CaCO3>粉体在不同湿度下荷电量随荷电电压变化规律研究

胡建昌

摘要：静电分散是一种新型的抗团聚方式，分散效果取决于粉体荷电量，本文采用实验的方式研究了CaCO_3>粉体在不同湿度下荷电量随荷电电压变化规律得到了空气湿度为12%和31%时CaCO_3>粉体的荷电规律，结果表明空气湿度为31%时，随荷电电压增加，粉体容易形成流注放电，影响荷电效率；空气湿度为12%时流注放电电压较高。

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.

关键词：CaCO_3>；相对湿度；荷电

Key words： CaCO_3>；humidity；charge

中图分类号：TQ163 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0131-02

0 引言

随着科技发展，微纳米粉体技术越来广泛的应用于纺织，涂料，建筑，工业催化等方面，这主要是基于微纳米材料所具有的大块材料不可比拟的特性。但微小粒径颗粒易于团结成为大颗粒从而失去这些优异性质，因此需要对其进行分散处理。对于传统的化学分散方法在干粉分散中并不适用，这是因为，主要的化学分散方法都基于给物料添加一定的添加剂，这里会突出两个问题，其一化学添加剂分散需要在悬浮液中进行，从而不具备干粉制备与分散条件；其二，加入化学添加剂后会对其中的材料带来一定程度上的污染，使得超细材料的特性不能得到完全的体现。静电分散是一种新型的分散方式，这种方法的优势在于操作简便，并且分散过程不引入任何杂质，并且这种分散方式从材料内部进行处理，通过使粉体材料荷上同性电荷，从而相互排斥达到分散的目的。这种方法能够使得颗粒的分散更加彻底更持久。静电分散主要针对超细材料的团聚效应，超细材料由于具有较大的比表面积，从而具有较高的表面能，由于颗粒之间的范德尔瓦斯力，颗粒状态不稳定，因此利用颗粒之间的库仑斥力与范德尔瓦斯力相互平衡，从而达到分散状态。静电分散过程中需要对颗粒进行荷电。

神户学院大学的Masuda[1]在总结了现有的干粉分散方法之后，指出利用静电荷电是未来改善粉体在空气中分散性的一种重要方法。国内外众多学者也对静电分散展开了大量的研究。静电分散的核心在于利用颗粒之间的库仑斥力，而库仑斥力的大小取决于颗粒带电量多少及颗粒之间距离。因此众多的研究者在研究静电分散的同时对粉体颗粒的荷电规律进行了研究[1，2]。

任俊[3，4]等作為静电分散的提出者对静电分散的理论及实验发展做出了诸多富有成效的研究。鉴于传统的分散方法所存在的缺陷，任俊等率先提出静电分散的构想，并对其理论进行了深入的研究，结果表明静电分散效果与颗粒之间的库仑力有关，在颗粒粒径一定的情况下颗粒之间库仑力越大分散效果越好；任俊等还对静电分散有效时间进行了研究，结果表明，调节外部致使电量流失因素能够使颗粒有效分散时间达到72h。刘伟军[5]自行设计了煤粉荷电及测量装置，对荷电电压，粒径及给粉浓度等因素进行实验研究得到煤粉电晕荷电规律，为进一步深入探究煤粉荷电本质提供了有价值的参考依据。李桂春[6]等对煤粉荷电机理进行了研究，通过正交试验法对荷电过程中的影响因素比如：电压，荷电粉体气流流速等进行对比分析，得到了实际荷电量与上述因素的关系。本文在上述研究基础上通过实验研究的方法研究了不同相对湿度下颗粒随荷电电压变化的荷电规律。

1 实验方法

实验时环境温度为28℃、相对湿度选择为12%与31%；实验选用原始粒径为1.74μm及13.55μmCaCO_3>颗粒。实验中采用实验电压为20kV至80kV，实验气流压强为0.3MPa。

