粉尘

定义

粉尘指以固体微粒形式分散在空气或其他气体中、并能在其中停留一段时间的颗粒物^[3]。国际标准化组织在空气质量词汇中把粉尘列为粒径小于 75μm、因自身重量而可能缓慢沉降、但可暂时保持悬浮的细小固体颗粒^[4]。国内科普与教材资料沿用了这一 75μm 的界限，并把粒径小于 75μm 的固体悬浮物统称为粉尘^[1]。

松散的块状物料不会自行长时间飘浮，只有被粉碎到足够细、获得足够大的比表面积并悬浮于气体中的固体颗粒才进入粉尘的范畴^[5]。据此，粉尘既是一种物质形态的描述，也是气溶胶体系中的固体分散相；习惯上所说的灰尘、尘埃、烟尘、矿尘、砂尘、粉末彼此并没有明显界限^[1]。与其并列的雾由液滴构成，烟多指燃烧或凝结生成的更细固体粒子，三者常在同一体系中混合出现^[2]。

按大气污染控制中的粒径划分，粒径小于 10μm 的固体微粒称为飘尘，可在空气中长期漂浮，也称可吸入颗粒物（PM10）；粒径大于 10μm 的部分在重力作用下较快沉降至地面，称为降尘；粒径小于 100μm 的全部固体微粒合称总悬浮微粒（TSP）^[1]。

原理

尘粒能否悬浮取决于重力沉降与空气阻力的平衡。球形颗粒在静止空气中沉降时，重力和摩擦力方向相反，沉降速度随粒子半径和密度增大而增大，因此粗大尘粒很快落地，细微尘粒则依靠布朗运动和气流的扰动长时间滞留^[5]。对不规则形状的颗粒，工程上用与之一沉降速率相同的单位密度球形颗粒直径，即空气动力学当量直径，作为统一的表征尺度。

描述粉尘集合体还有几个常用参数。粒径或粒度表示单个尘粒的大小，分散度表示某一粒级的尘尘量占粉尘总量的百分比，分散度越高说明细小颗粒占比越大、飘浮时间越长^[3]。粉尘中还常测定游离二氧化硅含量，因为二氧化硅是地壳中最常见的氧化物之一，其游离态含量直接决定矽尘的危害等级^[1]。密度方面则区分自然堆积状态下的堆积密度、不计内闭孔的颗粒真密度以及计入内闭孔的假密度，三者是选择除尘设备的依据之一^[1]。

尘粒因摩擦、碰撞或吸附离子而带电，带同种电荷时相互排斥、不易团聚，悬浮时间延长；带异种电荷时相互吸引聚并成大颗粒，沉降加快^[3]。颗粒形状也影响沉降，球形颗粒阻力小、沉降快，片状、针状等不规则颗粒悬浮较久^[3]。

发展历程

粉尘现象本身古老，人类对它的系统认识则伴随工业化和公共卫生实践逐步深入。20 世纪后期，粉尘的粒径界限开始由国际标准统一表述，空气质量词汇把粉尘界定为粒径小于 75μm、可暂时悬浮后因自重沉降的固体微粒^[4]。中国 1986 年发布的空气质量词汇国家标准即等效采用相应的国际标准，此后又参照其修订版本进行更新^[6]。

职业卫生方面，中国早期以《工业企业设计卫生标准》为依托管理车间空气，1990 年代末以后逐步把粉尘纳入独立的职业接触限值标准体系^[7]。2019 年 8 月 27 日发布的《工作场所有害因素职业接触限值 第 1 部分：化学有害因素》于 2020 年 4 月 1 日实施，其中粉尘限值条目已收录 49 种，并分别规定总粉尘和呼吸性粉尘的限值^[8]。

工业防爆领域的标准化也在同步推进。粉尘云最低着火温度、最小着火能量、爆炸下限浓度等特性的测定方法先后形成专门标准，可燃性粉尘爆炸风险评估与特性参数测定方法的标准在 2000 年代后多次修订，2025 年发布的新版本拟于 2027 年 1 月 1 日实施^[9]。

应用

大气环境管理中，粉尘是颗粒物监测的核心对象。总悬浮颗粒物、PM10 及更细的细颗粒被分别采样和统计，用于评价空气质量与能见度；细颗粒还可能作为污染物的载体或反应床参与大气化学反应。在大气中，粉尘的存在还与地球温度调节有关，过量或过少的粉尘都会对环境产生显著影响^[1]。

职业卫生实践中，粉尘被分为总粉尘和呼吸性粉尘分别采样。按标准定义，可进入整个呼吸道的粉尘简称总尘；按呼吸性粉尘标准方法采集、空气动力学直径在 7.07μm 以下、对 5μm 粒子的采样效率为 50% 的部分简称呼尘^[10]。用人单位据此定期检测并采取通风净化、抽风除尘和个体防护等措施^[8]。

工业生产中，粉尘的物理性质直接决定除尘工艺选择：密度较大的粉尘可采用重力除尘器、惯性除尘器和旋风除尘器，密度小的粉尘用这些方式往往效果不佳^[1]。对于可燃粉尘，爆炸下限浓度、最小点火能量和最低着火温度等参数的测定结果被用于划定危险区域、选型防爆电气设备以及设计泄爆、抑爆和惰化措施，铝粉、面粉等常见可燃粉尘的爆炸下限通常在数十克每立方米量级^[11]。

局限

粉尘的定义存在边界模糊的问题。75μm 或 100μm 之类的界限是便于管理的约定值，不同标准、不同学科采用的界限并不一致，客观上粉尘与烟、雾、薄雾之间也缺少清晰分界，术语混用时有发生^[12]。尘粒形状极不规则，单一直径难以准确描述其空气动力学行为，即便采用当量直径，也只是把不规则颗粒折算为等效球体的一种近似^[2]。

浓度测量同样受到条件制约。粉尘云爆炸下限、最小点火能量等参数强烈依赖粒度分布、含水率、挥发分、点火能量、湍流程度和试验装置几何尺寸，实验室测定值只能在受控条件下相互比较，向实际工况外推时需要另行评估^[13]。环境与作业场所的粉尘采样还受采样流量、分离器性能和仪器精度影响，总尘与呼尘的测定结果不能互相替代^[14]。

在健康影响方面，粉尘能否致病并不只由浓度决定。粗大颗粒多被鼻毛、黏膜和上呼吸道阻留，真正能进入肺泡并引起生物学作用的主要是粒径小于 5μm 的呼吸性粉尘^[3]。石棉等纤维状粉尘行为特殊，较长的纤维可随气流深入肺泡却难以被巨噬细胞完全吞噬清除，因此仅用质量浓度或粒径指标尚不足以完整刻画其风险^[15]。

参见

• 气溶胶 —— 粉尘所归属的固液颗粒分散于气体中的体系

• 可吸入颗粒物 —— 粒径小于 10μm、能进入呼吸道的颗粒物，与飘尘所指相同

• 总悬浮颗粒物 —— 粒径小于 100μm 的全部大气固体微粒的集合

• 尘肺病 —— 长期吸入生产性粉尘引起的以肺组织纤维化为特征的职业病

• 粉尘爆炸 —— 可燃粉尘云遇点火源发生的快速燃烧与压力释放现象

• 除尘器 —— 依据粉尘密度、粒径等性质分离捕集颗粒的装置