收集炭黑的效率。通常在炭黑生产中作为预收尘设备。5.织物过滤
31、收尘器含尘气体经过过滤介质（织物纤维滤袋），粉尘被阻留，气体被排除而加以收集的设备叫袋式收尘器，简称袋滤器。袋滤器收集效率为99%以上，适应性强，是炭黑工厂广泛使用的高效收尘设备。袋滤器可以串联旋风分离器或附聚器使用，也可单独使用。6.电收尘器电收尘器的全称为静电除尘器，它是利用气体或烟气在电场中电离，使悬浮的固体颗粒带电，被吸附在电极上而收集之。电收尘器收集效率高，阻力低，且适用于高温，小于400。但设备造价高，不易维护。7.袋滤器袋滤器是以织物纤维做成的圆筒形滤布。使含炭黑的烟气通过，炭黑便附着在滤布表面上，其收集效率可达99%99.5%。在炭黑工业中，袋滤器是从含炭黑的烟气中收集炭黑的一
32、种必不可少的收集设备。2.3 本章小结本章主要是介绍了炭黑粉尘的基本性质，其中包括炭黑的导电性、热导率、着火温度与燃烧、元素组成及炭黑的氧化。指出炭黑粉尘是一种半导体，是一种良好的绝热材料，且具有着火温度较高和燃烧缓慢的提点。它主要是由碳元素组成，也含有少量的氧、氢、氮和硫等元素，这些少量元素都是制备时的原料带入的。并且由于它有自燃的可能性，所以比较容易被氧化。另外还针对炭黑粉尘的以上性质分析得出炭黑粉尘的治理有别于其他工业粉尘，由于它的不亲水性，所以不宜采用湿式除尘方法，又由于可能发生自燃所以除尘中尽量不要掺入空气，并且冷却气体不宜过热。并且列举出各类回收装置的设备及原理和其各自优缺点，最后
33、得出应采取滤袋器作为回收系统主要设备是治理炭黑粉尘较好的方式。第3章 炼胶间炭黑粉尘的危害及原因本章根据前文的炭黑粉尘的基本性质，提出和整理出了炼胶间内它对人员、车间环境、机械设备等的危害。主要包括，由于炭黑粉尘具有质轻、颗粒小和易漂浮的特点，所以长期接触炭黑的职业极易感染炭黑尘肺并对整个呼吸系统造成危害；又由于炭黑粉尘的燃烧爆炸特性，使得它易造成炼胶间内混合爆炸或二次爆炸；因它的隔热和导电性导致它对车间内机械设备有一定的损害等几方面的危害。3.1 炭黑粉尘对人员的危害及原因3.1.1 炭黑粉尘的致癌性对化学用品致癌性的研究表明：在化学致癌物中，1/3以上属于致癌性多环芳烃。在化工产品生产中，
34、多环芳烃又的来自原料，有的来自生产过程所排（少量），也有的来自残存产品中（痕量）。但像炭黑这样，在原料、生产及产品三个环节都含有或排放多环芳烃的实属少有。所以，对化工产品所含致癌性多环芳烃的研究，炭黑是典型代表物之一。由于炭黑表面吸附着各种多环芳烃，其中包括致癌物质3，4-苯并芘等，但因炭黑表面积较大，多环芳烃被牢固地吸附在炭黑的表面，所以在一般情况下，这些多环芳烃是很难解吸的，只有用丙酮或苯一类的溶剂，才能把它们抽提出来。国外的调査表明，炭黑从业人员的癌发病率并不比其他行业高18。动物实验和流行病学调查结果表明，一般地接触炭黑或吞食炭黑并不会致癌。实验还表明，炭黑表面虽然存在致癌物质，但人体
35、中不存在能使这些物质被洗涤下来的溶剂。也就是说，炭黑对致癌物的吸附力超过了人体内体液的洗涤力19。虽然流行病学和毒理学的研究成果证实炭黑不是致癌物，但它确实含有多环芳烃（尽管含量很少），这一致癌性的主要物质，所以一些持相反意见的人虽然不能用实验证实炭黑是致癌物，但也不相信它是安全物。在美国职业保护与健康条例手册中，在物质毒性表中将炭黑列入健康代码2.3级物质，并注明它对健康的影响是“可疑致癌物/累计心脏损伤”。而可疑致癌物的来历就是因为炭黑上吸附有多环芳烃，因此怀疑它们对生物体会引起致癌作用20。特别是近期有报道称，职业性接触高浓度碳黑与发生膀胱癌密切相关21。因此，为保护工人身体健康，必须加
36、强防治措施。3.1.2 炭黑尘肺上海劳动卫生职业病防治所和泸州医学院对我国炭黑工人的尘肺患者作了大量细致的工作22。发现尘肺患者的自觉症状是鼻咽干燥、胸胀痛、气紧，肺内有大量炭黑尘细胞堆积于细支气管，肺泡及血管周围间质内，致使管壁增厚。增大的炭黑病灶堆积起来形成结节。肺内粉尘几乎全为细胞所吞噬。局部增生不明显。病灶周围出现多发性局限性肺气肿，散于全肺23。国外亦曾有过报道，接触炭黑1020年的工人会引起尘肺24。患者有胸部症状，X片表明肺叶上有粗糙的结节，呼吸能力受损，伴有轻度的肺气肿或纤维性病变，如图3-1和图3-2。图3-1 炭黑尘肺病人肺标本图3-2 炭黑尘肺病人肺切片标本从事炭黑粉尘作
