砂型鑄造過(guò)程的空氣污染物及其檢測(cè)分析

王 睿

（太原重工股份有限公司安全環(huán)保部，山西 太原 030024）

鑄造成型技術(shù)在我國(guó)制造業(yè)中占據(jù)著非常重要的位置，為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)[1]。特別是傳統(tǒng)的砂型鑄造技術(shù)，以其顯著地優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用[2]。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在所有的鑄造件中，有70%～80%是通過(guò)砂型鑄造方法加工得到，由此可見(jiàn)砂型鑄造技術(shù)在鑄造行業(yè)中的地位[3]。雖然砂型鑄造方法有很多優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)踐過(guò)程中會(huì)造成一定的空氣污染問(wèn)題[4]。在對(duì)環(huán)境要求越來(lái)越高的大背景下，有必要對(duì)砂型鑄造過(guò)程中的空氣污染物進(jìn)行分析與檢測(cè)，為更好的控制空氣污染問(wèn)題提供理論依據(jù)[5，6]。本文主要對(duì)某鑄造車(chē)間的空氣污染問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)于防止空氣污染問(wèn)題，提升砂型鑄造的應(yīng)用范圍，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 砂型鑄造過(guò)程的常見(jiàn)污染物分析

人們對(duì)砂型鑄造過(guò)程中污染物排放的認(rèn)識(shí)是一個(gè)逐漸發(fā)展的過(guò)程，其中最為常見(jiàn)的就是溫室氣體CO2。但已有的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)均表明，砂型鑄造期間排放的污染物中除了含有CO2外，還伴隨有不少危險(xiǎn)性空氣污染物（HAP）以及揮發(fā)性有機(jī)物（VOC），不乏甲醛、苯等物質(zhì)。因?yàn)樯靶丸T造中需要利用各種原材料制作砂芯和砂型，其中會(huì)用到不少黏接劑等物質(zhì)，都屬于有機(jī)物。澆注過(guò)程中，高溫金屬液體使得砂芯和砂型溫度急劇升高。有機(jī)物質(zhì)遇到高溫會(huì)發(fā)生分解，生成各類(lèi)揮發(fā)性有機(jī)物和空氣污染物，部分污染物具有很大的毒性和危害性，對(duì)人們的身體健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。西方制造業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家都比較重視鑄造過(guò)程中空氣污染物的排放問(wèn)題。為了降低空氣污染，使用了很多新材料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的污染性較強(qiáng)的材料。但不管是使用何種材料，都有必要采取措施對(duì)鑄造過(guò)程中排放的空氣污染物進(jìn)行檢測(cè)。只有這樣才能有效掌握污染物的排放情況，進(jìn)而采取針對(duì)性措施來(lái)解決問(wèn)題。

2 砂型鑄造污染物檢測(cè)條件與方法

2.1 檢測(cè)條件

為了實(shí)時(shí)檢測(cè)鑄造前后空氣中污染物的情況，利用專(zhuān)業(yè)的污染物檢測(cè)設(shè)備在某鑄造車(chē)間開(kāi)展實(shí)驗(yàn)檢測(cè)工作，該設(shè)備的具體型號(hào)為U-LIFE200。設(shè)備具有非常強(qiáng)大的功能，可以對(duì)空氣中的各類(lèi)顆粒物以及有害污染物等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，給出比較準(zhǔn)確的結(jié)果。比如，空氣中的CO2、CO、SO2、甲醛等物質(zhì)都可以進(jìn)行檢測(cè)。需要重點(diǎn)說(shuō)明的是，該鑄造工廠主要通過(guò)手工方式進(jìn)行造型，原材料為煤粉濕型砂，比較有代表性。整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中保持車(chē)間自然通風(fēng)，模擬正常生產(chǎn)工況。

2.2 檢測(cè)方法

在正式開(kāi)始砂型鑄造前，在車(chē)間環(huán)境中對(duì)空氣污染物進(jìn)行連續(xù)1 h的監(jiān)測(cè)，并記錄監(jiān)測(cè)結(jié)果，取各污染物濃度的平均值。完成砂型鑄造后，采用完全相同的方法再進(jìn)行連續(xù)1 h的監(jiān)測(cè)，并記錄監(jiān)測(cè)結(jié)果，同樣取平均值。檢測(cè)時(shí)的溫度和壓力為室溫和大氣壓力。

3 砂型鑄造污染物檢測(cè)結(jié)果分析

本文將污染物分成兩大類(lèi)，分別為顆粒污染物和氣體污染物，以下從這兩個(gè)角度分別對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行介紹。

3.1 顆粒污染物的排放情況

結(jié)合實(shí)際情況，本研究主要對(duì)PM2.5、PM10、PM100三種顆粒污染物進(jìn)行了檢測(cè)并對(duì)比，表1為鑄造車(chē)間進(jìn)行砂型鑄造前后顆粒污染物濃度對(duì)比情況，表中同時(shí)給出了連續(xù)1 h監(jiān)測(cè)過(guò)程中的最大值和平均值。

表1 砂型鑄造前后顆粒污染物濃度（體積質(zhì)量）對(duì)比情況 mg/m3

由表1中數(shù)據(jù)可以看出，在進(jìn)行砂型鑄造前，鑄造車(chē)間內(nèi)已經(jīng)包含有不少的顆粒污染物，顆粒污染物總和的平均值和最大值分別為0.744 mg/m3和1.086 mg/m3。出現(xiàn)這種情況的主要原因在于，鑄造車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程中除了鑄造階段會(huì)產(chǎn)生顆粒污染物以外，其他工序如熔煉也會(huì)產(chǎn)生一定的顆粒污染物。另外，車(chē)間前期鑄造生產(chǎn)中產(chǎn)生的顆粒污染物未及時(shí)沉降。進(jìn)行砂型鑄造后，車(chē)間空氣中的顆粒污染物濃度有了進(jìn)一步提升，顆粒污染物總和的平均值和最大值分別達(dá)到了1.864 mg/m3和3.013 mg/m3。砂型鑄造前后空氣中的顆粒污染物濃度平均值和最大值分別增加了1.132 mg/m3和1.927 mg/m3。

