粉尘的特性有哪些？

粉尘的特性对其在工业生产、储存、运输、安全以及环境保护等方面都有着至关重要的影响。下面从您提到的几个方面详细讲解粉尘的特性：

1. 密度 (Density)

• 沉降速度： 真密度大的粉尘沉降快，不易悬浮。

• 气力输送： 影响能耗和输送风速。

• 储存与包装： 堆积密度直接影响料仓设计、包装大小和运输成本。

• 除尘设备选择： 影响重力沉降室、旋风除尘器等设备的效率。

• 真密度： 粉尘颗粒本身（排除颗粒内部空隙和颗粒间空隙）的密度。接近形成粉尘的原始物料的密度。

• 堆积密度/表观密度： 包括颗粒内部空隙和颗粒间空隙在内的自然堆积状态下，单位体积粉尘的质量。显著小于真密度。

• 定义： 指单位体积粉尘的质量。

• 分类：

• 影响：

2. 粒径 (Particle Size)

• 悬浮性： 粒径越小，比表面积越大，越容易在空气中悬浮（飘尘），沉降越慢。小于10微米的颗粒（PM10，尤其是PM2.5）对人体健康和大气能见度影响巨大。

• 反应活性/爆炸性： 粒径越小，比表面积越大，与氧气接触越充分，化学反应（如氧化、爆炸）速率越快，危险性越高。

• 粘附性与凝聚性： 小颗粒更容易粘附在设备、管道壁面或其他颗粒上（凝聚）。

• 分离效率： 是决定各种除尘器（重力、惯性、旋风、袋式、电除尘）效率的最关键因素。

• 磨损性： 通常小颗粒的磨损性更强（特定条件下）。

• 安息角： 细粉通常比粗颗粒有更大的安息角。

• 定义： 粉尘颗粒大小的度量。粉尘通常由不同大小的颗粒组成，形成粒径分布。

• 表示： 常用平均粒径（如算术平均、几何平均、中位径D50）和粒径分布范围（如D10， D90）来描述。

• 影响：

3. 安息角 (Angle of Repose)

• 流动性： 安息角越小，粉尘流动性越好，越容易从料仓、灰斗中流出。安息角越大，流动性越差，越容易起拱、搭桥，造成堵塞。流动性好的粉尘安息角通常小于30°，流动性差的可能大于45°。

• 料仓设计： 是设计料仓锥角和卸料口尺寸的关键参数。锥角必须大于安息角才能保证物料顺利流出。

• 定义： 粉尘通过小孔连续自然下落到平面上时，形成的圆锥体母线与水平面的夹角。它反映了粉尘颗粒间的内摩擦阻力。

• 影响：

4. 滑动角 (Angle of Slide)

• 粘壁倾向： 滑动角越大，粉尘越容易粘附在设备、管道壁面上，导致积灰、堵塞和清灰困难。

• 输送设备设计： 影响溜管、溜槽的倾斜角度设计，必须大于滑动角才能保证物料顺利下滑。

• 与安息角关系： 通常滑动角小于安息角（因为颗粒与光滑壁面的摩擦小于颗粒间的摩擦）。

• 定义： 将粉尘置于光滑平板上，缓慢抬升平板一端，粉尘开始滑落时平板与水平面的夹角。它反映了粉尘颗粒与固体表面（如钢板）之间的摩擦阻力。

• 影响：

5. 粘附性 (Adhesiveness/Cohesiveness)

• 堵塞： 粘附性强易导致管道、阀门、除尘器滤袋、料仓等堵塞。

• 清灰困难： 影响袋式除尘器、电除尘器极板的清灰效果。

• 团聚： 促进颗粒团聚长大，可能改变其流动性和其他性质。

• 成拱： 在料仓中容易形成稳定的拱桥结构，阻碍物料流动。

• 粉尘层形成： 在设备表面形成难以清除的粉尘层。

• 定义： 粉尘颗粒之间（内聚性）或粉尘颗粒与其他固体表面之间（粘附性）相互附着的能力。

• 成因： 分子间力（范德华力）、静电引力、毛细管力（水分）、化学反应、表面粗糙度等。

• 影响：

6. 磨损性 (Abrasiveness)

