粉体工业静电防护技术

第一篇：粉体工业静电防护技术

粉体工业静电防护技术研究进展 引言

随着全球工业化进程的加快，生产粉尘、粉末和颗粒状物质的粉体工业迅猛发展。改革开放二十多年来，我国粉体工业生产规模迅速扩大，发展速度前所未有。以石油化工行业聚烯烃粉体生产为例，1982 年全国年产量不足100 万吨，1989 年则突破了200 万吨大关，1996 年年产量达到320 万吨;近年来，我国合成树脂和塑料年产量仍然保持20 %的增长速度。如煤炭、冶金、纺织、粮食等其他行业涉及粉体工业的生产规模亦以年产量增长速度超过15 %的态势呈规模化发展趋势。与此同时，粉体工业生产中引起的爆炸和燃烧事故也迅速增多。如哈尔滨亚麻厂粉尘爆炸事故，广东新港粮食储仓粉体爆炸事故均发生在20 世纪80 年代初期.据统计资料分析，随着我国经济发展速度的加快，粉体爆炸与燃烧事故越来越频繁。以粉尘爆炸统计数据资料为例，我国自1960 年至1989 年30 年间，发生粉尘爆炸次数按年代百分比的分布为: 1960年至1969 年占总数的9。37 %，1970 年至1979 年占总数的3。13 %，1980 年至1989 年占总数的87.50 %，此数据充分表明，粉体事故与国民经济发展规模之间有着密切的联系，同时说明了粉体防灾技术研究的意义与作用。上述粉体灾害事故和其发展态势引起了人们的极大关注，对我国经济发展和社会稳定造成了较大的影响，我国政府和有关行业主管部门及相关的研究单位对此类灾害事故高度重视[1，3 ]。这些因素对促进和加强我国粉体工业防灾技术研究工作，对防粉体灾害技术的应用推广和进一步落实企业的专项整改与治理措施等方面都起到了积极的推动作用.统计资料显示，粉体工业灾害事故与粉体静电密切相关[1 —4]。从一组引起粉体灾害事故(粉尘爆炸)的点火源数据统计百分比分析可知: 由热表面引爆的占38。71 %，由明火引爆的占32。26 %，静电与电气火花引爆的占16。13 %，其他因素引爆的占12。90 %。由可见，在粉体工业生产过程中，由于静电与电气火花引起粉尘爆炸事故的比例是比较大的，其中静电的危害已到了必须引起人们高度重视的程度。事实上，在人类现代生产和生活活动中，静电存在的范围很广。静电在给我们带来极大便利的同时(如静电复印、静电除尘、静电喷涂、静电成像、静电生物效应和纳米材料制备等)，也给人类社会带来了各种各样的麻烦甚至引发灾难性事故。正因为静电事故遍及矿业、冶金、石油化工、纺织、医药、粮食加工与储运、交通运输、航天航空、通讯与军工等行业，所以对静电灾害与防护技术的研究一直是现代社会关注的热点课题之一 在众多的静电研究课题中，由于粉体静电灾害问题涉及专业面广，致灾过程复杂，模拟实验难度大，费用高等原因，所以相对于现代静电研究的其他领域而言，粉体静电灾害的研究在其起电机理、致灾条件和防范对策等方面相对滞后。虽粉体静电防灾领域需要研究解决的问题很多，但自20 世纪50 年代以来，这方面的研究进展一直不大，其研究水平远远落后于液体防静电灾害等技术研究，与实际要求存在较大的差距。然而从Maurer(1979 年)报道了粉体大料仓堆表面放电现象之后，以瑞士Ci2ba 公司和英国南开普敦大学为中心，在国际上迅速形成了一个以粉体工业生产实际尺度的粉体静电放电问题为研究对象的研究热点，并进一步提出了一些与生产过程密切相关的防静电规范或建议。与此同时，德国、瑞士、挪威、波兰及前苏联等欧洲防爆委员会成员国，以及我国、日本、美国等国的相关部门和研究单位，也相继开展了超细粉尘和非标准条件下的燃烧与爆炸实验，静电场分析计算及体起电、放电等理论与实验研究工作。这些研究工作极大地丰富了人们对粉体静电 危险性的认识，特别是与工业控制和安全评价有关的粉体静电研究结果，对粉体工业安全生产具有十分重要的意义和指导作用 2 粉体静电灾害概况 现代工业生产过程中的粉体是粉尘、粉末及颗粒状物质的总称。一般而言，我们将粒径d > 0.5mm的物质称作颗粒;将粒径d 在100μm和0。5mm之间的物质称作粉末;将粒径d < 100μm的物质称作粉尘，此类物质基本上具有正常状态下在空气中飘扬的特征。统计与实验资料表明，可燃性粉尘大多数属易燃易爆物质，其燃爆事故占粉体灾害事故的60 %以上，粉尘本身的静电放电火花即可成为其点火源。可燃性粉末与颗粒虽然能燃烧，但是一般难以形成爆炸性混合物，然而其静电放电或热表面等危险因素可能成为可燃气、可燃粉尘及其杂混合物等易燃易爆物质的点火源。对于非可燃性粉体而言，其静电危险性主要表现在这类物质的静电放电火花可能成为生产过程中其他易燃易爆物质的点火源[2，4]。粉末与颗粒粉体粒径较大，在生产过程中单个粒子的带电量也大。在一定的条件下，聚合物粉体大料仓中可能发生堆表面放电和传播型刷形放电，此类静电放电的放电能量大，足可以点燃一般的可燃粉尘。大多数粉尘中固体物质的粒径约为1 —100μm，含分子数为104 —106，因此小而轻且比表面积大。带静电的粉尘可漂浮于空气中，也极易吸附在物体表面上。漂浮的带电粉尘的灾害可以产生闪电状静电放电，如火山喷发时可经常看到的火山灰粉尘闪电;大气中悬浮的尘埃使大气能见度大为降低，容易引起各类交通事故。带电粉尘的吸附性亦有较大的危害，粉尘吸附在植物的叶面和干上会影响其生长，给人类的农业、林果业生产等造成损失;金属表面的粉尘可促使其加速腐蚀;粉尘的沉降或吸附使各种建筑物遭受污染、腐蚀加速，使许多传感器中毒、失效，使诸如集成电路等高精细材料、器件无法制造和使用，可以导致机器停运、电路短路等事故。如此种种，关于粉体静电的危害不胜枚举，而其中最具破坏性和灾难性的就是粉尘爆炸，它会造成突发的、一次性损失严重的人身伤亡和财产损失等事故.德国自1940 年起的50 年间，与静电相关的重大粉体爆炸事故有斗式提升机滑槽中燕麦糠爆炸，碾碎机内的制粉半成品爆炸，斗式提升机滑槽中高粱(含粉尘多)爆炸，斗式提升机中高粱粒爆炸和粉体料仓中高分子聚合物爆炸。据日本劳动省产业安全技术研究所对1952 年至1975 年期间日本所发生的177 起损失较为严重的粉尘爆炸事故点火源的调查分析可知，最多的点火原因是机件或装置中的金属异物摩擦撞击而引起的热表面和撞击火花(37起)，其次就是静电引起的放电火花(29 起)。因此，引起粉体爆炸的原因与静电放电有一定的联系.料仓燃爆事故统计资料可知，这40 起粉体料仓燃爆事故的点火源，基本可以认定是粉体自身的静电放电火花。事实上有关高分子聚合粉体的静电危险性研究，尤其是粉体气力输送和粉体大料仓的防静电危害问题是近二十年来国际范围内静电防灾研究领域中的热门课题之一。聚合物粉体绝缘程度很高，生产过程中粉体的起电量可达104 C/ kg，静电泄漏缓慢，生产过程中的粉体往往会积聚很高的电荷。这种静电的积聚会给粉体生产带来两类危害:一类是带电粉体粒子之间，粒子与管壁、容器之间的静电力作用，给生产带来各种障碍与危害;另一类是电荷的积累能够产生很强的静电场，从而导致各种类型的静电放电发生，或引起火灾和爆炸事故，或引起人体电击事故而导致二次事故发生.粉体静电危险性评价方法研究发展

概况

通过对静电放电火花实际点燃危险性量化分析研究，近年来已经取得了可用于对粉体实际生产过程中的静电危险性进行定量评价的研究结果。建立在静电点燃现实危险性基础上的静电放电火花点燃危险性的量化分析理论，相关的静电参数测试方法，生产工艺过程现场数据取样和评价技术，促使粉体善，有关研究和管理部门已经将相关研究结果应用于具体的生产实际