對(duì)于空氣中的顆粒污染物濃度大小，我國(guó)很早之前就頒布了《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》文件，該文件中對(duì)各類(lèi)顆粒污染物的濃度給出了明確的要求。其中矽塵（主要就是PM2.5、PM10、PM100的總和）和呼塵（主要就是PM2.5和PM10的總和）的最大濃度分別不得超過(guò)1 mg/m3和0.7 mg/m3。對(duì)比表1中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，本文檢測(cè)的鑄造車(chē)間在進(jìn)行砂型鑄造生產(chǎn)時(shí)，空氣中的顆粒污染物濃度已經(jīng)超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值。這種情況下操作人員如果不做任何防護(hù)直接暴露空氣環(huán)境中，會(huì)嚴(yán)重威脅操作人員的身體健康。

3.2 氣體污染物的排放情況

結(jié)合實(shí)際情況，本研究主要對(duì)CO、CO2、SO2、NO2、甲醛等氣體污染物進(jìn)行了檢測(cè)并對(duì)比，如表2所示為鑄造車(chē)間進(jìn)行砂型鑄造前后各類(lèi)氣體污染物濃度對(duì)比情況，表2中同時(shí)給出了連續(xù)1監(jiān)測(cè)過(guò)程中的最大值和平均值。

表2 砂型鑄造前后氣體污染物濃度（體積質(zhì)量）對(duì)比情況 mg/m3

由表2中數(shù)據(jù)可以看出，在沒(méi)有進(jìn)行砂型鑄造前，鑄造車(chē)間內(nèi)部已經(jīng)包含有一定的氣體污染物，揮發(fā)性氣體總量（VOCs）的平均值和最大值分別為3.423 mg/m3和4.430 mg/m3。這些氣體污染物一方面來(lái)自于前期進(jìn)行鑄造時(shí)殘留下來(lái)的，另一方面是由于車(chē)間內(nèi)其他工序如熔煉產(chǎn)生的氣體污染物。進(jìn)行砂型鑄造后，車(chē)間空氣中的氣體污染物濃度均有了明顯的提升，CO、CO2、SO2、NO2、甲醛以及VOCs的平均濃度分別達(dá)到了8.051 mg/m3、1032 mg/m3、0.157 mg/m3、0.532 mg/m3、0.111 mg/m3和8.841 mg/m3，而最大濃度值分別為10.52 mg/m3、1100 mg/m3、0.319 mg/m3、0.892 mg/m3、0.888 mg/m3、28.11 mg/m3。

我國(guó)頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)空氣中各類(lèi)氣體污染物濃度做出了非常明確的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其中SO2、NO2和CO的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分別為0.15 mg/m3、0.2 mg/m3、10 mg/m3，SO2的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為0.5 mg/m3，另外兩種氣體的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相同。對(duì)比表2中的數(shù)據(jù)可知，鑄造車(chē)間進(jìn)行砂型鑄造時(shí)，CO的排放量沒(méi)有超過(guò)規(guī)定中的一級(jí)和二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，SO2的排放量雖然沒(méi)有超過(guò)規(guī)定中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但已經(jīng)超過(guò)了一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，NO2的排放量全部超過(guò)了一級(jí)和二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。另外，根據(jù)《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》文件中的規(guī)定。CO2和甲醛的濃度容許值分別為9000 mg/m3和0.5 mg/m3，而對(duì)比表2中數(shù)據(jù)可以看出，CO2和甲醛的濃度已經(jīng)全部超過(guò)了容許值。對(duì)于揮發(fā)性氣體總量（VOCs）的濃度值，我國(guó)頒布的各類(lèi)行業(yè)文件中雖然沒(méi)有對(duì)其做出具體的要求，但根據(jù)行業(yè)規(guī)范其允許的濃度值不得超過(guò)1 mg/m3。

基于以上分析可以看出，本文研究的鑄造車(chē)間進(jìn)行砂型鑄造生產(chǎn)時(shí)，空氣中的氣體污染物濃度絕大部分均超過(guò)了規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中的極限值，對(duì)空氣造成了比較嚴(yán)重的污染。這就要求在車(chē)間內(nèi)作業(yè)的工作人員做好防護(hù)工作，避免這些氣體污染物對(duì)工作人員身心健康構(gòu)成威脅。

4 結(jié)論

砂型鑄造在機(jī)械制造業(yè)中占據(jù)非常重要的地位，但砂型鑄造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的空氣污染物，本文對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行研究，所得結(jié)論主要如下：

1）砂型鑄造時(shí)污染物的排放與原材料的使用存在緊密關(guān)系，可以將污染物分為顆粒污染物和氣體污染物兩大類(lèi)型，其中顆粒污染物主要包括PM2.5、PM10、PM100等，氣體污染物主要包括CO、CO2、SO2、NO2、甲醛等。

2）對(duì)鑄造車(chē)間鑄造前后的顆粒污染物和氣體污染物濃度分別進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)砂型鑄造后車(chē)間空氣中各類(lèi)污染物濃度有了明顯的提升，且絕大部分污染物濃度超過(guò)了規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)車(chē)間工作人員的身心健康構(gòu)成了比較大的威脅。