2 实验结果及分析

图1为环境湿度为12%及环境湿度为31%条件下颗粒粒径为13.55μm颗粒在压强0.3MPa、荷电电压20～80kV条件下颗粒荷质比随电压变化规律曲线。从图中可以看出当荷电电压为20kV时，环境湿度为12%荷质比略高，荷质比为37.2μC/g，环境湿度为31%时荷质比为36.76μC/g。随荷电电压增加至40kV，两者荷质比均增加，环境湿度为12%荷质比仍然略高，为42.19μC/g，环境湿度为31%条件下荷质比为39.63μC/g。荷电电压进一步增加至60kV，两者荷质比均增加，分别为45.45μC/g、44.12μC/g。当荷电电压增加至80kV时，环境湿度为12%荷质比仍然增加，环境湿度为31%荷质比开始减小，分别为51.93μC/g、38.25μC/g。从拟合曲线中可以看出环境相对湿度31%曲线中荷质比随荷电电压升高而升高，荷电电压继续升高至54.1kV时荷质比达到最大为41.3μC/g；随后随荷电电压升高颗粒荷质比反而降低。对比两种湿度下颗粒荷质比变化拟合曲线可以发现空气湿度对颗粒荷电荷质比有一定的影响，空气湿度低时，颗粒荷电荷质比较高。究其原因空气湿度较高时，空气中水分含量较高，因此对颗粒干燥程度有一定的影响，因此造成已经完全干燥的粉体在实验过程中与空气中的水分结合，从而影响颗粒荷电效率，荷质比较低。当荷电电压进一步提高时，空气湿度较大者荷质比出现降低的情况，其主要原因为空气湿度较大，从而导致空气容易击穿形成流注放电；而对于相对湿度为12%环境下进行荷电颗粒在80kV以内并未因为流注放电而导致荷质比随电压升高反而降低的现象，这说明80kV以内13.55μmCaCO_3>颗粒在相对湿度12%环境下进行荷电不会击穿引起流注放电。

图2为环境湿度为12%及环境湿度为31%条件下颗粒粒径为1.74μm颗粒在压强0.3MPa、荷电电压20～80kV条件下颗粒荷质比随电压变化规律。从图中可以看出当荷电电压为20kV时，环境湿度为12%荷质比较高，荷质比为40.35μC/g，环境湿度为31%时荷质比为32.45μC/g；随荷电电压增加至40kV，两者荷质比均增加，环境湿度为12%荷质比增加至64.97μC/g，环境湿度为31%条件下荷质比增加至41.23μC/g。荷电电压进一步增加至60kV，环境湿度为12%荷质比略微增加，而相对湿度31%荷质比减少至38.19μC/g；当荷电电压继续增加至80kV时，两者荷质比均减小。

究其原因虽然经过干燥处理后的颗粒可视为基本无结合水，但是空气相对湿度较高时，颗粒在实验过程中较容易与空气中的水分重新结合，从而影响颗粒荷电效率。当荷电电压进一步提高时，两者均因流注放电而导致的荷质比减小，从图中可以看出相对湿度为12%时，因击穿引起流注放电电压为55kV，此时颗粒荷质比达到最大为67.8μC/g；而对于相对湿度为31%条件下，因击穿引起流注放电电压为49.4kV，相应荷质比最大值为40.3μC/g。从中可以看出空气湿度增加时引起流注放电电压左移。

3 结论

①荷电电压在80kV以内13.55μmCaCO_3>颗粒在相对湿度12%环境下进行荷电不会击穿引起流注放电。

②环境湿度越大颗粒月容易流注放电。因此不能单纯通过增加荷电电压来增加荷电量。

参考文献：

[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，盧寿慈，沈健，等.超细颗粒的静电抗团聚分散[J].科学通报，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]刘伟军，陈拴柱，李忠华，等.煤粉电晕荷电特性的单因素实验研究与分析[J].煤炭转化，2008，31（3）：51-54.

[6]李桂春，纪守峰.超细煤粉的静电分散研究[J].中国粉体技术，2007，1：23-25.