3.1 粉体起电机理研究

粉体是特殊状态下的固体物质，其静电起电过程遵循固体的接触起电规律。目前，人们对金属-金属、金属-半导体的接触起电机理研究结果已经达到实用化水平的要求。然而对于高分子聚合物材料的起电机理研究而言，由于聚合物内部结构的复杂性以及起电机理性实验结果的重复性不好等原因，对其起电机理性的研究方法尚在不断的完善之中[8]。然而，对于粉体工业生产中粉体气力输送的粉体静电起电问题，人们结合两相流动力学理论、电介质物理学、粒子介质之间的相互作用等理论研究，年来已经分析总结出了一些可用于实际分析的有关粉体起电的半经验公式[9，10]。

3.2 粉体静电参数测试技术

有关粉体状物质的静电参数(电阻率ρ、介电常数ε、电位U、电场强度E 及电荷密度q 等)的实验室测量，从理论分析到测试方法都比较成熟，有些测试方法和具备防爆条件的测量仪表也已经直接应用于实际生产场所的粉体静电参数的数据测试[11，12]。近年来，人们可以在工尺度的大型粉体模拟装置上设置粉体静电试验，方便、高效地测试粉体静电参数，便利开发、试用防粉体静电灾害的技术和产品，这为进一步深入研究与解决粉体静电问题提供了实验手段上的保证。相关科研单位研究开发的非接触式管道粉体静电电荷密度测量仪，在完善防爆设计后即可应用于粉体工业输送与储运系统的粉体静电监测[13]。粉体、聚合物电荷空间分布的测量方法研究也有了较好的研究结果。几十年来，人们已经积累了大量的有关粉体方面的静电参数，从相关的基本静电参数到实际生产中不同性质的粉体起电参数都比较全面.3.3 粉体起电、放电特性(包括辐射场)研究

人们在小、中、大型粉体静电模拟实验装置上，尤其是工业尺度的粉体模拟试验装置上成功地模拟了电晕放电、刷形放电、火花放电、堆表面放电及传播型刷形放电等典型的粉体生产中存在的静电放电现象，使有关粉体的静电危险性研究水平上了一个大的台阶[14，15]。在这些极为有效的试验设备上，人们成功地测定了粉体的起电量，研究了粉体的起电特性，综合研究了粉体料仓的粉体电荷密度、荷质比、放电电荷转移量、料仓内的电势分布与电场强度的分布特点、粉体放电间隔特点、放电信号频率等对于粉体静电危险性评估有重要价值的相关物理量[7，16，17]。通过大量的静电放电测试试验，统计、研究、探讨和总结了粉体工业生产中可能发生的不同类型静电放电的辐射场特性，其试验研究数据为粉体工业生产现场检测与监测仪表的电磁兼容性设计提供了有价值的数据;同时结合气体等介质的击穿理论，建立了典型的静电放电理论模型

3.4 可燃物质的燃爆特性研究

自20 世纪80 年代中、后期起，标准条件下(标准实验样品、标准测试条件)可燃粉体、可燃气仪器，已经基本上达到了国际标准化。所以有关可燃物在标准状态下的最小点火能、爆炸极限、最小点燃温度、最大实验安全间隙、自燃温度、闪点、极限氧浓度等数据，基本上都可以从标准出版物上引用。近年来，有关非标准状态和非标准条件下的可燃物质燃爆参数研究，人们从实验和理论分析两方面作了不少的工作[19，24，33]。非标准粒径粉尘最小点火能与粉尘中位粒径的关系，杂混合物最小点火能与可燃气体浓度的关系，粉尘最小点火能与温度的关系，负压条件下可燃物爆炸极限的变化，高压条件下可燃物自燃温度的变化等对实际安全评价有重要意义的燃爆参数数据库，也在积极完善之中.结合气力两相流动理论和燃烧反应动力学理论，借鉴比较完善的可燃气体燃烧理论，初步建立了粉尘、杂混合物(粉尘，可燃气)燃烧理论分析模型

3.5 粉体静电放电点燃特性研究

粉体静电放电火花的火花时间特性和空间分布特征、形成放电的初始条件和放电电荷转移量等点火源因素，可燃物质的燃爆特性参数都对粉体静电放电的实际点燃能力有影响。近年来，人们将研究重点放在粉体料仓内粉体静电放电的点燃能力研究上，但由于研究手段上的原因，只能将料仓内的放电通过环形收集电极引出，在放电区以外的极隙内做点燃实验。这样由实验所得到的放电相当能量Eeq，在一定程度上反映了粉体放电的点燃能力。实验与实际静电点燃事例统计表明，粉体生产过程中可能产生静电灾害的静电放电形态和有效点燃能量Eef大致如下:(1)电晕放电的有效点燃能量不大于01025mJ;(2)普通的刷形放电单次放电的有效点燃能量可达3mJ;(3)料仓粉体堆表面放电单次放电的有效点燃能量可达10mJ;(4)人体放电单次电的有效点燃能量可达30mJ;(5)火花放电单次放电的有效点燃能量可达1J;(6)传播型刷形放电单次放电的有效点燃能量可达10J。有关粉体静电放

电实际点燃可燃物的过程研究，对于了解和研究放电火花的现实点燃能力是有重要意义的。结合介质击穿过程的放电物理学和燃烧学理论，关于气体、粉尘的静电放电火花点火模型理论和气体、粉尘的点燃过程研究近年来也取得了一些较好的研究结果

3.6 粉体静电放电危险性评估与仿真模拟

有关粉体静电放电危险性研究主要侧重于引发火灾、爆炸事故的危险性方面。对于规模一般都比较大的粉体生产而言，这种危险性主要反映在火灾、爆炸事故的敏感性参数上，也就是可燃物被静电放电火花引燃的特性上。这样，由带电粉体物质的基本静电参数、粉体量大小及边界条件所确定的带电粉体空间可能产生的静电放电类型、静电放电火花的点燃能力，结合产生静电放电场所的可燃物燃爆特性，即可以定量评价粉体静电放电的实际危险性.通过研究典型静电放电火花的实际点燃能力，对实际生产工艺过程中的静电放电火花的点燃危险性进行定量评价。静电放电火花的放电相当能量、放电火花空间分布范围和放电火花持续时间，决定了静电放电火花实际点燃可燃物的可能性大小，因此不同类型的静电放电火花点燃可燃物的差异性很大.根据数据序列理论分析，引入静电放电火花点火源序列和可燃物危险性序列之间存在的关联性，反映了静电放

电火花点燃可燃物的危险程度，可用于对静电放电火花的实际点燃危险性进行量化评价。有关粉体的电荷弛豫理论和粉体静电场分析模型研究以及电场仿真和计算分析，一直是静电防灾研究的前沿热点课题。近年来由于粉体静电检测技术的发展，大力促进和支持了粉体静电仿真技术的研究，使得粉体静电仿真技术研究成果离实用阶段越来越近[7，24，25]。同时，有关粉体静电模拟仿真的研究结果也弥补了实际粉体静电测量技术的不足和现场测量场所的限制(如引入测量仪器对原静电场的影响等)，可以帮助人们更详细地了解带电粉体空间的电场变化等情况.粉体防静电灾害技术发展概况

粉体防静电灾害技术的要点在于经济实用，根据危险性定量评估的结果选用相应的防护技术是防灾减灾工作的根本内容和努力方向。我们知道，粉体工业生产中可能产生静电灾害的典型静电放电类型有6 种:(1)电晕放电;(2)普通刷形放电;(3)料仓堆表面放电;(4)人体放电;(5)火花放电;(6)传播型刷形放电。理论分析与实验结果表明，这些不同形态的放电形式点燃可燃物的能力大不相同。另一方面，可能存在于粉体工业实际生产中的可燃物大多为可燃粉体(颗粒、粉末、粉尘)、可燃气以及它们的杂混合物，这些可燃物的被点燃性能差异也很大。所以，我们在研究开发防粉体静电灾害技术的具体工作中，应在粉体静电危险性合理分级的基础上，遵从既科学合理、又经济实用的防灾减灾原则

4.1 粉体静电危险性分级方法

有关粉体静电危险性分级，有别于静电危险场所的分级。粉体危险性分级的目的在于结合安全经济学原理，为存在粉体静电危险性场所选用既经济实用又科学合理的防静电灾害措施提供科学依据.这方面的工作可参照相关的静电危险场所分级方法[24，26，41，44]，以粉体静电实际危险性为基础，结合粉体静电可能造成的灾害程度作为分级依据来进行

