【粉體百科】粉體靜電的機(jī)理、特點(diǎn)、危害及其預(yù)防
粉體靜電的危害
由于現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，在人類的生產(chǎn)和生活中，粉塵的產(chǎn)生極為普遍，而原材料和成品的粉體化在礦業(yè)、冶煉化工、紡織、醫(yī)藥、食品加工及建材等行業(yè)也被普遍采用，然而粉塵帶來(lái)的危害在人類的生存環(huán)境、日常生產(chǎn)及生活中隨處可見(jiàn)：
√ 粉塵能粘附在植物葉子和枝干上，對(duì)它的生長(zhǎng)造成影響，給林業(yè)、蔬果業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失；
√ 金屬表面粘附粉塵引起腐蝕，使建筑物的壽命變短，遭受污染；
√ 粉塵懸浮在大氣中，使大氣能見(jiàn)度變低，引發(fā)交通事故，造成人員傷亡，擾亂道路交通秩序；
√ 電子產(chǎn)品的電子元件會(huì)由于粉塵的吸附造成電子元件故障，使器件失效或報(bào)廢；
√ 粉塵還對(duì)人的呼吸系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p傷，引起塵肺等一系列呼吸系統(tǒng)疾病。
在如此多的危害中，人們往往會(huì)忽略粉體生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中的靜電危害。在粉體的制造中，對(duì)原料進(jìn)行斷裂、破碎和研磨，在粉體的輸運(yùn)、集收及貯存過(guò)程中，都不可避免地使粉粒之間以及粉體與容器壁之間發(fā)生頻繁的沖擊、摩擦、分離，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生接觸、分離帶電效應(yīng)和摩擦帶電效應(yīng)，使粉體和容器等帶上了靜電。
含有巨大數(shù)量粉粒的粉體會(huì)積聚起相當(dāng)大的靜電荷，若其電阻率較大，積聚起的靜電就不易泄漏，從而形成很強(qiáng)的靜電場(chǎng)，若電場(chǎng)強(qiáng)度能夠擊穿空氣，則會(huì)發(fā)生不同形式的靜電放電現(xiàn)象。如果產(chǎn)生物質(zhì)靜電放電，其危害范圍廣、后果嚴(yán)重，產(chǎn)生刷形放電和火花放電的物體會(huì)帶有很高的電位，有可能會(huì)產(chǎn)生幾安培的電流，這種靜電能量會(huì)引起絕緣擊穿、造成電擊、引起火災(zāi)爆炸。
國(guó)內(nèi)外曾經(jīng)發(fā)生多起由靜電引起的粉塵爆炸事故。例如：1987年3月15日，哈爾濱亞麻紡織廠由靜電引起亞麻粉塵爆炸，造成58人死亡、177人受傷；2012年，深圳寶安區(qū)松崗街道東方社區(qū)深圳市信新宇五金制品有限公司發(fā)生一起粉塵爆燃事故，事故造成7人不同程度燒傷，其中4人傷勢(shì)較重，事故起因初步調(diào)查是因遇靜電而引發(fā)的爆炸。
為了減少或者避免由粉塵產(chǎn)生靜電而引發(fā)的嚴(yán)重后果，加強(qiáng)對(duì)典型粉塵靜電起電特性的研究，對(duì)預(yù)防由粉塵靜電放電而引起的火災(zāi)和爆炸事故有重要指導(dǎo)意義。
粉體靜電特點(diǎn)
粉塵是固體，它處于特殊狀態(tài)下，雙電層的基本原則是其靜電產(chǎn)生的原因。但起電過(guò)程往往包含接觸分離、沖撞、破碎等綜合現(xiàn)象。在特定條件下可能產(chǎn)生靜電的物質(zhì)有金屬粉、水泥粉、小麥粉、塑料粉等。