• 设备寿命： 导致管道壁厚减薄、风机叶轮不平衡、阀门密封失效、除尘器关键部件损坏。

• 设计选材： 决定管道材质（耐磨钢、陶瓷内衬）、风机选型（耐磨风机）、除尘器类型（避免高速冲击）和易损件材质（如布袋纤维、旋风除尘器内衬）。

• 颗粒硬度： 颗粒越硬（如石英砂、氧化铝），磨损性越强。

• 颗粒形状： 棱角尖锐的颗粒比球形颗粒磨损性更强。

• 粒径： 在一定范围内（通常几十微米到几百微米），粒径增大磨损性增强；过小的颗粒因易随气流运动，直接冲击减少，磨损可能降低。

• 浓度与速度： 粉尘浓度越高、气流速度（或冲击速度）越大，磨损越严重。

• 定义： 粉尘在运动过程中对与其接触的固体表面（如管道、风机叶轮、除尘器部件）产生磨损的能力。

• 影响因素：

• 影响：

7. 爆炸性 (Explosibility)

• 化学组成： 挥发分含量高、燃烧热值大的粉尘（如煤粉、硫磺、铝粉、面粉、糖粉、塑料粉）爆炸性强。

• 粒径： 粒径越小，比表面积越大，爆炸性越强（通常<200μm，尤其<75μm）。

• 浓度： 必须在爆炸极限范围内。

• 水分： 水分增加通常能抑制粉尘爆炸（吸热、粘结颗粒）。

• 氧含量： 氧气浓度降低能抑制爆炸。

• 点火源能量： 必须达到或超过最小点火能（火花、明火、高温表面、静电、摩擦热等）。

• 爆炸下限： 粉尘云能够发生爆炸的最低浓度。浓度过低，燃料不足。

• 爆炸上限： 粉尘云能够发生爆炸的最高浓度（实际意义较小）。浓度过高，氧气不足。

• 最小点火能： 点燃粉尘云所需的最小能量。越小越敏感。

• 最大爆炸压力及升压速率： 衡量爆炸猛烈程度的关键参数。

• 粉尘云最低着火温度： 粉尘云被热表面点燃的最低温度。

• 粉尘层最低着火温度： 粉尘层被热表面点燃的最低温度。

• 定义： 指可燃性粉尘在特定条件下（悬浮于空气中达到一定浓度，遇到足够能量的点火源）发生快速燃烧（爆炸）的能力。

• 关键参数：

• 影响因素：

• 危害： 粉尘爆炸具有极强的破坏力，常引发二次甚至多次爆炸，造成严重人员伤亡和财产损失。

8. 吸水性 (Hygroscopicity)

• 流动性： 吸水后粉尘颗粒间可能产生液桥力，显著增加粘附性和内聚力，导致流动性变差、结块、堵塞。

• 粘附性： 水分是增加粉尘粘附性的主要因素之一。

• 爆炸性： 水分能吸收热量，抑制粉尘爆炸。潮湿粉尘通常爆炸危险性降低。

• 化学反应： 某些粉尘（如生石灰CaO）吸水会发生化学反应（CaO + H₂O → Ca(OH)₂），产生热量并改变性质。

• 除尘效率： 湿式除尘器利用粉尘的亲水性；但吸湿结块的粉尘可能导致干式除尘器（如袋式）糊袋、清灰困难。

• 储存： 吸水性强的粉尘需要干燥储存环境，防止变质、结块。

• 定义： 粉尘吸收或吸附空气中水分的能力。

• 影响因素： 主要取决于粉尘本身的化学性质和物理结构（比表面积、孔隙率）。如水泥、石灰、某些盐类（如氯化钙）吸水性很强；塑料粉、金属粉吸水性弱。

• 影响：

总结与关联性：

这些特性并非孤立存在，而是相互关联、相互影响的：

• 粒径小 → 比表面积大 → 粘附性、吸水性、爆炸性通常增强，安息角增大（流动性可能变差）。

• 吸水性增强 → 粘附性、安息角增大（流动性变差）→ 可能降低爆炸性。

• 粘附性强 → 容易导致堵塞、积灰 → 积灰可能成为点火源或加剧爆炸。

• 爆炸性粉尘通常要求更严格的防爆设计和操作规范，避免形成粉尘云和点火源。

理解和准确测量粉尘的这些特性是进行安全设计（防爆、防堵、防磨损）、工艺优化（输送、储存、干燥）、环境保护（高效除尘）和职业健康（呼吸防护）的基础。在实际应用中，需要针对具体粉尘进行全面的特性测试和分析。