4.2 防粉体静电灾害技术

粉体静电防灾的应用技术研究，目前从相关物体的静电泄漏技术、粉体静电消电技术、泄爆技术、阻爆与隔爆技术，到可燃物质的惰化与抑爆技术等，基本上能够满足实际生产的需要。但有时候由于片面追求经济效益等方面的原因，有些成熟的粉体静电防灾技术并不能被粉体生产厂家所接受;或由于维护方面的原因，有些已选用的粉体静电防灾设施，并未在实际生产中发挥其应有的作用;所以粉体静电防灾技术的研究与开发任重道远，新技术的开发与已有技术的优化，尚有很多工作要做。概括地说，有关粉体生产防静电灾害应用技术的研究开发，从控制危害源因素和防灾减灾作用的角度考虑，已经形成了以下两大类以降低粉体静电危险性为目的的工程应用技术[27 —33]：一类是以控制粉体静电起电量(改变接触起电介质的材料特性，采用粉体消电措施，采取防静电涂层与合理接地加速静电泄放等)、控制放电类型(如防止形成击穿场强较大的绝缘层，避免产生能量大的传播型刷形放电等)为目的所采用的技术;另一类是以控制可燃物点燃特性(如加强通风，可燃气置换，控制切粒所形成的细微粉尘，注入惰性物质等)为目标而采取的技术措施。目前我国有关部门正在计划制定有关的粉体防静电灾害操作规程[34 —37]。值得注意的是，在特定条件下，由于粉体生产过程的工艺条件或环境条件的限制，粉体静电放电火花有可能点燃、引爆可燃物质，为了减缓灾害的破坏性，防止灾害的进一步扩大，应采取防灾减灾措施。主要的应用技术有阻爆、隔爆、泄爆和抑爆技术等，以及与之配套的可燃气、可燃粉尘的温度和压力等监测监控技术。目前，静电源监测相结合的粉体静电防爆减灾控制体系正在完善之中结束语

综上所述，有关粉体静电危险性与防静电灾害技术方面的研究工作涉及面广、任务繁杂，难度较大。本文仅就其中的有关方面，结合作者近年来所做的有关具体研究工作，进行了相关专题的调查研究与统计分析，介绍了粉体工业生产中的静电危险性分析方法与防静电灾害技术的最新研究成果，有关研究结果近年来已经陆续应用于粉体工业的具体生产实际，解决了企业安全生产中的有关技术难题，取得了良好的社会效益与经济效益。作者希望有关粉体静电测试研究方法、粉体静电起电与放电研究方法、粉体静电危险性评价方法、粉体静电危险性分级理论与粉体防静电灾害技术措施等重要研究结果，在今后的研究与具体应用实践工作中得到进一步的完善、补充和检验。

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第二篇：粉体总结

1、等面积球当量径—与颗粒同表面积的球的直径；有助于描述粉末的成型过程及烧结过程，较适用于无气孔和轻微粗糙度表面的颗粒体系

2、由不同大小的颗粒组成的集合体由不同大小的颗粒组成的集合体——多分散系统

3、体是研究微小颗粒的集合体。当集合体颗粒大小相等或粉体是研究微小颗粒的集合体。当集合体颗粒大小相等或近似相等——单分散系统

4、目：系指在筛面的25.4mm（1英寸）长度上开有的孔数。20－120目（900－125um)[目数/2.5]2=孔数/cm2

5、TEM观察粉体的特点：能给出不同等效原理（如等面积圆、等效短径等）的粒度分布。能观察颗粒形貌。能直接观察颗粒分散状况、分体样品的大致粒度范围、是否存在低含量的大颗粒或小颗粒情况等等。

6、频率分布曲线上的最高点是频率的极大值，表示最多数量的颗粒，其对应尺寸称为最多数径Dm（或众数直径，（或众数直径，modal diamater），其数量的多少可计算其面积。若曲线是关于Dm对称，即符合正态分布(normal distribution),此时，Dm=平均粒径 =Dmed（中位径）median diameter

7、累积分布曲线与频率分布曲线互为积分与微商的关系，若取同一横坐标，则累积分布曲线上各点斜率实际上，累积分布曲线与频率分布曲线互为积分与微商的关系，若取同一横坐标，则累积分布曲线上各点斜率dR/dD，即为频率分布曲线纵坐标上相应各点之值。，即为频率分布曲线纵坐标相应各点之值。频率分布曲线上任一点的纵坐标表示某粒径频率分布曲线上任一点的纵坐标表示某粒径D为中心的颗粒在dD范围内占物料百分数为范围内占物料百分数为dR，在频率分布曲线之下，粒径为，在频率分布曲线之下，粒径为D以左所包含的面积占曲线以下所包含面积百分比即为累积百分数以左所包含的面积占曲线以下所包含面积百分比即为累积百分数R%。

8、累积分布——反映粒度变化不敏感，要求出斜率→粒度变化，斜率大，粒度变化大；但数量上反映较为明显，从纵坐标可以看出，计算方便，工业生产常用。频率分布——反映频率变化，是动态变化，颗粒组成的变化，但不表示数量（各粒级数量的多少要计算面积）。研究工作中常用的方法。

9、D50：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D50也叫中位径或中值粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。D97：一个样品的累计粒度分布数达到97%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占97%。D97常用来表示粉体粗端的粒度指标。中位径Dmed

10、定量描述粒子几何形状的方法：形状指数（shape index）、形状系数（shape factor）和粗糙度系数（roughness factorfactor）。单颗粒外形的几何量的各种无因次组合称为形状指数;形状系数——在表示颗粒群性质和现象的函数关系中，把与颗粒形状有关的因数作为一个系数加以考虑；粗糙度系数反映颗粒表面微观结构

11、用透射电镜可观察纳米粒子平均直径或粒径的分布，可以直接观察颗粒是否团聚，电镜观察法测量得到的是颗粒度而不是晶粒度．粗颗粒使用光学显微镜，SEM较TEM可观察到更多关于颗粒形状和表面结构信息，立体感强些。X射线是测定晶粒度的最好方法（当颗粒为单晶时，该法测得是颗粒度）对于混合多组分颗粒系统，由于组分密度不同，颗粒形状不同，要测量颗粒的大小电镜是较好的方法。

12、② 颗粒组成（颗粒分布）：•激光法, 光透射：重力沉降 > 1μm，离心沉降 > 0.01μm 13.TEM观察法测量得到的是颗粒度而不是晶粒度。X射线衍射线宽法是测定晶粒度的最好方法。当颗粒为单晶时，该法测得的是颗粒方法。当颗粒为单晶时，该法测得的是颗粒度。当颗粒为多晶时，该法测得的是组成单个颗粒的单个晶粒的平均晶粒度这种测量个颗粒的单个晶粒的平均晶粒度。这种测量法只适用于晶态的超微粉晶粒度的评估。实验表明晶粒度≤50时测量值与实际值验表明，晶粒度≤50nm时，测量值与实际值相近，反之，测量值往往小于实际值。

13、透气法—不受微观结构变化的影响，由颗粒大小，聚集体状态决定。只反映出外表面积不受微观结构变化的影响，由颗粒大小，聚集体状态决定。只反映出外表面积的大小；

14、BET法—颗粒的总表面积：除包括颗粒大小，聚集体状态外还包括了颗粒的裂纹沟槽聚集体状态外，还包括了颗粒的裂纹，沟槽的内表面，因此其数值较上法大的多

15、比表面积的测定范围约为0.1-1000m2／g，以ZrO2粉料为例，颗粒尺寸测定范围为lnm～l0μm．

16、UFP的制备方法：①长大法或者称化学法或者造粒法，合成法——通过化学反应或物相变化，从物质的原子、离子或分子入手, 经过成核和成长、收集两阶段；使颗粒在控制之下长大到要求的大小，这是使颗粒尺寸由小到大的制备方法——纳米粉体的制备方法

②碎细法或者称粉碎法、机械法——这种方法是通过对粗颗粒的粉碎，使其微细化从而成UFP。这是使颗粒尺寸由大变小的方法。是制备微米级颗粒的传统粉碎法的延伸。颗粒粒径在10～0.1μm范围，以两个数量级范围内的颗粒为对象——微米粉体制备 18单分散颗粒系统，其粒度分布呈正态分布

19振动磨制备的粉体粒度分布较窄、纯度较高物料。振动磨除粉碎效率较高外，另一个优点是物料在磨中翻动，从而使物料不易团聚

20气流粉碎机亦称(高压)气流磨或喷射磨或流能磨，是常用的超细粉碎设备之一。高速气流(300—500m／s)或过热蒸汽(300-400℃)的能量，使颗粒相互产生冲击、碰撞、摩擦而实现超细粉碎的设备。降低入磨粒度，可得到平均粒径1μm的产品。

21、随着颗粒微细化，细小颗粒之间的吸附作用，例如范德华引力、静电力、颗粒表面的水份附着力等；或者由于断裂后在新表面上产生的剩余价键带正或负电荷的结构单元或化学游离基的作用，使小颗粒聚结或附聚而成为大颗粒

