靜電分散的主要影響因素

由于靜電分散過(guò)程中顆粒間主要受靜電排斥力(FQ、范德華力(Fa) 及液橋力(Fy)的作用。從理論上講，只有在顆粒間的排斥力大于其吸引力 的條件下，顆粒才能分散。因此，靜電分散的充要條件是：

F&NFa + Fy(2.16)

從公式2.8可知，靜電分散方法要想得到良好的分散效果，可以通過(guò)增 大靜電排斥力的方法和減小范德華力、液橋力的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(1)增大靜電排斥力

對(duì)于荷電球形顆粒間的庫(kù)侖靜電力F攻為：

Ft4 = ±_L.^l(2.17)

從公式上看，為顆粒的介電常數(shù)是固定不變的，庫(kù)侖靜電力Fek與帶 電顆粒所帶電量之積成正比，與顆粒間距離的平方成反比。所以，只能通過(guò) 增大帶電顆粒的電量來(lái)提高靜電排斥力。由于超細(xì)顆粒在電場(chǎng)中帶電量與荷 電方式有關(guān)，比較復(fù)雜。超細(xì)粉體顆粒帶電方法很多，主要方法有直接傳導(dǎo) 帶電、感應(yīng)帶電、珥暈帶電和摩擦帶電等，其中電暈放電是目前最有效的帶 電方式。因此，本實(shí)驗(yàn)采用了電暈荷電的方式。所以，在下面我將以電暈放 電電場(chǎng)中顆粒的荷電原理來(lái)分析怎樣增大超細(xì)顆粒在電場(chǎng)中的帶電量，從而 提高靜電排斥力。

電暈放電也叫尖端放電，是發(fā)生在極不均勻的電場(chǎng)中，空氣被局部電離 的一種放電形式。若要引發(fā)電暈放電，通常要求電極或帶電體附近的電場(chǎng)較 強(qiáng)。電暈放電是一種高電位、小電流、空氣被局部電離的放電過(guò)程。在放電 過(guò)程中，它產(chǎn)生的電流很小，約在l^A到幾百個(gè)“A之間，因此一般不具備 引燃、引爆能力。對(duì)于兩極間的靜電放電，只有當(dāng)某一電極或兩個(gè)電極本身 的尺寸比極間距離小的多時(shí)才會(huì)出現(xiàn)電暈放電。例如，在空氣中兩平行細(xì)線(xiàn) 間的靜電放電，當(dāng)細(xì)線(xiàn)的半徑r與兩線(xiàn)間距d之比d/r>5.85時(shí)，才有可能產(chǎn) 生電暈放電。否則，隨著極閭直接產(chǎn)生火花放電而不會(huì)產(chǎn)生電暈放電世氣電 暈放電可通過(guò)兩種方式使電場(chǎng)中顆粒荷電，一種是場(chǎng)致荷電、另一種是擴(kuò)散 荷電。分別介紹如下：

(a)場(chǎng)致荷電

通過(guò)電暈放電形成離子，.這些離子被電場(chǎng)加速而與顆粒碰撞，從而使不 帶電的顆粒在進(jìn)入外電場(chǎng)的空間后被荷電是場(chǎng)致荷電。場(chǎng)致荷電帶電量與離 子空間電荷密度、顆粒半徑、顆粒的介電常數(shù)及顆粒所在處電場(chǎng)等有關(guān)，可 近似為到

U—J式中：t為時(shí)間常數(shù);qg為最大荷電量;i為離子電流密度；a為顆粒半徑：e為顆粒的介電

常數(shù),％為真空介電常數(shù)；E為顆粒所在處電場(chǎng)。

(b)擴(kuò)散電荷

通過(guò)電暈放電形成離子，由于熱運(yùn)動(dòng)而擴(kuò)散時(shí)附著于顆粒表面而使粒子 荷電的過(guò)程為擴(kuò)散荷電。擴(kuò)散荷電是離子作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)與顆粒相碰撞的結(jié)果， 它不依賴(lài)于外加電場(chǎng)，只與由氣體熱運(yùn)動(dòng)決定的離子運(yùn)動(dòng)的速度以及顆粒附 近的離子密度有關(guān)。其最大荷電量為㈣：N竺也式中，e為電子電量；。為粒子半徑；k為玻爾茲曼常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度。

在顆粒的電暈荷電過(guò)程中，場(chǎng)致荷電和擴(kuò)散荷電兩種方式同時(shí)存在，并 在不同條件下各起著不同程度的作用。顆粒的荷電量隨其粒徑增大而增大。 實(shí)驗(yàn)表明，粒徑大于0.孕m,場(chǎng)致荷電起支配作用；粒徑小于0.1/zm,擴(kuò)散 荷電開(kāi)始起主導(dǎo)作用。對(duì)較大顆粒，可以只考慮場(chǎng)致荷電的作用；對(duì)細(xì)顆粒 來(lái)說(shuō)，場(chǎng)致荷電和擴(kuò)散荷電必須同時(shí)給予考慮，荷電量應(yīng)是兩者荷電量之和。 本實(shí)驗(yàn)中所用的顆粒平均粒徑為大于0.孕m,應(yīng)該以場(chǎng)致荷電為主。

可知，電場(chǎng)強(qiáng)度與電壓成正比，并且與電場(chǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)即In互

rlnr,ri

越小越好。所以，要想提高電場(chǎng)中顆粒的荷電量，必須選擇介電常數(shù)大的物 質(zhì)，并且顆粒具有足夠大的粒徑，同時(shí)提高極電壓，優(yōu)化電場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)以便 使電場(chǎng)強(qiáng)度增大是最有效的途徑。

(2)減小范德華力、液橋力從公式Fa= —蔓%上看，A為顆粒在真空中的Hamaker常數(shù)，固定 24H2

不變。所以，范德華力與顆粒間間距h的平方成反比，與顆粒直徑d成正比。 由于顆粒間間距不能人為控制，所以，只能調(diào)解顆粒直徑來(lái)控制范德力的大小。而液橋力很容易通過(guò)干燥的方法來(lái)消除。

通過(guò)上述分析，我們清楚的認(rèn)識(shí)到靜電分散成功的關(guān)鍵是讓顆粒群最大 限度的充分均勻荷電。因?yàn)椋皆叫。w粒間的范德華力越小，對(duì)靜電分 散越容易，但粒徑越小，顆粒很難充分荷電，這對(duì)靜電分散來(lái)說(shuō)是不利的。 所以，只有提高電極電壓以便使場(chǎng)強(qiáng)增大，可使顆粒群最大限度的荷電，也 可減小靜電分散的顆粒極限半徑。因此，必須設(shè)計(jì)特殊的靜電分散裝置來(lái)提 高電場(chǎng)強(qiáng)度。

綜上分析可知，影響靜電分散的主要因素有電壓、顆粒的粒徑、顆粒的 濕度。通過(guò)對(duì)主要因素的調(diào)解也可以使粉體顆粒群荷電量增大，從而增大靜 電排斥力有利于粉體的分散。在實(shí)際操作中，可釆用加溫?fù)]發(fā)除去粉體表面 的表面水，并使環(huán)境保持于燥可消除粒間的液橋力作用。