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分散機分散超細粉研究20:主要影響因素

2020-11-30 12:01:31|EDITOR:分散機

靜電分散的主要影響因素

由于靜電分散過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,可以通過增 大靜電排斥力的方法和減小范德華力、液橋力的方法來實現。

(1)增大靜電排斥力

對于荷電球形顆粒間的庫侖靜電力F攻為:

Ft4 = ±_L.^l(2.17)

從公式上看,為顆粒的介電常數是固定不變的,庫侖靜電力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 增大帶電顆粒的電量來提高靜電排斥力。由于超細顆粒在電場中帶電量與荷 電方式有關,比較復雜。超細粉體顆粒帶電方法很多,主要方法有直接傳導 帶電、感應帶電、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,本實驗采用了電暈荷電的方式。所以,在下面我將以電暈放 電電場中顆粒的荷電原理來分析怎樣增大超細顆粒在電場中的帶電量,從而 提高靜電排斥力。

電暈放電也叫尖端放電,是發生在極不均勻的電場中,空氣被局部電離 的一種放電形式。若要引發電暈放電,通常要求電極或帶電體附近的電場較 強。電暈放電是一種高電位、小電流、空氣被局部電離的放電過程。在放電 過程中,它產生的電流很小,約在l^A到幾百個“A之間,因此一般不具備 引燃、引爆能力。對于兩極間的靜電放電,只有當某一電極或兩個電極本身 的尺寸比極間距離小的多時才會出現電暈放電。例如,在空氣中兩平行細線 間的靜電放電,當細線的半徑r與兩線間距d之比d/r>5.85時,才有可能產 生電暈放電。否則,隨著極閭直接產生火花放電而不會產生電暈放電世氣電 暈放電可通過兩種方式使電場中顆粒荷電,一種是場致荷電、另一種是擴散 荷電。分別介紹如下:

(a)場致荷電

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

U—J式中:t為時間常數;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,%為真空介電常數;E為顆粒所在處電場。

(b)擴散電荷

通過電暈放電形成離子,由于熱運動而擴散時附著于顆粒表面而使粒子 荷電的過程為擴散荷電。擴散荷電是離子作不規則運動與顆粒相碰撞的結果, 它不依賴于外加電場,只與由氣體熱運動決定的離子運動的速度以及顆粒附 近的離子密度有關。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;T為熱力學溫度。

在顆粒的電暈荷電過程中,場致荷電和擴散荷電兩種方式同時存在,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。 實驗表明,粒徑大于0.孕m,場致荷電起支配作用;粒徑小于0.1/zm,擴散 荷電開始起主導作用。對較大顆粒,可以只考慮場致荷電的作用;對細顆粒 來說,場致荷電和擴散荷電必須同時給予考慮,荷電量應是兩者荷電量之和。 本實驗中所用的顆粒平均粒徑為大于0.孕m,應該以場致荷電為主。

可知,電場強度與電壓成正比,并且與電場的結構參數有關即In互

rlnr,ri

越小越好。所以,要想提高電場中顆粒的荷電量,必須選擇介電常數大的物 質,并且顆粒具有足夠大的粒徑,同時提高極電壓,優化電場結構參數以便 使電場強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,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,只能調解顆粒直徑來控制范德力的大小。而液橋力很容易通過干燥的方法來消除。

通過上述分析,我們清楚的認識到靜電分散成功的關鍵是讓顆粒群最大 限度的充分均勻荷電。因為,粒徑越小,顆粒間的范德華力越小,對靜電分 散越容易,但粒徑越小,顆粒很難充分荷電,這對靜電分散來說是不利的。 所以,只有提高電極電壓以便使場強增大,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,必須設計特殊的靜電分散裝置來提 高電場強度。

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。通過對主要因素的調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。在實際操作中,可釆用加溫揮發除去粉體表面 的表面水,并使環境保持于燥可消除粒間的液橋力作用。


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