22、根据生产工艺的要求，把粉碎产品按某种粒度大小或不同种类颗粒进行分选的操作过程称为分级。方法：干法分级和湿法分级

23、颗粒分级可以避免团聚

24、流体是空气时称为干式分级，利用水或者液体时则称为湿式分级。

25、凡是通过挤压、剪切、摩擦、磨剥、拉伸等作用对固体、液体、气体施加机械能，诱发一系列的物理化学性质的改变，称之力化学，或机械力化学。

26、经粉磨后物料活性有所提高的原因经粉磨后，物料活性有所提高的原因是什么？

答：活性提高的主要因素——无定形化的作用；活性提高的次要因素——颗粒尺寸 变小比表面积增大

27、机械力诱发的一系列变化可用X射线衍射、差热分析、红外光谱、反气相色谱法、溶解速度变化密度变化等进行研究

28、助磨剂一般为表面活性物质，具有降低比表面能和“楔入”粒子裂缝的作用。物料在细磨过程中，粒子逐步细化，比表面积增大，其表面因断键而荷电，粒子相互吸附并出现团聚使粉碎效率下降，加入少量助磨剂可以防止粒子团聚，改善物料，流动性，从而提高 研磨效率，缩短研磨时间。

29、颗粒在比较弱的引力作用下结团——附聚体；颗粒在比较强的化学键作用下结合为整体——聚结体

30、助磨剂作用机理：a.削弱固体颗粒强度——软化剂。裂纹的存在、扩展导致断裂，助磨吸附在裂纹上平衡了裂纹表面的剩余价键及电荷，避免裂纹愈合，提高了物料的易碎性。b.防止颗粒并合聚结——分散剂。平衡了颗粒表面上的剩余价键，使颗粒之间的附聚力得到屏蔽，避免颗粒的聚结,抑制粉碎逆过程，故有利于粉碎过程进行。

第三篇：油品静电产生机理及其防护技术

油品静电产生机理及其防护技术

上海海事大学,电磁场与微波技术专业

摘要：本文综合国内外有关石油静电的研究成果，论述了油品在生产、储存、运输过程中静电的起电机理，给出油品注入各类容器时静电起电方程，指出气相间放电现象及类型，最后讨论了油品静电隐患的一些防护措施。

关键词：油品静电起电机理；静电起电方程；气相间放电；防护措施

The Electrostatic Generation Mechanism and Protection Technology of Oil Abstract: This article comprehensive domestic and foreign oil electrostatic research results, discusses the generation mechanism of oil in the the progress of production, storage and transport.An equation of static electrification is presented for the oil injected into various types of containers, pointe out that the phenomenon and type of discharge phenomena and finally discusses some of the oil electrostatic hazard precautions.Key word: Electrostatic electrification mechanism;static electricity equation;gas phase discharge;preventive measure

0.引言

石油产品中，汽油、煤油、柴油属于易燃油品，系非导电性物质，其体积电阻通常在10111015m范围之内。具有这样高绝缘性的易燃油品，在其生产、贮运、加注、使

用的诸工序中，极易产生静电荷。由于静电荷的释放速度相当慢，当静电荷积聚到一定程度时，便会产生静电火花，点燃爆炸性混合气，酿成重大的灾害事故。由于石油静电问题，国际上油轮、油库，汽车、油槽车等爆炸事故很多。我国石油系统，自1968年一1986年近20年间发生的静电灾害事故就有18起之多[1]。本文将主要针对石油制品，探讨其静电产生机理以及防护措施。1.油品静电起电机理

两种物质的相互摩擦是产生静电的一种特殊方式，但不是唯一方式。除摩擦外，当两种不同物质紧密接触后再分离、物质受热或受压、物质发生电解或其他带电体的感应等，均可产生电荷。固—液相间、液—气相间、互不相容液相之间由于流动、搅拌、沉降、过滤、冲刷、喷射、飞溅、剧烈晃动以及发泡等接触分离的相对运动，均会在介质中产生静电[2]。

带电油品进入油罐后，油品静电通过静电感应将在油罐内外两壁产生感应电荷，如图1所示。如果油品带正电，则在油罐内壁产生大小与油品电荷相同、性质相反的负电荷，油罐外壁产生正电荷，大小则根据油罐外壁绝缘性质确定，若罐外壁与大地完全绝缘，则与油品内电荷相等。油罐内油品电荷和油罐内壁电荷相互吸引束缚，若遇火花促发物，则会发生火灾爆炸事故，油罐外壁为自由电荷，可以通过静电接地直接导入大地。

图1 油品进罐后电荷分布

2.油品注入容器时静电起电方程

油品属非导电性液体.它的起电方式主要是摩擦分离起电.液体在起电的同时还伴有电荷的泄漏，其起电方程为[3]：

dQ(QsQ)Q

dt

（1）

式中Qs为不计泄漏时的饱和带电量，为起电系数，为泄漏系数。在油品注入金属容器时，存在三种泄漏途径，可令泄漏系数；

123，其中，1为通过接地导线导向大地的2为通过跨接导线导向周围不等电位物体(比加输油管)的泄漏系数；3为通过空气的泄漏系数，当空气击穿时，泄漏表现为气体放电形式。

351010 金属容器是导体。人的阻抗在欧姆之间。对静电而言，也相当于导体(静电导体)，其起电方式主要是感应起电，应满足高斯定理：

QsDds

（2）

D其中为电位移矢量，J为体电流密度。以上(1)(2)两式即为油品注入容器时的静电起电方程。

对(1)式积分可得油品中电荷聚散规律为：

Q(t)

Qs(1e()t)Qm(1et/)

（3）

Qm式中Qs为油品最大带电量，1 称为弛豫时间。

QQ0且

考虑起电停止后未发生气体放电时油品中电荷的泄漏过程，即

30。在容器内作包围油品任一闭合面，泄漏电流：

因为

其中方程：

dQIjdsdts

（4）

D0rE

JE

0和r分别为真空和相对介电系数，为油品电导率。与(2)式联立可得电荷泄漏

QQ0et/

（5）



由于不同油品的12（6）

r值相差不大，而即使是同一种油品，由于杂质含量不同，电导率会有明显差异，因此，值几乎完全由决定。如对石油类制品，815油品，电导率由10S/m至10S/m。

r2.0，从原油至精制3.油罐中气相间的放电现象

当储罐内的油品带电时，就会对油品内或储罐内的气相空间产生电气作用。这种电气作用就是电场，其大小称为电场强度。这种电场和磁铁周围的磁场作用相类似，能吸引较轻的物体，引起放电现象。通常气相空间发生放电，会比油品内放电更容易引起灾害。

研究表明，储罐内油品发生的放电，按放电的发光形式来分类，大致可分为电晕放电、刷形放电和火花放电三种[4]：

（1）电晕放电是在曲率半径小的突起部份或棱角的地方发生的伴有微弱发光的放电，此种放电能量比较小，如图2所示。（2）刷形放电是在形状比较园滑的对置电极与带电油面间发生的，并伴有兰白色发光和破坏声响的树枝状放电。此种放电不够集中，所以在单位空间内释放的能量也较小，如图3所示。（3）火花放电是在平滑形状的对置电极和带电油面之间的距离接近时发生的，伴有线状强烈发光和破坏声响的放电。此种放电在瞬间内能量集中释放，因而危险性最大，如图4所示。

图2.电晕放电

图3 刷形放电

图4 火花放电

99%以上的能量在产生放电的气相空间会变成为热能而消耗掉。因此，气相空间达到爆炸混合浓度时，由于热能而使温度上升，结果引起燃烧反应，并发展到点火、爆炸，如果带电油品的放电能量超过可燃性混合气体的点火能量时，这种放电就会成为点火源，从而引起爆炸火灾。

4.油品静电隐患的防护措施

减少静电的产生，主要有以下几方面措施：(1）控制流速

已知油品在管道流动所产生的电流和电荷密度的饱和值与油品流速的二次方成正比，可见控制流速是减少静电产生的一种有效方法。可燃和易燃油品的电阻率各不相同，而其允许流速与电阻率有十分密切的关系。因此，有的国家根据油品的电阻率限制允许流速，其推荐值如下[5]：电阻率 105m时，允许流速10m/ s；电阻率105109m时，允许流速 5m/ s；电阻率109m时，允许流速1.2m/ s 总之在确定流速时，不仅要考虑管道的直径，还要考虑油品的性质 所含杂质的数量和成分，管道的材质等各种因素的影响。

（2）控制加油方式

油罐从顶部喷溅装油时，油品必然要冲击罐内油品，使静电量急剧增加。如某厂对500m油罐试验时，将柴油以2.6m/ s的速度从顶部喷溅，5分钟后，罐内油面电位从190V升到7000V。若改用从罐底（流速相同）注油，油面电位下降到2000V。另外，顶部注油还会使油面电荷较为集中，容易发生静电放电[6]。（3）防止不同的油品相混合及防止油品含水和空气

