生產性粉塵的特性包括粉塵粒度分布、真密度、相對密度、充填性質、安置角與滑動角、濕潤性、擴散性、粘附性、荷電性、光學特性、磨損性、團聚性、化學成分、爆炸性等。
    生產性粉塵的理化特性不同，造成人體危害的性質和程度不同，發生致病作用也不相同，粉塵損害機體的特性主要有以下幾種。
一、粉塵的化學成分
    作業場所空氣中粉塵的化學組成成分是直接決定其對人體危害性質和嚴重程度的重要因素之一。
    由于化學性質不同，粉塵對人體可產生炎癥、纖維化、中毒、過敏和腫瘤等作用。例如，某些金屬粉塵通過肺組織吸收，進入血液循環引起中毒。某些動植物粉塵可導致過敏性哮喘或肺炎，某些巖塵可引發接觸性皮炎。
    成分相同的粉塵，由于化學結構和表面結構的差異，或者由于表面吸附或包裹其他化學成分的情況不同，對人體造成的毒作用程度不一。如二氧化硅具有致纖維化的作用，游離型的作用遠遠高于結合型的，結晶型的作用又大于非結晶型的。實際生產過程中粉塵的性質還會隨工藝流程發生變化，比如在陶瓷的生產過程中，其原料高嶺土中含有大量游離型二氧化硅，是陶瓷粗胚生產過程中的主要職業危害因素，具有很強的致塵肺作用。當粗胚經過高溫煅燒，大部分的游離型二氧化硅轉化成結合型二氧化硅，粉塵致塵肺纖維化能力減弱。常見生產性粉塵中游離二氧化硅的含量見表1-1。   
                    
                                      表1-1               常見粉塵中游離二氧化硅的含量
                     
                  
    化學成分與危害程度的關系，還突出表現在粉塵的新鮮程度影響著粉塵顆粒危害的大小。由于外力的機械切割或擠壓作用，破碎而產生的新粉塵顆粒被稱作新鮮粉塵。新鮮粉塵放置一段時間后稱陳舊粉塵。最新的研究認為，新鮮粉塵表面有大量氧化活性很強的自由基，從而增強了粉塵顆粒本身的毒作用，致病作用變強，例如，新鮮煤塵的致病作用最強。而陳舊粉塵表面的活性自由基已被氧化失效，并且表面常被黏土等惰性物質包裹，毒性的作用降低，造成機體損害的時間變長。
    粉塵長期漂浮在空氣中，由于體積小，相對表積面大，具有較強的吸附能力，可以吸附空氣中的氣態或液體物質，粉塵顆粒表面吸附的各種物質有可能增強其毒
作用，例如吸附致癌性的多環芳烴類物質，使原本無毒無致癌作用的普塵，變成有毒有致癌作用的毒塵，如圖1-4所示。
              
                                       
                                                                                           
                                                   圖1-4 粉塵顆粒表面吸附的各種物質 


二、粉塵的濃度和接觸時間
同一種粉塵在作業環境中濃度越高，暴露時間越長，對人體危害越嚴重。由于機體對侵入體內的粉塵有一定的清除能力，因此，低濃度的粉塵對機體的損傷相對較小，即使長期接觸也不大可能引起臨床癥狀，例如，如果能保證煤礦呼吸性粉塵濃度低于5mg/m³，那么一個煤礦工人在工作30年后得塵肺病的可能性將小于5％，但在50mg/m³以上高濃度粉塵接觸作業中，可能在1-5年內即造成明顯的病損。對于能在機體蓄積或者有損傷能力的粉塵，其造成的機體損傷與粉塵累積接觸劑量（粉塵濃度×時間）密切相關，研究發現，矽肺的發病危害與粉塵累積接觸劑量之間存在明確的接觸劑量反應關系，而與作業點的瞬時粉塵濃度關系不確定。
 
