CaCO_3>粉體在不同濕度下荷電量隨荷電電壓變化規(guī)律研究

胡建昌

摘要：靜電分散是一種新型的抗團(tuán)聚方式，分散效果取決于粉體荷電量，本文采用實(shí)驗(yàn)的方式研究了CaCO_3>粉體在不同濕度下荷電量隨荷電電壓變化規(guī)律得到了空氣濕度為12%和31%時(shí)CaCO_3>粉體的荷電規(guī)律，結(jié)果表明空氣濕度為31%時(shí)，隨荷電電壓增加，粉體容易形成流注放電，影響荷電效率；空氣濕度為12%時(shí)流注放電電壓較高。

Abstract： Electrostatic dispersion is a new resistance way， dispersion effect depends on the powder loading capacity. This article adopts the way of experiment to study the change rule of CaCO_3>powder with the charged voltage under different moisture load capacity. It is obtained the CaCO_3>powder charged rules when air humidity is 12% and 31%. The results show that when air humidity is 31%， with the charged voltage increases， the powder is easy to form lingers discharge so as to affect efficiency of charged， when air humidity is 12%， lingers discharge voltage is higher.

關(guān)鍵詞：CaCO_3>；相對(duì)濕度；荷電

Key words： CaCO_3>；humidity；charge

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ163 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）09-0131-02

0 引言

隨著科技發(fā)展，微納米粉體技術(shù)越來(lái)廣泛的應(yīng)用于紡織，涂料，建筑，工業(yè)催化等方面，這主要是基于微納米材料所具有的大塊材料不可比擬的特性。但微小粒徑顆粒易于團(tuán)結(jié)成為大顆粒從而失去這些優(yōu)異性質(zhì)，因此需要對(duì)其進(jìn)行分散處理。對(duì)于傳統(tǒng)的化學(xué)分散方法在干粉分散中并不適用，這是因?yàn)?，主要的化學(xué)分散方法都基于給物料添加一定的添加劑，這里會(huì)突出兩個(gè)問(wèn)題，其一化學(xué)添加劑分散需要在懸浮液中進(jìn)行，從而不具備干粉制備與分散條件；其二，加入化學(xué)添加劑后會(huì)對(duì)其中的材料帶來(lái)一定程度上的污染，使得超細(xì)材料的特性不能得到完全的體現(xiàn)。靜電分散是一種新型的分散方式，這種方法的優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)便，并且分散過(guò)程不引入任何雜質(zhì)，并且這種分散方式從材料內(nèi)部進(jìn)行處理，通過(guò)使粉體材料荷上同性電荷，從而相互排斥達(dá)到分散的目的。這種方法能夠使得顆粒的分散更加徹底更持久。靜電分散主要針對(duì)超細(xì)材料的團(tuán)聚效應(yīng)，超細(xì)材料由于具有較大的比表面積，從而具有較高的表面能，由于顆粒之間的范德?tīng)柾咚沽Γw粒狀態(tài)不穩(wěn)定，因此利用顆粒之間的庫(kù)侖斥力與范德?tīng)柾咚沽ο嗷テ胶猓瑥亩_(dá)到分散狀態(tài)。靜電分散過(guò)程中需要對(duì)顆粒進(jìn)行荷電。

神戶學(xué)院大學(xué)的Masuda[1]在總結(jié)了現(xiàn)有的干粉分散方法之后，指出利用靜電荷電是未來(lái)改善粉體在空氣中分散性的一種重要方法。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者也對(duì)靜電分散展開(kāi)了大量的研究。靜電分散的核心在于利用顆粒之間的庫(kù)侖斥力，而庫(kù)侖斥力的大小取決于顆粒帶電量多少及顆粒之間距離。因此眾多的研究者在研究靜電分散的同時(shí)對(duì)粉體顆粒的荷電規(guī)律進(jìn)行了研究[1，2]。