油品中含水5% 10%时，会使起电效应增大10倍50倍。另一类危险是混油现象，当向汽油或其他轻油容器底注入重油，由此引起的事故在油库和炼油厂多有发生。原因是轻

质油为低蒸汽压油品，其闪点都在38C 以上，在正常情况下，在低于其闪点温度下输送3不会有火灾危险。但是，如果将这种油品注入装有低闪点油品的容器中，重油会吸收轻质油的蒸汽而减少容器内气体空间混合气中油蒸汽的浓度，使得未充满液体的空间由原来充满轻质油气体（超过爆炸上限）转变成合乎爆炸浓度的油蒸汽和空气的混合气体，所以为安全和保证油品质量，必须防止不同油品相混合[7]。（4）进行有效的防静电接地

油罐管道、过滤器鹤管、装卸平台等防静电设备的有效接地，电阻值应满足要求：接地导线30m以下着不大于10，超过30m者不大于5，单独导出静电装置的接地回路电阻不大于100。

5.结束语

静电的存在非常隐蔽和抽象，事故前不易发觉，一旦发生静电事故，后果十分严重。我们必须充分根据静电产生的机理，采取行之有效的防护措施，以减少和控制静电事故的发生。同时，由于静电研究涉及的问题很多，机理复杂，特别是各种突然干扰的因素较多，其理论认识和实际措施都远非准确完善，大量的研究工作还有待于进一步去做。参考文献：

[1] 甘建坤.石油产品的静电性能及其预防措施[J].天然气与石油，1994 [2] 胡灯明.加油站静电事故的机理分析及控制措施[J].储运安全，2007，7 [3] 游佩林.轻质油品安全静止电导率的研究[J].长沙铁道学院学报，1991,6 [4] 孟庆金.石油产品运输中静电的起因与预防[J].技术论文，[5] Keping Sun,Geifei Yu.Sminulation test research on incenntion ESD in tanker cargo[J],2005,6 [6] 孙可平，宋广成． 工业静电［M］． 北京: 中国石化出版社，1994 [7] 王军． 油库、加油站静电引燃爆炸危险及防范［J］． 电气防爆，2003(2): 1-7．

第四篇：加油站静电危害及其防护

加油站静电危害及其防护

[摘要]对静电的危害进行简要的论述，对加油站产生静电的条件进行分析，并从四个方面给出加油站预防静电的措施。

[关键词]加油站 静电 防护

中图分类号：O59 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2009）0120020－01

20世纪中期以后，随着电阻率很高的高分子材料如塑料、橡胶等制品的广泛应用和现代，生产过程的高速化，使静电可以积聚到很高的程度。同时，静电敏感材料如轻质油品、火药、固态电子器件等生产和使用，使静电造成的危害越来越突出。我国近年来在石化企业曾发生30多起较大的静电事故，其中有数起损失达百万元以上，如上海某石化公司的甲苯罐、山东某石化公司的胶渣罐及抚顺某石化公司的航煤罐都因静电造成严重的火灾爆炸事故。

一、静电的危害

1．爆炸和火灾爆炸和火灾是静电最大的危害。静电能量虽然不大，但因其电压很高而容易发生放电，出现静电火花。在有可燃液体的作业场所（如油料运装等），可能由静电火花引起火灾。在有气体、蒸气爆炸性混合物或有粉尘纤维爆炸性混合物的场所（如氧、乙炔、煤粉、铝粉、面粉等），可能由静电火花引起爆炸。

2．电击由于静电造成的电击，可能发生在人体接近带电物体的时候，也可能发生在带静电电荷的人体接近接地体的时候。电击程度与所储存的静电能量有关，能量愈大，电击愈严重。其关系式如下：W=1/2CV2。

式中：W－静电场的能量，J；C－电容，F；V－电压，V。

但由于一般情况下，静电的能量较小，所以生产过程中产生的静电所引起的电击不会直接使人致命，但人体可能因电击引起坠落、摔倒等二次事故。电击还可能使工作人员精神紧张，妨碍工作。

3．妨碍生产在某些生产过程中，如不消除静电，将会妨碍生产或降低产品质量，例如，静电使粉体吸附于设备，会影响粉体的过滤和输送。

如在聚乙烯的物料输送管道和储罐中，常发生物料结块、熔化成团，以致造成管路堵塞。经分析发现是对静电消除不力造成的。

静电还可能引起电子元件误动作，使某些电子计算机类设备工作失常。

二、加油站形成静电危害的条件

静电虽然随时随地都会产生，但却不一定构成危害，因为静电危害的形成必须具备一定的条件。静电引发火灾、爆炸事故应具备以下条件，缺一不可。

（一）存在引发火灾、爆炸事故的危险物资

静电引发火灾、爆炸事故的必要条件，就是要有对静电敏感的物资，且静电放电的能量与火花足以将其引燃或引爆。

油料及酒精、二甲苯等挥发性物资容易散发蒸气，这些蒸气在空气中的浓度达到一定比例范围时，遇到火源就会爆炸，此种混合物称爆炸混合物，此种浓度范围界限称为爆炸极限。当爆炸性混合物的浓度处于爆炸极限范围内，一旦产生静电火花，则可能引发爆炸事故。爆炸混合物的爆炸极限并非为定值，而是会随混合物的温度、压力及空气中含氧量的变化而变化，同时，与测试条件也有一定关系。表1为常见几种易挥发物资的爆炸极限。

（二）有静电产生的条件

在仓储活动的各个环节中，静电的产生是不可避免的。比如，物资在装卸、输送过程中容易因摩擦而产生静电，油品在收、发、输送过程中也要产生静电，粉体、灰尘飞扬可产生静电，人员在作业中的操作、行走也会产生静电。

（三）有静电积聚的条件

对于任何材料，静电的积聚和泄漏是同时进行的，只有静电起电率大于静电泄漏率，并又一定量的积累，才能使带电体形成高电位，产生火花放电而构成危害。

（四）静电放电的火花能量大于最小静电点火能

虽然仓储活动极易产生静电，但是，只有当产生的静电积聚起来，在一次放电中所释放的能量大于或等于危险物资最小静电点火能，才会引发火灾、爆炸事故。

三、加油站防静电措施

（一）工艺控制

1．控制油罐车卸油方式。加油站在接卸罐车油品时必须采用密闭卸油方式，卸油管距罐底不大于0.2m。且底部形如伞柄状或切成一定角度，以减少产生的静电荷的数量。

2．采用密闭油气收集系统。

（二）静电接地

静电接地是将储存容器、管道及其设备，通过金属导线和接地体与大地连通而形成等电位。跨接是指将金属设备以及各管道之间用金属导线相连形成等电位体。加油站静电接地应符合以下要求：

1．地上或管沟铺设的输油管道的始端、末端，应设防静电接地装置。接地电阻值不大于30Ω。

2．加油站中汽车罐车卸油场地，应设罐车卸油时用的防静电接地装置。为卸油设施跨接而设置的静电接地装置，宜采用能检测跨接是否良好及有报警功能的静电接地装置。

3．在爆炸危险区域内的输油管道的弯头、阀门、法兰盘等连接处应用金属线跨接。不少于五根螺栓连接的法兰，在非腐点蚀环境中，可不跨接。

4．防静电接地装置的接地电阻值不大于100Ω。

5．接地体不应少于两根，可用角钢、钢管垂直铺设，埋地深度不应小于2.5m，两根接触地体之间的距离不应少于2.5m，铺设在地下的接地体不应刷漆。接地体的最小尺寸：圆钢直径为8mm；角钢厚度4.5mm；扁钢截面为4×12mm2，厚度4mm。接地线必须连接有效，不得把几个应与接地的干线连接在一起，防止损伤，并应铺设在便于检查的地方。

（三）限制作业条件

为了避免开油面最大静电电位，防止静电事故的发生，对刚接卸的油罐和运输后的油罐车进行人工检测时，油品需要静置一段时间，以保证容器内静电荷的消散。《加油站管理规范》中规定罐车需静置15min后方可进行计量检测。

（四）人体的防静电

加油站员工在爆炸危险场所频繁作业及接触设备，可能由于带电从而引发事故。人体由于自身活动与带电体接触而产生静电。人体穿戴衣物，由于材质不同，在穿戴、脱下时所产生的静电有差异。因此，加油员不允许穿戴化纤衣物，应穿戴棉织品的衣物。在加油站不能用化纤和丝绸类纱点擦拭加油机、油罐口、量油口等部分。在爆炸危险场所设置座椅，也不要用人造鬲或化纤材料做靠垫的座椅。