三、粉塵的分散度
分散度是指物質被粉碎的程度，以粉塵粒徑大小的數量或質量組成百分構成比來表示，前者稱粒子分散度，粒徑小的顆粒越多，則分散度越高；后者稱質量分散度，質量小的顆粒占總質量百分比越大，質量分散度越高。粉塵粒子的大小一般以直徑微米（µm）表示。
粉塵被機體吸入的機會與其在空氣中的穩定程度和分散度有關，粉塵粒子分散度越高，在空氣中漂浮的時間越長，沉降速度越慢，被人體吸入的機會就越多。當粉塵粒子密度相同時，分散度越高，粒子沉降速度越慢；而當塵粒大小相同時，密度越大的塵粒沉降速度越快。因此，在設計通風防塵措施時，應當根據粉塵的密度，采用不同的風速。當粉塵質量相同時，其形狀越接近球形，在空氣中所受阻力越小，沉降速度越快。例如，在靜止空氣中10µm的石英塵，數分鐘就降落下來，1µm的石英塵降落到地面需5～7h，0.1µm石英塵24h左右才能降落下來。一般能較長時間懸浮在空氣中的粉塵多為10µm以下的塵粒，而生產環境空氣中的粉塵，也以10µm以下最多，其中5µm以下的占30％-90%。需要指出的是，生產環境中的空氣是流動的，所以這些粉塵在空氣中漂浮時間長，很難降落，可被人持續吸入。不同粒徑的粉塵在靜止空氣中的沉降速度見表1-2。
 
                                 表1-2      不同粒徑的粉塵在靜止空氣中的沉降速度 
   
    
粉塵分散度越高，單位體積總表面積越大，越容易參與理化反應，對人體危害也越大，總表面積是指單位體積中所有粒子表面積的總和。隨著粒子表面積增加，表面吸附能力隨之增強，例如，有些粉塵可與空氣中的氧氣發生反應而引起粉塵的自燃或爆炸。有些粉塵能吸附氣體分子，在塵粒表面形成一層薄膜，阻礙粉塵團聚，增加粉塵在空氣中的懸浮時間。粉塵表面還可以吸附有毒氣體，如一氧化碳、氮氧化物等，分散度愈高，吸附量愈多，對人體危害也愈大。分散度高的粉塵，由于其表面積大，在液體或溶液中的溶解度也會增加。
粉塵分散度還與粉塵在呼吸道中各部位的滯留有關。根據粉塵吸入試驗，肺泡部位沉降最多的是直徑1～2µm 的塵粒見表1-3。
 