任俊[3，4]等作為靜電分散的提出者對(duì)靜電分散的理論及實(shí)驗(yàn)發(fā)展做出了諸多富有成效的研究。鑒于傳統(tǒng)的分散方法所存在的缺陷，任俊等率先提出靜電分散的構(gòu)想，并對(duì)其理論進(jìn)行了深入的研究，結(jié)果表明靜電分散效果與顆粒之間的庫(kù)侖力有關(guān)，在顆粒粒徑一定的情況下顆粒之間庫(kù)侖力越大分散效果越好；任俊等還對(duì)靜電分散有效時(shí)間進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，調(diào)節(jié)外部致使電量流失因素能夠使顆粒有效分散時(shí)間達(dá)到72h。劉偉軍[5]自行設(shè)計(jì)了煤粉荷電及測(cè)量裝置，對(duì)荷電電壓，粒徑及給粉濃度等因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究得到煤粉電暈荷電規(guī)律，為進(jìn)一步深入探究煤粉荷電本質(zhì)提供了有價(jià)值的參考依據(jù)。李桂春[6]等對(duì)煤粉荷電機(jī)理進(jìn)行了研究，通過(guò)正交試驗(yàn)法對(duì)荷電過(guò)程中的影響因素比如：電壓，荷電粉體氣流流速等進(jìn)行對(duì)比分析，得到了實(shí)際荷電量與上述因素的關(guān)系。本文在上述研究基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究的方法研究了不同相對(duì)濕度下顆粒隨荷電電壓變化的荷電規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度為28℃、相對(duì)濕度選擇為12%與31%；實(shí)驗(yàn)選用原始粒徑為1.74μm及13.55μmCaCO_3>顆粒。實(shí)驗(yàn)中采用實(shí)驗(yàn)電壓為20kV至80kV，實(shí)驗(yàn)氣流壓強(qiáng)為0.3MPa。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖1為環(huán)境濕度為12%及環(huán)境濕度為31%條件下顆粒粒徑為13.55μm顆粒在壓強(qiáng)0.3MPa、荷電電壓20～80kV條件下顆粒荷質(zhì)比隨電壓變化規(guī)律曲線。從圖中可以看出當(dāng)荷電電壓為20kV時(shí)，環(huán)境濕度為12%荷質(zhì)比略高，荷質(zhì)比為37.2μC/g，環(huán)境濕度為31%時(shí)荷質(zhì)比為36.76μC/g。隨荷電電壓增加至40kV，兩者荷質(zhì)比均增加，環(huán)境濕度為12%荷質(zhì)比仍然略高，為42.19μC/g，環(huán)境濕度為31%條件下荷質(zhì)比為39.63μC/g。荷電電壓進(jìn)一步增加至60kV，兩者荷質(zhì)比均增加，分別為45.45μC/g、44.12μC/g。當(dāng)荷電電壓增加至80kV時(shí)，環(huán)境濕度為12%荷質(zhì)比仍然增加，環(huán)境濕度為31%荷質(zhì)比開(kāi)始減小，分別為51.93μC/g、38.25μC/g。從擬合曲線中可以看出環(huán)境相對(duì)濕度31%曲線中荷質(zhì)比隨荷電電壓升高而升高，荷電電壓繼續(xù)升高至54.1kV時(shí)荷質(zhì)比達(dá)到最大為41.3μC/g；隨后隨荷電電壓升高顆粒荷質(zhì)比反而降低。對(duì)比兩種濕度下顆粒荷質(zhì)比變化擬合曲線可以發(fā)現(xiàn)空氣濕度對(duì)顆粒荷電荷質(zhì)比有一定的影響，空氣濕度低時(shí)，顆粒荷電荷質(zhì)比較高。究其原因空氣濕度較高時(shí)，空氣中水分含量較高，因此對(duì)顆粒干燥程度有一定的影響，因此造成已經(jīng)完全干燥的粉體在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中與空氣中的水分結(jié)合，從而影響顆粒荷電效率，荷質(zhì)比較低。當(dāng)荷電電壓進(jìn)一步提高時(shí)，空氣濕度較大者荷質(zhì)比出現(xiàn)降低的情況，其主要原因?yàn)榭諝鉂穸容^大，從而導(dǎo)致空氣容易擊穿形成流注放電；而對(duì)于相對(duì)濕度為12%環(huán)境下進(jìn)行荷電顆粒在80kV以?xún)?nèi)并未因?yàn)榱髯⒎烹姸鴮?dǎo)致荷質(zhì)比隨電壓升高反而降低的現(xiàn)象，這說(shuō)明80kV以?xún)?nèi)13.55μmCaCO_3>顆粒在相對(duì)濕度12%環(huán)境下進(jìn)行荷電不會(huì)擊穿引起流注放電。

