CaCO_3>粉體在不同濕度下荷電量隨荷電電壓變化規律研究

胡建昌

摘要：靜電分散是一種新型的抗團聚方式，分散效果取決于粉體荷電量，本文采用實驗的方式研究了CaCO_3>粉體在不同濕度下荷電量隨荷電電壓變化規律得到了空氣濕度為12%和31%時CaCO_3>粉體的荷電規律，結果表明空氣濕度為31%時，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.

關鍵詞：CaCO_3>；相對濕度；荷電

Key words： CaCO_3>；humidity；charge

中圖分類號：TQ163 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0131-02

0 引言

隨著科技發展，微納米粉體技術越來廣泛的應用于紡織，涂料，建筑，工業催化等方面，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結成為大顆粒從而失去這些優異性質，因此需要對其進行分散處理。對于傳統的化學分散方法在干粉分散中并不適用，這是因為，主要的化學分散方法都基于給物料添加一定的添加劑，這里會突出兩個問題，其一化學添加劑分散需要在懸浮液中進行，從而不具備干粉制備與分散條件；其二，加入化學添加劑后會對其中的材料帶來一定程度上的污染，使得超細材料的特性不能得到完全的體現。靜電分散是一種新型的分散方式，這種方法的優勢在于操作簡便，并且分散過程不引入任何雜質，并且這種分散方式從材料內部進行處理，通過使粉體材料荷上同性電荷，從而相互排斥達到分散的目的。這種方法能夠使得顆粒的分散更加徹底更持久。靜電分散主要針對超細材料的團聚效應，超細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爾瓦斯力，顆粒狀態不穩定，因此利用顆粒之間的庫侖斥力與范德爾瓦斯力相互平衡，從而達到分散狀態。靜電分散過程中需要對顆粒進行荷電。

神戶學院大學的Masuda[1]在總結了現有的干粉分散方法之后，指出利用靜電荷電是未來改善粉體在空氣中分散性的一種重要方法。國內外眾多學者也對靜電分散展開了大量的研究。靜電分散的核心在于利用顆粒之間的庫侖斥力，而庫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對粉體顆粒的荷電規律進行了研究[1，2]。

任俊[3，4]等作為靜電分散的提出者對靜電分散的理論及實驗發展做出了諸多富有成效的研究。鑒于傳統的分散方法所存在的缺陷，任俊等率先提出靜電分散的構想，并對其理論進行了深入的研究，結果表明靜電分散效果與顆粒之間的庫侖力有關，在顆粒粒徑一定的情況下顆粒之間庫侖力越大分散效果越好；任俊等還對靜電分散有效時間進行了研究，結果表明，調節外部致使電量流失因素能夠使顆粒有效分散時間達到72h。劉偉軍[5]自行設計了煤粉荷電及測量裝置，對荷電電壓，粒徑及給粉濃度等因素進行實驗研究得到煤粉電暈荷電規律，為進一步深入探究煤粉荷電本質提供了有價值的參考依據。李桂春[6]等對煤粉荷電機理進行了研究，通過正交試驗法對荷電過程中的影響因素比如：電壓，荷電粉體氣流流速等進行對比分析，得到了實際荷電量與上述因素的關系。本文在上述研究基礎上通過實驗研究的方法研究了不同相對濕度下顆粒隨荷電電壓變化的荷電規律。

1 實驗方法

實驗時環境溫度為28℃、相對濕度選擇為12%與31%；實驗選用原始粒徑為1.74μm及13.55μmCaCO_3>顆粒。實驗中采用實驗電壓為20kV至80kV，實驗氣流壓強為0.3MPa。

2 實驗結果及分析

圖1為環境濕度為12%及環境濕度為31%條件下顆粒粒徑為13.55μm顆粒在壓強0.3MPa、荷電電壓20～80kV條件下顆粒荷質比隨電壓變化規律曲線。從圖中可以看出當荷電電壓為20kV時，環境濕度為12%荷質比略高，荷質比為37.2μC/g，環境濕度為31%時荷質比為36.76μC/g。隨荷電電壓增加至40kV，兩者荷質比均增加，環境濕度為12%荷質比仍然略高，為42.19μC/g，環境濕度為31%條件下荷質比為39.63μC/g。荷電電壓進一步增加至60kV，兩者荷質比均增加，分別為45.45μC/g、44.12μC/g。當荷電電壓增加至80kV時，環境濕度為12%荷質比仍然增加，環境濕度為31%荷質比開始減小，分別為51.93μC/g、38.25μC/g。從擬合曲線中可以看出環境相對濕度31%曲線中荷質比隨荷電電壓升高而升高，荷電電壓繼續升高至54.1kV時荷質比達到最大為41.3μC/g；隨后隨荷電電壓升高顆粒荷質比反而降低。對比兩種濕度下顆粒荷質比變化擬合曲線可以發現空氣濕度對顆粒荷電荷質比有一定的影響，空氣濕度低時，顆粒荷電荷質比較高。究其原因空氣濕度較高時，空氣中水分含量較高，因此對顆粒干燥程度有一定的影響，因此造成已經完全干燥的粉體在實驗過程中與空氣中的水分結合，從而影響顆粒荷電效率，荷質比較低。當荷電電壓進一步提高時，空氣濕度較大者荷質比出現降低的情況，其主要原因為空氣濕度較大，從而導致空氣容易擊穿形成流注放電；而對于相對濕度為12%環境下進行荷電顆粒在80kV以內并未因為流注放電而導致荷質比隨電壓升高反而降低的現象，這說明80kV以內13.55μmCaCO_3>顆粒在相對濕度12%環境下進行荷電不會擊穿引起流注放電。

圖2為環境濕度為12%及環境濕度為31%條件下顆粒粒徑為1.74μm顆粒在壓強0.3MPa、荷電電壓20～80kV條件下顆粒荷質比隨電壓變化規律。從圖中可以看出當荷電電壓為20kV時，環境濕度為12%荷質比較高，荷質比為40.35μC/g，環境濕度為31%時荷質比為32.45μC/g；隨荷電電壓增加至40kV，兩者荷質比均增加，環境濕度為12%荷質比增加至64.97μC/g，環境濕度為31%條件下荷質比增加至41.23μC/g。荷電電壓進一步增加至60kV，環境濕度為12%荷質比略微增加，而相對濕度31%荷質比減少至38.19μC/g；當荷電電壓繼續增加至80kV時，兩者荷質比均減小。

究其原因雖然經過干燥處理后的顆粒可視為基本無結合水，但是空氣相對濕度較高時，顆粒在實驗過程中較容易與空氣中的水分重新結合，從而影響顆粒荷電效率。當荷電電壓進一步提高時，兩者均因流注放電而導致的荷質比減小，從圖中可以看出相對濕度為12%時，因擊穿引起流注放電電壓為55kV，此時顆粒荷質比達到最大為67.8μC/g；而對于相對濕度為31%條件下，因擊穿引起流注放電電壓為49.4kV，相應荷質比最大值為40.3μC/g。從中可以看出空氣濕度增加時引起流注放電電壓左移。

3 結論

①荷電電壓在80kV以內13.55μmCaCO_3>顆粒在相對濕度12%環境下進行荷電不會擊穿引起流注放電。

②環境濕度越大顆粒月容易流注放電。因此不能單純通過增加荷電電壓來增加荷電量。

參考文獻：

[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.超細顆粒的靜電抗團聚分散[J].科學通報，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驗研究與分析[J].煤炭轉化，2008，31（3）：51-54.

[6]李桂春，紀守峰.超細煤粉的靜電分散研究[J].中國粉體技術，2007，1：23-25.