                                   表1-3       不同直徑塵?？傻竭_呼吸系統的部位
                                             
            
四、粉塵的溶解度
   粉塵溶解度的大小影響其對人體造成的危害。溶解度高的粉塵常在上呼吸道溶解吸收，而溶解度低的粉塵在上呼吸道不能溶解，往往能進入肺泡部位，在體內持續發揮作用。例如某些含有鉛、砷等有毒成分的粉塵可在呼吸道溶解吸收，其溶解度越高，吸收劑量越大，對人體的毒作用越強，反過來，溶解度低的粉塵，如石英粉塵，由于難于溶解，可在呼吸道細支氣管和肺泡中聚集，持續產生嚴重危害。此外，正常情況下，呼吸道粘膜的pH值為6.8～7.4，如果吸入的粉塵溶解后引起pH值范圍改變，會引起呼吸道黏液纖毛上皮系統排除功能障礙，導致粉塵積聚。
    黏附在皮膚上的粉塵，被汗液或空氣中水分溶解后，如果具有一定的脂溶性，可以穿透皮膚角質層被人體吸收，脂溶性高則皮膚吸收量大，但如果不同時具有一定的水溶性，則無法進入真皮的毛細血管。
五、粉塵的硬度
   在研究粉塵致肺纖維化的早期，首先提出了機械損傷學說，對粉塵硬度給予了相當的重視。現在認為，粉塵的硬度對致肺纖維化的作用影響不大，其機械損傷作用主要發生在上呼吸道，比如金剛石、碳化硅硬度很大，但對機體的危害則很小。
六、粉塵的表面活性
   粉塵表面生物活性影響其致肺纖維化作用。新產生的粉塵顆粒表面有較多的氧化硅和硅自由基（SiO·和Si·），可與二氧化碳、氧氣和水反應產生H₂O₂和羥基自由基（·OH）等，因而具有更強的細胞毒性作用。
七、粉塵的荷電性
   物質在粉碎過程和流動中互相摩擦或吸附空氣中離子而帶電。塵粒的荷電量除取決于其粒徑大小、密度外，還與作業環境的溫度和濕度有關。溫度高荷電增加，濕度高荷電減少，漂浮在空氣中90%～95%的粒子帶正電或負電。一般而言，非金屬粉塵常常帶正電荷，金屬粉塵則帶負電荷，研究結果表明，8µm以下的粉塵一般帶負電。荷電性對粉塵在空氣中的穩定程度有影響，同性電荷相斥，增強了粒子在空氣中的穩定程度，異性電荷相吸，使塵粒團聚并沉降。一般來說，荷電性的顆粒在呼吸道內易被阻留。在其他條件相同時，荷電粉塵在肺內阻留量達70%～74%，而不荷電者只有10%～16%。有研究認為，荷電粉塵顆?？赡苡绊懢奘杉毎麑ζ渫淌伤俣?，增加了粉塵的危害。粉塵的荷電性質對捕塵有重要意義，在防塵技術中，已愈來愈多地利用粉塵的荷電性質來捕集粉塵。粉體都有比較固定的介電率（相對介電常數）見表1-4。
 
                                    表1-4           常見粉體的介電常數

   
八、粉塵的幾何特征
    研究發現，在自然界及人類活動中所產生的塵粒極少是球形的。氣溶膠科學與技術的研究對象主要是懸浮于氣體中的固體顆粒，無論是研究粒子的光學性質、電學性質、力學性質、運動行為和分布特征，還是研究粉塵分離機理和捕集性能，無不與粉塵的大小和形狀有關。對于形狀不規則的塵粒，人們提出了平均徑、等效徑、球形度、形狀系數等概念，其中等效徑用得最普遍。研究中發現，這種等效徑是粗糙的、有條件的。例如：靠空氣動力分離機理除塵時，同等密度的球形塵粒比等效體積徑相同的扁平或條形塵粒容易分離；在靜電及過濾分離機理中，無論用空氣動力徑，還是等效體積徑，不規則塵粒比接近球形的塵粒更容易捕捉。


                       

                                               圖 1-5  粉塵不同形狀
                            (a)球形、（b）近球形、（c）多角形、（d）片狀、（e）樹枝狀；           
                           （f）不規則形、（g）多孔海綿狀、（h）菱角狀

球形顆粒在空氣中的阻力小，易于沉降，而形態不規則的顆粒相對來說沉降較慢，懸浮時間較長， 粉塵粒子形狀與塵肺的發病速度也有著密切關系，例如，球形粒子吸入人體后容易排出，而非球形粒子（如菱角狀或多角狀煤塵）吸入人體后很難排出，所以當煤塵中非球形粒子較多時，肺部粉塵沉積量增加，從而導致塵肺發病率和檢出率高、發病期短，這一點已在我國江西萍鄉礦業公司得到證實。萍鄉礦業公司開采相同煤種的安源礦和高坑礦，盡管粉塵濃度、粉塵分散度及游離SiO₂含量等指標安源礦均低于高坑礦，但由于安源礦非球形粒子粉塵多，以致安源礦塵肺發病率高于高坑礦。另外，不同形狀的粉塵粒子，對防塵口罩過濾效率在實際應用中的穩定性產生影響。
九、粉塵形狀術語見表1-5      
                                         表1-5          粉塵形狀術語

 