37、业时，已吸入肺内的炭黑粉尘，在脱离接触粉尘后，还会继续在肺组织内发生毒作用，若干年后胸片复查时，极可能发现有炭黑尘肺者。这种以往接触过炭黑粉尘，但未在工作期间发病，调离炭黑粉尘作业时X线摄片也未发现有炭黑尘肺，而调离后从事非炭黑粉尘作业后若干年，X线胸片复查发现了炭黑尘肺者，称之为“迟发性炭黑尘肺”25。所以炭黑尘肺工作人员调离炭黑粉尘作业后，仍有可能发生炭黑尘肺，故定期体检不能忽视。3.1.3 炭黑粉尘对工人的职业危害炭黑是一种重要的化工原料，目前主要用于橡胶、颜料、油墨、油漆、塑料、合成纤维、冶金、干电池等行业，工人长期吸入炭黑粉尘能够导致炭黑尘肺病26。为了摸清炭黑对工人健康的危害情况，
38、以便采取有效措施，降低职业病发病率，保障工人健康，促进生产发展。对南平化工厂炭黑作业工人进行了调查研究27。1.车间空气中炭黑粉尘浓度测定结果：治理前车间中粉尘浓度测定结果表明，滚筒车间粉尘浓度最高为123mg/m3，超过国家卫生标准11.3倍，其次是炉法车间包装点粉尘浓度达89.8mg/m3，超过国家卫生标准7.9倍；只有乙炔车间炉头和包装作业点粉尘浓度平均分别为0.5mg/m3与14mg/m3，接近或达到国家卫生标准。为了征服“烟老虎”的危害，19791980年来，厂领导组织“三结合”治理尘、毒攻关小组，采取有力治理措施，首先在工艺上采用炭黑造粒、玻璃纤维袋滤、脉冲除尘、文邱里水洗、排气烟
39、囱加侧向水洗等措施，减少了炭黑粉尘的弥散，车间粉尘浓度明显下降。滚筒、炉法、乙炔等车间粉尘浓度分别降至13.6、13.1、1.7mg/m3，接近国家卫生标准。2.临床健康检查结果分析：南平化工厂接触炭黑工人进行临床检查和摄胸大片。临床检查包括询间病史（职业史）、内科、五官科、血常规等，部分工人作心电图、肝功等，以排除其它心、肺、肝等内科疾病。共检查525人，其中具有完整资料的有364人，经本地区矽肺诊断小组共同阅片诊断，确诊为炭黑尘肺8人，观察对象31人，现将其结果分析如下：临床症状：接触炭黑粉尘工人，常见的自觉症状以咳嗽、胸闷、胸痛、气紧、心悸、易疲捞等为多见体征：接触炭黑粉尘工人以慢性鼻炎
40、、慢性喉炎为多见，主要与工人长期吸入炭黑粉尘后，引起了呼吸道刺激性炎症有关。3.炭黑尘肺发病情况分析：炭黑尘肺的发病工龄及发病年龄情况：本次共检查：364人中，确诊为I期炭黑尘肺病者8人，检出率为2.2%，观察对象31人，占8.5%，两者合并占10.7%。8名炭黑尘肺中，发病年龄最小的是39岁，最大的是58岁，平均为41岁；其发病工龄最短14年，最长28年，平均是21年。工龄在10-14年患病率为2.1%，1519年为4.3%、20年以上为4.6%，炭黑尘肺的发病率有随工龄的增加而升高的趋势。炭黑尘肺发病与工种、粉尘浓度的关系：该厂发生8例炭黑尘肺中，滚筒车间尘肺患病率为最高达4.67%，观察
41、对象所占比例也最高，为26.2%，其患病率远远超过其它车间。这与滚筒车间粉尘浓度高（123mg/m3）有关。4.胸部X线表现：我们对X线改变较明显的39例(尘肺8例，观察对象31例)的主要指标进行分析如下：肺门改变：边缘多较清楚，密度较淡，个别病例肺门可查见小结节阴影，密度较浓或淋巴结稍大，密度不均匀，这可能与炭尘堆集有关。肺纹理改变：肺纹理主要是增粗增多而紊乱，粗细不等，呈绒毛状，同时延伸至肺外侧带，而中、下肺纹理多扭曲、变形等改变。细纹紊乱交叉而成纤细的网织结构，主要分布在双侧中、下肺野。结节阴影：炭黑尘肺呈结节样阴影或称砂粒感改变，其结节密度较淡，边缘模糊不清，大小不均等，结节呈针尖样，