第五篇：粉体工程论文

粉体工程在环保中的应用

环境问题是当今全人类共同关注的问题，它涉及到国民经济的各个部门。从广义上讲，其研究领域及其广泛，不仅与人类及动植物的生存、生态有关，而且与经济发展有着密不可分的关系；从狭义上讲，环境工程作为一门工程学科，其研究内容主要体现在“三废”的治理上，即“废气、废水、废渣”。粉体技术(也叫粉体工程、颗粒工程等)则是一门新兴的综合性交叉边缘学科，因其综合性、交叉性的特点，便与环境工程有着密切的关系。粉体工程的研究领域涉及化工、冶金、建材、医药、食品、航空航天等许多部门和学科．自20世纪80年代以来，在我国已经得到了长足的发展，一些新技术、新工艺、新设备不断涌现，从而

也带动了其它技术的发展。

目前，粉体技术在环境工程中的应用包括气固分离、固液分离、颗粒制备与处理等诸多方面，涉及到的具体课题则包括含尘气体的净化、气态污染物的净化、污泥污水的处理、各种工业废渣的处理等。现在我们环境工程系借助粉体技术开展的环保课题有：各种除尘器的研制、废旧橡胶轮胎的处理、废旧印刷线路板的处理、各种粉尘颗粒的发生、纳米材料、气体的净化和污水的处理等方面。新的粉体技术应用于环境工程中必将带来巨大的经济效益和社会效益，例如垃圾(包括工业废渣和生活垃圾等等)的处理问题，在粉体技术的研究中。对材料的粉碎、分级、造粒等都已经有了较为成熟的技术和工艺，将这些技术和工艺应用于环境方面，不仅变废为宝、为二次资源的综合利用打下了良好的基础，将会给企业带来巨大的经济效益，而且又起到美化环境、净化大气的良好作用，由此而产生了巨大的社会效益。现在比较热门的纳米技术参与到环境保护中米可以导致产品微型化，从而使所需资源减少，达到资源利用的持续化，以实现资源消耗率的“零增长”；同时用纳米技术还可制成非常好的催化剂，其催化效率极高，用于汽车尾气催化净化可使汽油燃烧时不再产生一氧化碳和氮氧化物，使尾气排放无害化。新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，可将污水中的悬浮物和铁锈、异昧等污染物除去，达到污水处理纯净化。利用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成半永久性的固态膜，产生极好的润滑作用得以大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长机器的使用寿命，达到噪声控制的有效化。

其几种常见的应用如下：

一、纳米粉体

高性能的纳米粉体材料具有其多种奇特和优良的功能特性，在国外最先应用于军事领域，随后逐渐向民用领域发展，在军事、能源、化学化工、敏感材料、光电、环保食品和生物医药等国民经济的各个领域有着十分广阔的应用前景，在人们的日用生活制品领域可涉及衣、食、住、行的各个方面，可显著地改善人们的生活环境、身体健康和生活质量。

纳米粉体的制备主要有物理法和化学法.制备所用的材料一般都是纳米复合材料。常见的也是应用较广泛的就是聚合物基有机——无机纳米复合材料.聚合物基有机一无机纳米复合材料具有优异的阻隔性能，特别是插层法制备的PCH纳米复合材料表现出良好的尺寸稳定性和气体阻阳性。随着层间插入法在热塑性塑料中不断取得成功，将粘土分散于环氧中制成涂料，在韧性、对水的阻隔性上都会有所改善，粘土的片状结构还有可能使涂层的光学性能发生变化，从而得到新型涂料。Schmidt以γ—缩水甘油醚基硅烷(KH一560)为原料，采用溶胶一凝胶法制备的涂层有很好的柔韧性和耐磨性，可用作透明聚合物的抗磨涂层。将含TiO2的涂层表面暴露在紫外线中，在几十个纳米的范围内，涂层表面会产生出交叉分布的亲水和亲油区域，可用作玻璃和其它表面上的防雾涂层和防污徐层。

同时纳米粉体在水污染和空气污染上也有广泛应用，这是一种新型的资源。纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最先得到应用的重要组成部分。纳米材料制品作为一种高科技产品，其优良的性能在国民经济的各个领域都有广泛的应用，具有广阔的应用前景。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。随着技术和社会的不断进步，代表2 1世纪先进科技的纳米技术和产业必将健康发展，具有无比广阔的前景。

二、食品加工的超微粉碎

超微粉碎，是指利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎，从而将3毫米以上的物料颗粒粉碎至10-25微米的操作技术。是20世纪70年代以后，为适应现代高新技术的发展而产生的一种物料加工高新技术。超微细粉末是超微粉碎的最终产品，具有一般颗粒所没有的特殊理化性质，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化学反应活性等。因此超微细粉末已广泛应用于食品、化工、医药、化妆品农药、染料、涂料、电子及航空航天等许多领域上。

超微粉碎的原理：通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨等手段，施于冲击力、剪切力或几种力的复合作用，达到超细粉碎的目的。其工艺过程有一次粉碎和二次粉碎。一次粉碎就是在一台设备上同时完成粉碎、筛选、分离、再粉碎的过程。二次粉碎是先对物料进行粗粉碎，然后再采用超细粉碎机完成超细粉碎加工，其工艺流程大致为：原料→筛选→清选→干燥→粗粉碎→超细粉碎→风选分级→超细粉体产品。超微粉碎的特点：速度快可低温粉碎粒径细且分布均匀节省原料，提高利用率，减少污染，可见粉体工程在食品加工方面的环境保护。

三、无机粉体

无机粉体填充改性塑料

无机粉体填充改性塑料在我国已有20多年的历史。最初主要以降低成本为目的。随着无机粉材料品种的增加，由n-r_技术的进步，粉体粒径的超细化新的活化处理剂不断出现，表面活化处理技术和填充改性理论的发展，无机粉体填充改性塑料正由原来单纯追求降低成本，已发展成开发新的功能性材料的重要手段。如无机阻燃材料、阻隔红外线功能材料、补强增韧材料和纳米复合材料等。我国的无机粉体填充改性塑料，无论在产量、品种，还是在生产技术和科学理论等方面，目前在国际上均处领先地位。据有关资料报道，(1)2003年我国用于填充改性塑料仅碳酸钙(含重钙与轻钙)一项多达260万吨，占碳酸钙总产量的40％以上，如按当年塑料总产量1600万吨计算，塑料制品中平均填充碳酸钙量为16．25％，由此可见：无机粉体填充改性塑料在我国塑料工业中所占的重要地位。无机粉体填充改性塑料大范围的推广应用，推动了相关理论的发展，如刚性粒子增韧理论、微观界面设计与调控理论等都是我国科技工作者首先提出来的，(2—3)新理论的出现又进一步推动了无机粉体填充改性塑料的进步和发展。近年来，问世的碳酸钙补强增韧母粒就是一个典型例子。(4)用该母粒填充改性PP或PE，填充量为25—30wt％时，缺口冲击强度较纯树脂可提高25。40％，断裂伸长率较纯树脂可提高1～2倍。近几年来，由于我国塑料工业飞跃发展，由此而带来的白色污染也日趋严重，各级政府和有关部门先后颁发过多项关于预防和治理白色污染的法令和法规。为了防治白色污染已研制开发出多种可降解塑料，如：淀粉基生物降解塑料，淀粉基光、生物降解塑料等。这些降解塑料的问世，为解决我国的白色污染问题发挥了一定作用，但在实际推广应用过程中，逐渐发现它们还存在一些问题，如：加工工艺复杂、成本高、使用性能差、市场推广困难和企业效益低等。在这种情况下，业内许多有识之士开始认识到无机粉体填充改性塑料在减量化、资源化和无害化等方面已成为解决我国白色污染重要途径。在中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会2003年年会上，由湖南科汛环保塑料有限公司、福建师范大学化学与材料学院、中国环境科学院固体废弃物研究所会同60多个与会单位和个人共同向业内外和全社会发出倡议“高举环境友好塑料材料的旗帜，加快无机粉体改性塑料环境友好材料研究和产业化步伐”。