十、粉塵的濕潤性
粉塵粒子能否與液體相互附著，主要取決于粒徑、溫度、自然含水率、表面形狀、荷電性等因素 ，同時與液體的表面張力、塵粒與液體的接觸時間及塵粒與液體之間的粘附力有關，許多粉塵都具有一定的吸濕能力，特別是親水性粉塵粒子表面的吸附能力強，易與水結合，使粒子團聚、重量增加而易于沉降，對于疏水性粉塵可以在水中添加適量表面活性物質，用以解決水的表面張力過高問題。粉塵對水的親疏性見表1-6。  

                                                                                                         表1-6                   粉塵對水的親疏性
                          

十一、粉塵的爆炸性
    爆炸是某些粉塵的特性，例如：高分散度的煤塵、面粉、糖、亞麻、硫磺、鉛鋅等可氧化的粉塵，在適宜的溫度和濃度下一旦遇到明火、電火花和放電時，會發生爆炸，粉塵粒徑越小，比表面積越大，空氣越干燥粉塵爆炸危險性越大，部分粉塵爆炸下限見表1-7。

                                                                                                           表1-7             部分粉塵爆炸下限
                         
 
 十二、粉塵的團聚性
固態物質按分散程度不同分為，致密體、粉末體和膠體三類，大小在1µm以上的稱為致密體或常說的固體，0.1µm以下的稱為膠體，介于兩者之間的稱為粉末體。粉末中能分開并獨立存在的最小實體稱為單顆粒，單顆粒如果以某種形式團聚就構成所謂二次顆粒，其中原始顆粒稱為一次顆粒。圖1-6生動地描繪了若干一次顆粒團聚成二次顆粒的情形。

                               


                                                                  

                                                                                                   圖1-6 顆粒團聚情形圖
                                                                                   a-單顆粒；b-二次顆粒；c-晶粒；a₂- 一次顆粒
 
 
 一次顆粒之間形成一定的粘結面，在二次顆粒內存在一些微細的孔隙。一次顆?；騿晤w?？赡苁菃尉ьw粒，也可能是多晶顆粒，但晶粒間不存在空隙。
    二次顆粒是由單顆粒以某種方式團聚而成，通常由化合物的單晶體或多晶體經分解、焙燒、置換、還原、吸附或化合等物理化學反應并通過相變或晶型轉變而形成，也可以由極細的單顆粒通過高溫處理（如煅燒、退火）燒結形成 。
    二次顆粒又稱為聚合體或凝集顆粒。實際上顆粒還可以團粒成絮凝體。所謂團粒是由單顆?；蚨晤w?？糠兜氯A引力黏結而成的。
在氣動情況下，自然團聚之間、自然團聚與顆粒之間、顆粒與顆粒之間相互交換組合，形成的流態化聚團，聚團與附近的聚團相互碰撞，使聚團體最外層黏附的顆粒更緊密或脫落，因此，對流態化聚團的認識，除了考慮聚團體與最外層黏附的顆粒之間的黏性力和最外層被黏附的顆粒重力外，還應考慮流體曳力作用。
十三、粉塵的黏附性
黏性粉塵的特點是粉塵顆粒粒徑?。ㄎ⒚准壔蚣{米級），粉塵的黏附性對靜電捕塵有很大的影響。如果粉塵的黏附性較強，附著在濾料上的粉塵不易震落下來，使濾料累積塵量加大，空氣穿過變弱，阻力上升。粉塵的黏附性不僅與煙塵和粉塵的組成成分有關，而且與粉塵的粒徑有關，粒徑愈小，黏附性愈強，粉塵的黏附力主要包括分子引力、毛細管黏著力及靜電庫侖引力，關于這些力的理論計算較為復雜，其結果也不一定可靠性，為此可采用粉塵層的黏附強度作為評定粉塵黏附性的指標，根據粉塵的黏附強度將粉塵分為4類見表1-8。表中分類是有條件的，粉塵受潮、煙塵濕度較大時，會增加其黏附力。
                                                                                  