42、部分较大结节直径约25mm，但未查见融合病灶。结节形态为不整形，类串珠样，密度不均匀，边缘淡而中央浓，呈现伪足形成星芒状，少量结节伴有灶周小气肿。结节样阴影在网织结构的背景上散在分布在两中、下肺。以间质性改变为主。肺野：整个肺野变成模糊不清，显示毛玻璃样感。肺气肿：部分病例两肺呈现弥漫性及两肺底轻度肺气肿，较大的结节阴影周围有小泡性灶周小气肿征。5. 肺通气功能测定指标肺通气功能指肺与外界环境所进行的气体交换的能力。按工龄分层分析肺通气功能测定，男女工人肺通气功能指标异常均有随工龄增长而增加的趋势，如表3-1与表3-2。表3-1 各工龄组男性工人肺通气功能指标组别例数FVCFEV1MMFV50
43、19年3296.8325.8394.9326.3895.7924.3094.5325.991019年2593.0320.3991.1120.1494.8722.1592.2719.2520年2290.3318.6690.0719.0293.3721.2491.1920.31正常量75101.9916.29100.9117.32100.9032.94102.9726.87表3-2 各工龄组女性工人肺通气功能指标组别例数FVCFEV1MMFV5019年3292.4120.3893.8119.5394.6218.6593.7916.961019年2587.0916.3190.3615.8890.58
44、16.1090.9416.7520年2286.8715.1788.4316.9589.1816.7387.5315.21正常量7597.6026.2199.5417.0099.8917.0098.9320.12表中一些肺通气功能指标解释如下：用力肺活量（FVC）：也称时间肺活量。该指标是指将测定肺活量的气体用最快速呼出的能力。一秒用力呼气容积(FEV1) ：吸气至肺总量位后一秒之内快速呼出气量。最大呼吸中段流量（MMF）：是由FVC曲线计算得到的用力呼出肺活量25%75%的平均流量。V50：呼出50%肺容积时的最大呼气流量。6.引起炭黑作业工人肺通气功能下降的原因有学者认为炭黑工人肺通气功能下
45、降的原因与工人年龄、吸烟因素有关，与接触炭黑粉尘无明显相关28。但本次调查结果显示炭黑粉尘可引起接尘工人的肺通气功能下降，肺通气功能各项指标异常率均高于标准指标， 而且， 肺通气功能的改变与接触炭黑粉尘工龄有关。接触组按工龄分层分析发现， 肺通气功能指标在1年以上组降低不显著， 从10年以上组开始有部分指标显著降低，20年以上组显著或非常显著降低，也就是说肺通气功能指标随着工龄增长而明显降低。说明了长期接触炭黑粉尘可导致肺功能的慢性损害。因此，对炭黑粉尘作业工人进行定期肺通气功能测定，尤其对工人肺功能进行动态观察作为健康监护措施，有助于早期发现炭黑粉尘对工人肺功能的慢性损害。3.1.4 炭黑粉
46、尘造成职业危害的因素分析炭黑粉尘对人体造成的职业危害及危害程度由6 个因素决定， 分别是粉尘成分、粉尘浓度、粉尘的分散度、粉尘的溶解度、粉尘形状及硬度和与粉尘接触的时间29。1.粉尘成分。粉尘的成分决定粉尘的危害性质，即产生的疾病种类。炼胶间内长期接触的粉尘主要为炭黑粉尘，吸入最容易引起炭黑尘肺；经吸入呼吸道后，会附着在鼻腔、气管、支气管的粘膜上，时间长了，就会发生慢性炎症；炭黑粉尘落在皮肤上会堵塞皮脂腺、汗腺，引起皮肤干燥、感染、粉刺、毛囊炎等疾病。2. 粉尘浓度。粉尘浓度主要表示方法，以单位体积空气中的粉尘重量(毫克/立方米) 来表示。粉尘浓度直接决定粉尘对人体的危害程度，浓度愈高，则危害愈大。因而制定生产车间作业地带空气中炭黑粉尘的最高容许浓度有着重要的意义。3. 粉尘的分散度。粉尘分散度是表示粉尘颗粒大小的一个概念，粒子分散度愈高，悬浮于空气中的时间愈长，沉降速度愈慢，被人体吸入的机会就愈多，对人体的危害愈大。在静止的空气中，1 微米以下的炭黑粉尘，从1. 5 2米高处降落到地面，则需5 7小时，因而被人吸入的机会也就愈多。分散度还与炭黑粉尘在人体呼吸道中的阻留有关， 尘粒愈大，被阻留于上呼吸道的可能性愈大，尘粒愈小，通过上呼吸道而吸人肺内的机会愈多，危害也就越大。4. 粉尘的溶解度。粉尘