从环境保护考虑将无机粉体改性塑料作为环境友好材料，希望无机粉体填充量越多越好。但无机粉体填充量过多会使材料的功能性、力学性能和使用性能明显下降，如何解决好这一矛盾问题既关系到这种环境友好材料更关系到无机粉体填充改性塑料今后能否持续健康发展的大问题。众所周知，生产无机粉体填充改性塑料，除少数粉状树脂如PVC是将无机粉体直接与树脂混合使用外，绝大多数是通过填充母粒的方式。也就是说先将无机粉体在各种助剂的作用下与少量载体树脂先制成填充母粒，再根据制品性能要求，将母粒与基体树脂按一定比例混合后加工成各种塑料制品。所以决定制品的功能性和环保性能关键在于填充母粒的性能。

a、无机粉体的选择

可用于塑料填充改性的无机粉体种类很多，常见的有：重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅灰石粉、云母粉、氢氧化铝和氢氧化镁粉等，品种不同，功能也不同。其中氢氧化铝和氢氧化镁粉具有阻燃消烟功能；滑石粉可提高塑料的刚性和耐热性，与碳酸钙配合使用将产生良好的协同效果，应用于农膜中可增加光的散射作用和透光率，并对7。2 5Urn波长的红外光有阻隔作用；高岭土填充到PVC电缆料中可明显提高电缆护套的绝缘性能，用于农膜中具有良好的阻割红外线功能，而且优于滑石粉，但透光率不如滑石粉好；硅灰石粉具有较大长径比，最大可大20：1，作为增强剂可用于替代部分玻璃纤维，与含卤有机阻燃剂配合使用，具有协同作用，可以提高制品的阻燃效果；云母粉呈片状晶形。径厚比大，除具有补强作用外，还可提高塑料的刚性、耐热性和尺寸稳定性，云母粉的透光率比其它任何无机粉体都好，并有阻隔红外线功能，被广泛用于大棚膜中。如果从减量化、资源化、有利于环保和降低成本考虑，在众多无机粉体中当属于重质碳酸钙，其白度高、资源丰富、易加工、价格低；其次是轻质碳酸钙。这两种碳酸钙在填充改性塑料中用量最大，所涉及的塑料制品也最多。作为填充改性塑料用无机粉体在质量要求上除纯度外，很重要的一项技术指标是粒径和粒径分布。粒径大小，工业习惯用目数表示。目数是指1平方英寸的筛网中所含有的筛网数。目数与微米(Um)之间的关系是：筛孔直=15400Um／目数。从理论上来说无机粉体的粒径越小，填充到树脂中制得材料的力学性越好，但实际情况并非如此。粉体的粒径越小，比表面积越大，粒子的内聚能越高，越容易团聚，填充到塑料中不易分散，相反会使材料的力学性能下降。表1列出不同粒经的重质碳酸钙，相同的造粒工艺，在同一种牌号HDPE中填加25wt％碳酸钙测得材料的力学性能。

b、粉体表面活化处理剂与处理技术

无机粉体粒子为极性，而树脂为非极性，二者难以相容。要想使无机粒子均匀地分布到树脂中，并能与树脂的分子链产生较强的亲合力，必须对无机粒子表面进行活化处理。目前所用活化剂有表面活性剂，如硬脂酸：偶联剂，如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、酸式亚磷酸酯偶联剂、稀土偶联剂和铝／钛复合偶联剂等；高分子处理剂如聚烯烃马来酸酐接枝共聚物等。其中用的最多的是铝酸酯偶联剂和铝／钛复合偶联剂。其用量一般为无机粉体质量的1．2％一2％，无机粉体的粒径越小，比表面越大，偶联剂的用量也就越多。表面处理一般采用干法，即在高搅机内用偶联剂对无机粉体进行表面包覆处理。由于偶联剂都属于酯类化合物，遇水易水解而失效，所以在表面包覆之前，无机粉体一定要干燥，具体作法是在未加入偶联剂之前，先将无机粉体在高搅机内，高速搅拌数分钟，温度升高可达80℃．90。C，此时无机粉体中小量的水份大部分可以除去。为了使小量的偶联剂能将每一个无机粒子充分包覆。可以通过加热将偶联剂溶于15号白油中成粘稠状液体后，再加入高搅机内。这种表面处理效果比单纯用偶联剂好。白油在后续造粒过程中可以起到润滑剂的作用。无机粉体表面活化处理技术近年来又有新的进展，应用效果比较好的有两种。一种是采用新型活化剂，该活化剂有别于传统的表面活性剂或偶联剂，也不同于高分子处理剂。新型活化剂的分子量介于二者之间，分子中含有高活性反应基团，活化剂是以化学键的方式牢固地包覆在无机粉粒子表面，活化剂分子的剩余部分为非极性长的饱和碳链，以较大的接触面积与树脂的分子链之间形成强的范德华亲合力，从而使无机粉体填充量较大的情况下，复合材料仍具有较好的力学性能。另一种新的表面活化处理技术，是采用双包膜方法，即将用偶联剂处理后的无机粉体，再用一种能与偶联剂发生化学反应的活化剂进行二次包膜处理。该技术的特点是：在使无机粉体与树脂之间形成较强结合力的同时，由于所用的二次包膜活化剂的结构特征，可以在无机粒子表面形成一层弹性膜，当复合材料受到外力冲击时，由于弹性膜的缓冲作用，可使应力得以分散。所以采用该技术处理无机粉体所制得的复合材料具有显著的补强增韧功能。表3列出用不同表面活化处理方法而完全相同的加工工艺，制得的1250目重质碳酸钙填充母粒，填充相同牌号的P P，碳酸钙填充量为40 wt％的情况下，复合材料的力学性能。

无机粉体填充改性塑料在我国塑料工业的发展中发挥了十分重要的作用，尤其对石油资源贫乏的我国来说，今后将会发挥更大作用。正由于如此，业内人士和社会各阶层也就更要正确对待和评价无机粉体填充改性塑料。无机粉体毕竟不是高分子材料，与树脂相比是资源丰富的廉价原料，对填充改性塑料不能以纯塑料的标准去要求它，尽管在某些性能方面它可能比纯塑料好，但必须以牺牲其它性能为代价。降低成本，节约石油资源有利于环境保护是无机粉体填充改性塑料的最大优势，但它的综合性能肯定不如纯塑料好，只有正确认识这一点，才能使无机粉体填充改性塑料沿着正确方向健康快速发展。

2、无机粉体环保纸

一种常见的就是无机粉体环保纸无机粉体环保合成纸是以丰富的矿产资源碳酸钙为主要原料，高分子塑料和其他助剂为基材，经混合、塑炼、成膜、涂布等工艺加工成型，生产出一种可逆性循环利用的新型纸种。该新型纸种跳出了传统造纸用木质纤维为主要原料生产纸材的制造方法，是传统造纸的一种思维变革、技术变革和产业变革。新型纸种与传统造纸对比，其不消耗木材资源，有利于生态保护；无废气、废水、废渣排放；产品耐折、耐撕、防水、防霉、防虫蛀、易于印刷，具有卓越的综合性能；产品主要原料为石灰石加工后的重质碳酸钙或者轻质碳酸钙，我国是石灰岩矿储量大国，原料资源丰富。

无机粉体环保纸比普通包装塑料抗拉强度大，且无毒、可降解、成本低、开发成环保纸袋产品，可全面替代现有塑料包装袋，并可以从根本上解决塑料包装袋白色污染的问题。目前，世界上生产包装塑料袋的产量1亿吨，我国消耗量约600万吨。无机粉体环保合成纸以其低廉的价格低于传统纸张15-30%，对现有办公文化纸将形成强有力的竞争优势，部分替代现有办公文化用纸。目前，我国办公文化用纸量已突破440万吨。产品印刷用纸部分替代现有办公用纸市场前景看好。

四、二氧化钛光催化

随着工业社会的发展和人口的增加，人类本己有限的水资源受到日益严重的污染，水污染成为当今社会的严重问题。而近年来逐渐发展起来的光催化氧化技术为治理水源的有机物污染提供了一条新的途径。纳米Ti02是目前应用最为广泛的一种光催化剂，具有着以下优点：对光的吸收率较高；化学稳定性良好；氧化还原能力强，有较高的光催化活性；对很多有机污染物有较强的吸附作用；造价低廉，无毒无害。

二氧化钛，俗称钛白，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。纳米二氧化钛是目前应用最为广泛的一种纳米材料，其具有的透明性、紫外线吸收性以及熔点低、磁性强、热导性能等特征，使其在化妆品、塑料、涂料、精细陶瓷及催化剂等众多领域都有重要的应用。光催化氧化的机理主要是自由基反应，而体系产生的活性中间体H202则是形成自由基的重要引发剂。在紫外光结合氧化剂对有机污染物进行氧化降解的过程中，在多数情况下主要是利用了羟基自由基的产生及其一系列的反应。在超微细二氧化钛、水和空气的体系中，把分散在溶液中的每一颗二氧化钛半导体微粒近似地看成是一个小型的短路的光电化学电池，当用能量大于能带隙的光，尤其是紫外线的光照射时，二氧化钛超微粒子吸收光而自行分解出自由移动的带负电的电子(e．)和带正电的空穴(h+)，形成电子一空穴对，吸附溶解在二氧化钛表面的氧俘获电子形成·02，而空穴则将吸附在二氧化钛表面的OH和H2O氧化成·OH。新生成的这两种自由基具有很强的化学活性，特别是原子氧能与多数有机物发生氧化反应，因而能有效分解水中多种有机物质，使水中的有机污染物彻底氧化降解为CO2和H2O：同时还可以氧化细菌内的有机物，从而杀死细菌；还能氧化有毒的无机物，使之在短时期内失去毒性。