                                                                                                             表1-8                        粉塵黏附性的分類
                      
十四、粉塵的密度
    單位體積粉塵的質量稱為粉塵的密度，粉塵體積不包括塵粒之間的空隙稱為真密度。一般情況下，粉塵的真密度與組成這種粉塵的物質密度是不同的，因為粉塵在形成過程中，塵粒的表面，甚至其內部可能形成某些空隙，只有塵粒表面光滑而又密實的粉塵的真密度才能與其礦物、巖石密度相同。通常情況下，礦物、巖石密度比礦塵真密度大20%～50%。
    粉塵的真密度，對設定含塵風流凈化的技術途徑有重要價值。顆粒粗、真密度大的粉塵宜選用旋風除塵器；真密度小的粉塵，即使顆粒粗也不宜采用這種類型的除塵器。（一些工業粉塵的真密度見表1-9）。  
                                                                                                          表1-9           一些工業粉塵的真密度
                  



 
 十五、粉塵的擴散性
    粉塵的擴散性是指，懸浮于空氣中的粉塵由高濃度區域向低濃度區域移動的現象。礦井中粉塵的擴散主要受風流吹激影響，在風流作用下，粉塵擴散、飄浮于作業空間。選擇合適的通風風速可以稀釋或排走粉塵。粉塵的擴散性對捕塵器、除塵器、防塵口罩的設計有直接影響。粉塵的擴散狀態及形式主要有布朗擴散、紊流擴散、電力擴散3種。
布朗擴散   粉塵粒子在靜止空氣中作不規則的布朗運動形成的粉塵粒子由高濃度區域向低濃度區域的移動。影響這種擴散的諸因素可用粒子擴散系數D來表征（懸浮于空氣中的粉塵粒子通量和濃度梯度的恒定比值），其斯托克-愛因斯坦（Stokes-Einstein）表達式為：



                                                                                                        

式中D為擴散系數，cm²/s；k為玻爾茲曼（Boltz-mann）常數；T為絕對溫度，C_c為庫寧漢滑動修正系數；µ為氣體粘滯系數，Pa·s；d為粉塵粒子的粒徑。
粉塵粒子的擴散系數隨溫度增高和粒徑的減小而增大。對于粒徑較大的塵粒，可以忽略滑動修正量不計，D與塵粒粒徑成反比；對于滑動修正系數較大的細塵粒子，D正比于d^-2。粉塵粒徑對擴散系數的影響見表1-10。擴散系數越大，擴散越快，粉塵愈易被捕獲。
 
表1-10         單位密度球形塵粒在20℃時有關擴散的性質
                         
                                                                                                                     *約為一個氣體分子的直徑。
 
紊流擴散  在紊流狀態下，粉塵正交于主流方向的橫向運動。這個橫向運動使流體的粉塵微團之間彼此混摻及交換，引起動量交換。這種動量交換比起分子之間的分子交換規模要大得多，可使粉塵粒子保持懸浮分散狀態。影響紊流擴散的諸因素可用紊流擴散系數D′來表征。其表達式為：
                                                                                       D′=A_n/ρ
式中A_n為粉塵顆粒交換值，其大小一般通過試驗來確定；ρ為含塵氣流的密度，kg/m³。
電力擴散  是帶電粉塵顆粒懸浮分散于電場空間中的現象。粉塵顆粒保持懸浮狀態與電力擴散有關。若塵粒所帶的電荷為單極電荷，則每標準立方米含塵氣流中粉塵的顆粒數隨時間增長而減少；當時間趨于無窮大時，則空氣中粉塵顆粒的濃度趨于零。塵粒所帶的電荷是雙極電荷時，粉塵顆粒濃度與時間的關系不十分明顯。

                                                                                                
                                                                                                                         一塵不染
                                                                                                                         預防塵肺危害桌上讀本