圖2為環(huán)境濕度為12%及環(huán)境濕度為31%條件下顆粒粒徑為1.74μm顆粒在壓強(qiáng)0.3MPa、荷電電壓20～80kV條件下顆粒荷質(zhì)比隨電壓變化規(guī)律。從圖中可以看出當(dāng)荷電電壓為20kV時(shí)，環(huán)境濕度為12%荷質(zhì)比較高，荷質(zhì)比為40.35μC/g，環(huán)境濕度為31%時(shí)荷質(zhì)比為32.45μC/g；隨荷電電壓增加至40kV，兩者荷質(zhì)比均增加，環(huán)境濕度為12%荷質(zhì)比增加至64.97μC/g，環(huán)境濕度為31%條件下荷質(zhì)比增加至41.23μC/g。荷電電壓進(jìn)一步增加至60kV，環(huán)境濕度為12%荷質(zhì)比略微增加，而相對(duì)濕度31%荷質(zhì)比減少至38.19μC/g；當(dāng)荷電電壓繼續(xù)增加至80kV時(shí)，兩者荷質(zhì)比均減小。

究其原因雖然經(jīng)過(guò)干燥處理后的顆粒可視為基本無(wú)結(jié)合水，但是空氣相對(duì)濕度較高時(shí)，顆粒在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中較容易與空氣中的水分重新結(jié)合，從而影響顆粒荷電效率。當(dāng)荷電電壓進(jìn)一步提高時(shí)，兩者均因流注放電而導(dǎo)致的荷質(zhì)比減小，從圖中可以看出相對(duì)濕度為12%時(shí)，因擊穿引起流注放電電壓為55kV，此時(shí)顆粒荷質(zhì)比達(dá)到最大為67.8μC/g；而對(duì)于相對(duì)濕度為31%條件下，因擊穿引起流注放電電壓為49.4kV，相應(yīng)荷質(zhì)比最大值為40.3μC/g。從中可以看出空氣濕度增加時(shí)引起流注放電電壓左移。

3 結(jié)論

①荷電電壓在80kV以?xún)?nèi)13.55μmCaCO_3>顆粒在相對(duì)濕度12%環(huán)境下進(jìn)行荷電不會(huì)擊穿引起流注放電。

②環(huán)境濕度越大顆粒月容易流注放電。因此不能單純通過(guò)增加荷電電壓來(lái)增加荷電量。

參考文獻(xiàn)：

[1]S Matsusaka， M Oki， H Masuda. Control of electrostatic charge on particles by impact charging[J]. Advanced Powder Technol， 2007， 18（2）： 229-244.

[2]B L Frey， J J Coon， C J Krusemark， et al. Ion–ion reactions with fixed-charge modified proteins to produce ions in a single， very high charge state[J]. International Journal of Mass Spectrometry， 2008， 276（2-3）： 136-143.

[3]任俊，盧壽慈，沈健，等.超細(xì)顆粒的靜電抗團(tuán)聚分散[J].科學(xué)通報(bào)，2000，45（21）：2289-2292.

[4]J Ren， C Yu， S Lu， et al. Research on the composite dispersion of ultra fine powder in the air[J]. Materials Chemistry and Physics， 2001， 69（1-3）： 204-209.

[5]劉偉軍，陳拴柱，李忠華，等.煤粉電暈荷電特性的單因素實(shí)驗(yàn)研究與分析[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2008，31（3）：51-54.

[6]李桂春，紀(jì)守峰.超細(xì)煤粉的靜電分散研究[J].中國(guó)粉體技術(shù)，2007，1：23-25.