粉體靜電電壓可高達(dá)數(shù)千至數(shù)萬(wàn)伏。粉塵與其他固體相比，有很多不同，如分散性和懸浮性。在相同的材料和質(zhì)量條件下，粉塵表面積比整個(gè)固體的大很多，這主要是因?yàn)槠渚哂蟹稚⑿浴ｌo電的經(jīng)常產(chǎn)生是因?yàn)楸砻娣e增大，表面積增大導(dǎo)致穩(wěn)定性降低。因此，即使整塊的聚乙烯是穩(wěn)定物質(zhì)，粉體狀態(tài)的聚乙烯卻不穩(wěn)定，還可能發(fā)生劇烈爆炸。由于粉體處于懸浮狀態(tài)，顆粒與大地之間總是通過(guò)空氣絕緣的，而與組成粉體的材料是否是絕緣材料無(wú)關(guān)。因此，很多金屬粉體也能在特定條件下產(chǎn)生和積累靜電，如鋁粉、鎂粉。
粉體靜電起電機(jī)理
一個(gè)電子克服原子核作用，從材料表面逸出，所需要的最小能量，稱為逸出功或功函數(shù)。不同物質(zhì)的功函數(shù)不同，兩種物質(zhì)接觸在界面上形成電場(chǎng)，在電場(chǎng)力作用下電子從功函數(shù)小的一方向功函數(shù)大的一方轉(zhuǎn)移，直到在界面處形成雙電層產(chǎn)生反向電位差與接觸電位差相抵消時(shí)，電荷轉(zhuǎn)移才停止，功函數(shù)高的物質(zhì)帶負(fù)電，功函數(shù)小的物質(zhì)帶正電。
粉塵工業(yè)生產(chǎn)防靜電
在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，粉塵在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和輸送過(guò)程中，經(jīng)過(guò)研磨、攪拌、篩分及氣力輸送等不同工藝流程。與加工器具、輸送管道、篩網(wǎng)等碰撞、摩擦、剝離及斷裂等現(xiàn)象而產(chǎn)生靜電。根據(jù)不同工藝過(guò)程和不同種類工業(yè)粉塵的帶電特點(diǎn)不同，應(yīng)制定相對(duì)應(yīng)的靜電災(zāi)害預(yù)防措施。
在實(shí)際粉塵生產(chǎn)過(guò)程中，由于粉塵與管道、顆粒與顆粒之間不可避免的出現(xiàn)摩擦分離，導(dǎo)致粉塵在輸送過(guò)程中自身產(chǎn)生靜電電荷，又因工業(yè)生產(chǎn)中的粉塵的體積電阻率一般在1010～1015Ω﹒m，因此絕緣性很高，自身因摩擦分離接觸所產(chǎn)生靜電荷因粉塵絕緣性較高而不易消散，造成靜電荷積累，如果不能及時(shí)消散會(huì)形成較強(qiáng)的靜電場(chǎng)強(qiáng)。若場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度超過(guò)介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)就會(huì)發(fā)生不同形式的靜電放電，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成粉塵燃燒爆炸事故。也可能因?yàn)殪o電力的作用而使管壁粘附粉塵，堵塞管道等現(xiàn)象發(fā)生。
因此，在粉塵工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，提出有針對(duì)性的防靜電措施具有重大意義。減少靜電產(chǎn)生的措施，包括：控制粉塵在管道中的流速、增加空氣濕度、通過(guò)靜電序列選用材料、抗靜電劑和抗靜電涂料、控制粉塵加料速度等。
在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，輸送粉塵的動(dòng)力一般都是空氣輸送，在有空氣的環(huán)境下，若粉塵因靜電積累而最后導(dǎo)致靜電放電，靜電放電能量大于粉塵最小點(diǎn)火能就會(huì)引起粉塵燃燒爆炸，造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染。這種情況下，將空氣改為氮?dú)廨斔停苊饬朔蹓m與氧氣直接接觸，徹底消除了粉塵因?yàn)殪o電積累、放電導(dǎo)致的燃燒爆炸事故，從根源杜絕靜電危害。
資料來(lái)源：典型粉體顆粒靜電起電特性研究，王世浩，中國(guó)石油大學(xué)