静电分散的主要影响因素

由于静电分散过程中颗粒间主要受静电排斥力(FQ、范德华力(Fa) 及液桥力(Fy)的作用。从理论上讲，只有在颗粒间的排斥力大于其吸引力 的条件下，颗粒才能分散。因此，静电分散的充要条件是：

F&NFa + Fy(2.16)

从公式2.8可知，静电分散方法要想得到良好的分散效果，可以通过增 大静电排斥力的方法和减小范德华力、液桥力的方法来实现。

(1)增大静电排斥力

对于荷电球形颗粒间的库仑静电力F攻为：

Ft4 = ±_L.^l(2.17)

从公式上看，为颗粒的介电常数是固定不变的，库仑静电力Fek与带 电颗粒所带电量之积成正比，与颗粒间距离的平方成反比。所以，只能通过 增大带电颗粒的电量来提高静电排斥力。由于超细颗粒在电场中带电量与荷 电方式有关，比较复杂。超细粉体颗粒带电方法很多，主要方法有直接传导 带电、感应带电、珥晕带电和摩擦带电等，其中电晕放电是目前最有效的带 电方式。因此，本实验采用了电晕荷电的方式。所以，在下面我将以电晕放 电电场中颗粒的荷电原理来分析怎样增大超细颗粒在电场中的带电量，从而 提高静电排斥力。

电晕放电也叫尖端放电，是发生在极不均匀的电场中，空气被局部电离 的一种放电形式。若要引发电晕放电，通常要求电极或带电体附近的电场较 强。电晕放电是一种高电位、小电流、空气被局部电离的放电过程。在放电 过程中，它产生的电流很小，约在l^A到几百个“A之间，因此一般不具备 引燃、引爆能力。对于两极间的静电放电，只有当某一电极或两个电极本身 的尺寸比极间距离小的多时才会出现电晕放电。例如，在空气中两平行细线 间的静电放电，当细线的半径r与两线间距d之比d/r>5.85时，才有可能产 生电晕放电。否则，随着极闾直接产生火花放电而不会产生电晕放电世气电 晕放电可通过两种方式使电场中颗粒荷电，一种是场致荷电、另一种是扩散 荷电。分别介绍如下：

(a)场致荷电

通过电晕放电形成离子，.这些离子被电场加速而与颗粒碰撞，从而使不 带电的颗粒在进入外电场的空间后被荷电是场致荷电。场致荷电带电量与离 子空间电荷密度、颗粒半径、颗粒的介电常数及颗粒所在处电场等有关，可 近似为到

U—J式中：t为时间常数;qg为最大荷电量;i为离子电流密度；a为颗粒半径：e为颗粒的介电

常数,％为真空介电常数；E为颗粒所在处电场。

(b)扩散电荷

通过电晕放电形成离子，由于热运动而扩散时附着于颗粒表面而使粒子 荷电的过程为扩散荷电。扩散荷电是离子作不规则运动与颗粒相碰撞的结果， 它不依赖于外加电场，只与由气体热运动决定的离子运动的速度以及颗粒附 近的离子密度有关。其最大荷电量为㈣：N竺也式中，e为电子电量；。为粒子半径；k为玻尔兹曼常数；T为热力学温度。

在颗粒的电晕荷电过程中，场致荷电和扩散荷电两种方式同时存在，并 在不同条件下各起着不同程度的作用。颗粒的荷电量随其粒径增大而增大。 实验表明，粒径大于0.孕m,场致荷电起支配作用；粒径小于0.1/zm,扩散 荷电开始起主导作用。对较大颗粒，可以只考虑场致荷电的作用；对细颗粒 来说，场致荷电和扩散荷电必须同时给予考虑，荷电量应是两者荷电量之和。 本实验中所用的颗粒平均粒径为大于0.孕m,应该以场致荷电为主。

可知，电场强度与电压成正比，并且与电场的结构参数有关即In互

rlnr,ri

越小越好。所以，要想提高电场中颗粒的荷电量，必须选择介电常数大的物 质，并且颗粒具有足够大的粒径，同时提高极电压，优化电场结构参数以便 使电场强度增大是最有效的途径。

(2)减小范德华力、液桥力从公式Fa= —蔓%上看，A为颗粒在真空中的Hamaker常数，固定 24H2

不变。所以，范德华力与颗粒间间距h的平方成反比，与颗粒直径d成正比。 由于颗粒间间距不能人为控制，所以，只能调解颗粒直径来控制范德力的大小。而液桥力很容易通过干燥的方法来消除。

通过上述分析，我们清楚的认识到静电分散成功的关键是让颗粒群最大 限度的充分均匀荷电。因为，粒径越小，颗粒间的范德华力越小，对静电分 散越容易，但粒径越小，颗粒很难充分荷电，这对静电分散来说是不利的。 所以，只有提高电极电压以便使场强增大，可使颗粒群最大限度的荷电，也 可减小静电分散的颗粒极限半径。因此，必须设计特殊的静电分散装置来提 高电场强度。

综上分析可知，影响静电分散的主要因素有电压、颗粒的粒径、颗粒的 湿度。通过对主要因素的调解也可以使粉体颗粒群荷电量增大，从而增大静 电排斥力有利于粉体的分散。在实际操作中，可釆用加温挥发除去粉体表面 的表面水，并使环境保持于燥可消除粒间的液桥力作用。