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金属切削液油雾的形成及有效控制

来源: 雅博体育市海森化工有限公司  日期:2016-07-20 09:00:00  属于:产物技术
文章摘要:在机械加工过程中, 金属切削液的使用会产生大量油雾, 严重危害到工人的健康, 因此控制切削油雾浓度, 减少油雾的产生, 对人体健康和环境污染具有主要意义。下文周全介绍金属切削液油雾产生的机理、危害及其控制方法, 为准确制订和实施绿色机械加工工艺, 提供了理论和工程依据。
在车、铣、钻、磨等金属加工过程中,由于金属切削液的使用,会在空气中形成大量的油雾颗粒。这种现象使得工人呼吸区域中的空气质量问题受到广泛关注。因为持久表露在这种油雾中对工人健康十分不利,而据美国职业安全与健康国立研究所(NIOSH)统计,每年表露在金属切削液油雾中的工人多达120万[1]。因此,对金属切削液油雾的研究是一项意义重大的课题。

金属切削液油雾的形成及有效控制
1、金属切削液油雾的产生及存在形式
1.1 油雾的产生气理

为了有效地润滑、冷却和清洗,金属切削液在使用过程中要经历泵循环、喷射与高速旋转的刀具或工件激烈撞击和高温蒸发等过程,这就决定了其油雾产生的原因非常复杂,机械、物理和化学的因素互相交织,共同作用。但是,并非所有因素都对油雾的产生具有决定性影响,加工过程中金属切削液油雾的形成主要可以归因于两种机理,雾化和蒸发:雾化是机械能转化为液滴表面能的过程,主要是由于液体对机床系统内的固定及旋转单元的激烈冲击,被其打坏,形成细小液滴漂浮在工作环境中;蒸发的发生是由于切削区产生大量的热,这些热量传入切削液,使它的温度明显高于饱和温度,在固-液接触面上就发生沸腾并产生蒸汽。这些蒸汽随后以周围空气中的小液滴或其它粒子为核心凝聚,形成油雾[2]。图1为加工过程中油雾生成机理的示意图。

1.2油雾的存在形式
金属切削过程可以产生以下三类油雾[3]:
(1)由喷射冲击产生的干净油雾,不含固体粉尘;
(2)因加热或高速切削的高温导致蒸发或灼烧而产生的烟雾;
(3)磨削时金属切削液喷射产生的含磨削粉尘的油雾;
 
油雾产生的方式不同,其颗粒直径范围也有较大区别。一般情况下,机械雾化过程产生的油雾主要以液滴形态存在,液滴直径范围较宽,通常为2~10Lm。蒸发产生的油蒸汽在冷凝过程中也会形成直径非常细小的冷凝悬浮体,粒径通常为2Lm以下。医学研究证实,油蒸汽和大颗粒液滴对人体肺部的危害相对较小。以油蒸汽形态存在的油雾被吸入肺部又被呼出,它们并不会被肺泡捕捉,而大颗粒的油滴无法通过鼻子和支气管进入肺部。只有以液滴形式存在,且直径小于5Lm的油雾颗粒才能顺利到达肺泡,并在肺部沉淀,从而对人体造成较大的危害[4]。
2、金属切削液油雾的危害性
金属切削液油雾的存在使得火灾隐患增加,工人在有油雾的地板上滑倒的可能性增加,假如将含有油雾的空气排出车间,还会对环境造成污染。然而,金属切削液油雾最大的危害还在于它对接触者健康的影响。工人持久表露在金属切削液油雾中会导致呼吸系统疾病、过敏性皮肤病和恶性肿瘤等疾病的发病率明显增高,并且可能造成遗传性影响。

金属切削液成分复杂,其中的添加剂和污染物都可能作为刺激因素诱发突发性哮喘,恶化原有哮喘的病情,或引起无哮喘病人的气道不适。在四类金属切削液中,可溶性油和纯油与哮喘相关。纯油、可溶性油和合成油这三类已被确认由于吸入过程会引起工人的气道功能紊乱和呼吸道疾病。即使油雾浓度仅为0141~0155mg/m3,工人持久接触这种油雾仍会导致慢性支气管炎、胸部不适和气道刺激等。早期并没有对表露在金属切削液油雾中的工人进行过敏性肺炎方面的研究,然而,由于近年患过敏性肺炎的工人数量的激增,持久接触油雾会导致肺炎这一事实得到了研究和证实[5]。关于金属切削液油雾对工人肺功能的影响方面的研究资料还比力匮乏。其原因之一是能够被不雅察看到的肺功能下降大多都是不成恢复的,此外还由于肺功能下降与所接触的油雾的量有关,是一个持久积累的成果。但是以动物为试验对象的研究成果注解,狗接触5~100mg/m3油雾12个月以上,会呈现含脂肪的肺泡和巨噬细胞脂肪性肉芽肿,并且呼吸组织呈现形态改变的特征[6]。

金属切削液油雾的另一大危害是其致癌性,金属削液的致癌性主要取决于其添加剂的浓度、受污染情况和使用条件。目前还没有针对人类进行的金属切削液致癌性方面的研究,而以动物为研究对象的试验研究则发现,切削液的油雾能够导致皮肤瘤/皮肤癌、刺瘤、肺癌和胰腺癌。对于切削液油雾的致癌性,目前还存在着许多争论:虽然许多流行病学的研究都曾经报道了金属切削液及其油雾的致癌倾向,可是由于癌症的暗藏期特殊长,流行病学的研究往往只能评价20~30年前某物质导致的危害。为此有研究者指出几十年前的金属切削液的组成完全不能代表今天的切削液的情况。特殊是炼油工艺发生了巨大的变化,更大限度地去除了多环芳烃和其它不抱负组分,因此把本来证实的致癌倾向推广到目前的切削液是不合适的。但是由于金属切削液组成的复杂性,要简单地证实其不具致癌性也是十分困难的[4-5]。
 
与对其它方面健康危害的研究比拟,关于切削液油雾对遗传学影响的研究是最少的。按照1995年FuchsJ等人的研究成果,IARC(联合国国际癌病研究专署)将N-亚硝基二乙醇胺(NDELA)定性为2B致癌物(对人类可能致癌)。NDELA强烈影响到单核血细胞DNA链的断裂。表露在NDELA浓度大于500mg/m3的空气中的工人比表露在浓度低于50mg/m3的DNA链断裂数目明显增多。虽然EPA(美国环境庇护署)已经禁止将NDELA作为金属切削液的添加剂,但是在亚硝基化剂的作用下,三乙醇胺(TEA)和二乙醇胺(DEA)仍然能够发生反应,在金属切削液中生成NDELA[7]。

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