研究发现，纳米二氧化钛光催化剂催化活性的高低取决于纳米粒子的粒径和晶型。纳米二氧化钛主要有3种晶型：板钛矿、金红石和锐钛矿三种晶型。研究表明，板钛矿型二氧化钛无光催化活性，金红石型二氧化钛仅有微弱的光催化活性，锐钛矿型二氧化钛的光催化活性最耐71。然而，粉末状纳米二氧化钛催化剂在使用过程中存在着易失活、易凝聚和难回收等弱点，人们尝试将二氧化钛粉末固定在某一载体上，制备了负载型的二氧化钛光催化剂。目前，光催化剂载体主要有两大类：无机载体和有机载体。无机载体主要是以含硅物质为基质，具有极好的耐热性能和化学稳定性，在烧结过程中基质与催化剂颗粒间会产生较强的粘结力。在有机材料上固载二氧化钛存在着一定的困难，因为大多数有机质本身不耐光催化剂的强氧化反应。

至今，已发现有3000多种难降解的有机化合物可以在紫外线的照射下被二氧化钛降解。特别是当水中有机污染物用其他方法很难降解时，这种技术有着明显的优势。

1、处理受染料工业污染的源水：受染料业污染的水中含有苯环、胺基、偶氮基等致癌物质，常规方法处理水溶性染料的降解效率通常很低。研究发现，用TiO2／Sich体素能够很迅速地降解R．6G染料，而且可以破坏染料分子中的芳香基团，达到完全降解的目的。另有报道称，对于电镀、制革和印染行业废水中的常见污染组分Cr(VI)，采用P25 Ti02作为光催化剂，在苯酚、葡萄糖等有机物存在的情况下，能有效地促进其光催化还原，达到C“VD完全被去除的效果。为便于工业应用，把表面涂覆有纳米二氧化钛膜的玻璃填料充于玻璃反应器内，通过潜水泵使微污染水在反应器内循环进行光催化氧化处理。由于纳米二氧化钛具有巨大的比表面积，与水中有机物接触更为充分，可将它们最大限度地吸附在其表面，迅速将有机物分解为CO2和H2O，处理效果优于生物处理和悬浮光催化氧化处理，COD除去率和脱色率均较高。催化剂再生后能连续使用对二氧化钛对三苯基甲烷等染料的光催化降解研究发现除二氧化钛的晶型外，pH值、催化剂浓度及有无氧化剂的存在等因素对降解速率都有一定的影响的研究表明，有二氧化钛涂层的碳粉对亚甲兰在紫外光下有较高的光催化降解活性，而表面有碳涂层的二氧化钛则是很好的重油吸附剂，碳涂层吸附的重油在紫外光作用下被二氧化钛光催化降解，碳涂层本身也有催化降解作用，而且它能够使二氧化钛在高温下保持高活性的锐钛矿晶型H81。方世杰、徐明霞和黄卫友等制备了10I吼左右的二氧化钛颗粒并把它制备为玻璃衬底薄膜进行紫外光光催化降解甲基橙的研究，发现催化剂用量、甲基橙初始量、pH值、光强度等对甲基橙脱色率都有影响。

2、处理受农药污染的源水：目前对有机磷农药污染水处理多用生化法，处理后废水中有机磷质量浓度仍较高。采用纳米二氧化钛、二氧化硅负载复合光催化剂，利用其高效吸附性及催化活性，能使有机磷农药在其表面迅速富集，随光照时间的延长，有机磷农药的光解率逐渐升高，实验发现，光照80miIl后，可使敌百虫完全降解，若加入微量Fe还可以大大提高COD的去除率及无机磷的回收率；还可将含氯有机物DDT中的氯完全脱除；实验结果表明纳米二氧化钛能将水中的a．(甲硫基)亚乙基氨甲基氨基甲酸酯、呋喃丹。b．甲基乙氧基)苯基氨基甲酸酯三种氨基甲酸酯类化合物在一小时内均能被完全降解为无毒的N吖、NO3’和其它无机离子；浙江林学院的罗锡平等人亦发现采用溶胶．凝胶．浸渍法制备的纳米改性竹炭新材料，对有毒、难生物降解的二氯苯酚溶液在碱性条件下降解率可达到96．4％，在中性条件下虽然降解率仅为61．7％，但再生率为96．3％，表现出良好的再生性能。l研究了在紫外光作用下二氧化钛对水溶液中草类成分的降解情况，发现二氧化钛的存在对降解的起始速率及转化的完全性影响较大，还发现在高pH值下能够在3小时内彻底降解。何建波和张鑫发现二氧化钛的晶相比例取决于热处理温度，当锐钛型与金红石比例为7：3时，紫外光光催化率最耐261。徐悦华和古国榜等研究了纳米二氧化钛紫外光光催化降解有机磷农药甲胺磷，通过实验测定说明纳米二氧化钛光催化降解甲胺磷是可行的(在紫外光下)，实际应用的有机磷农药也可以用光催化降解。

3、处理含氯代有机物的源水：日本东京大学野口真用纳米二氧化钛光催化剂与臭氧联合进行水的净化处理。在模拟水处理实验中，以质量浓度为16m∥L的三氯酚的水溶液，分别采用纳米二氧化钛光催化剂与臭氧联合，单独用光催化剂纳米二氧化钛和单独用三种方法对其进行处理。纳米二氧化钛光催化剂与臭氧联合处理2h后，三氯酚的残留质量浓度已为零，效果相当明显。用内表面涂覆纳米二氧化钛光催化剂的陶瓷圆管处理质量浓度为5．5m∥L苯酚和三氯乙烯水溶液的实验表明，苯酚在1．5h后完全分解，三氯乙烯也在2h内完全分解。

4、处理含表面活性剂的源水：生活污水中含有表面活性剂，易产生异味和泡沫。

非离子型和阳离子型表面活性剂会产生有毒或者不溶解的中间体。采用纳米二氧化钛光催化分解表面活性剂已取得较好效果。虽然表面活性剂中的链烷烃部分采用光催化降解反应还较难完全氧化成CO2，但由于苯环被破坏，其毒性大为降低，生成长链烷烃副产物对环境的危害明显减小。

5、处理受污染的地下水源：工农业排放废水渗入地下水中的有机物含量增加，这些有机物易与水处理过程中的氯反应生成致癌性的三卤化物(THM)。据报道，二氧化钛膜能脱除水中97％的有机卤素化合物，总有机碳(TOC)含量可降低90％以上，并能减少盐分、硬度、重金属和其他污染物，降低颜色深度，脱除大量的可溶性有机物质，减少形成THM的前体物。

6、处理含油污染的源水：对于不溶于且漂浮于水面上的油类污染物的处理，也是近年来人们很关注的一个课题。含油废水中所含的脂肪烃、多环芳烃、有机酸类、酚类等有机物很难降解，使用纳米二氧化钛利用其光催化解功能，可迅速降解这些有机物。但由于二氧化钛的密度远大于水，二氧化钛颗粒将沉于水底，起不到光催化剂的作用。为使二氧化钛漂在水面，需要将二氧化钛负载在一种载体上，这种载体的密度要远小于水，与二氧化钛附着良好，且不能被二氧化钛光催化氧化。常用的载体有空心玻璃、陶瓷、活性炭等以空心玻璃球为载体，用浸涂一热处理法制备了漂浮在水面的二氧化钛，并以辛烷为石油中烷烃的代表，研究了水面油污染物的光催化分解，光照1h，降解率达到90％以上。他们还研究了二氧化钛在空心陶瓷微球上的固定化，实验表明辛烷的降解率在90％以上。万里平等利用改性膨润土负载．TiO2.A&O制备的复合催化剂，能较好地利用自然光实现对油田不同作业废水的预处理，对于处理川中矿区角53井钻井废水和南阳油田探23井压裂废水，在最佳条件下，其COD去除率分别可分别达到70．3％和57．o％。则使用浸泡、热处理的方法在空心玻璃球表面负载二氧化钛薄膜，制成可飘浮在水面的二氧化钛光催化剂，经1h光照能降解辛烷90％以上。

由此可见二氧化钛粉体在环抱中的应用相当广泛且起着重要的作用。

结语：由以上应用可见处理环境问题将在许多方面应用到粉体技术，粉体技术的发展将为环境问题的治理找到更多有效的方法，粉体技术的发展和环境治理技术的发展相辅相成。我们相信：不断完善、充实的粉体技术应用到环境工程学科中来，必将推动环境工程的发展；反过来又为粉体技术的发展应用奠定坚实的基础，也必将拓宽粉体技术的应用领域。同时被称之为2l世纪前沿科学的纳米技术将对环境保护产生深远的影响，有着广泛的应用前景，甚至会改变人们的传统环保观念，利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。

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