3.2 粉尘的物理、化学性质
大气颗粒物几乎包含了自然界存在的所有元素。
郭璇华（2005）等用ICP-MS方法分析了大气颗粒物中的无机元素，研究了部分污染元素在不同粒径颗粒中的富集特征以及不同季节的浓度变化。经过分析，样品中共检出了无机元素58种，其中浓度较高的元素是K、Ca、Na、Mg、Al、Si、Fe、Ba、Zn、Cu、Pb、P、Ti、V、As、Sr、Cr、Mn、Ni等。检出的元素中，与人类污染活动相关的元素主要是As、Pb、Zn、Se；典型的地壳元素是Ti、Al、Si、P、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe，其中K和V元素与燃料的燃烧也有一定的关系。
3.2.1 粉尘的物理性质
粉尘的物理性质包括粉尘的密度、磨损性、黏结性以及荷电性等［7，10］。
（1）粉尘的密度 由于粉尘与粉尘之间有许多空隙，有些颗粒本身还有孔隙，所以粉尘的密度有：真密度、堆积密度、假密度（或称有效密度）。
①真密度 不考虑粉尘颗粒与颗粒间空隙的颗粒本身实有的密度。若颗粒本身是多孔性物质，则它的密度还分为两种：a.考虑颗粒本身孔隙在内的颗粒物质，在抽真空的条件下测得密度，称为真密度；b.包含颗粒本身孔隙在内的单个颗粒的密度称为颗粒密度，又称为视密度。对于无孔隙颗粒，真密度和颗粒密度是一样的。粉尘颗粒的真密度决定含尘气体在除尘器和管道中的流动速度。
②堆积密度 粉尘的颗粒与颗粒之间有许多空隙，在粒群自然堆积时，单位体积的质量堆积称为堆积密度。计算粉尘堆积容积时都用它。
③假密度 假密度是粉尘颗粒质量与它所占体积之比。这个体积包括颗粒内闭孔、气泡、非均匀性等。光滑、单一的初始状颗粒所具有的假密度与真密度视为一致。有些粉尘如烟尘飞灰、炭黑、金属氧化物等，其真密度要比假密度大，比其堆积密度值可能大几倍。
（2）磨损性 粉尘对器壁的磨损问题是很严重的，这种磨损有两类，粒子直接冲击器壁所引起的磨损和粒子与器壁摩擦所引起的磨损，这是一种微切割作用，所以器壁用硬度高的材料为宜。一般粗尘以后者为主，而细粒尘则前者占相当比例。此外，尘粒与器壁材料的硬度差别也很重要：尘粒比钢较软时，磨损不严重；当尘粒的硬度是钢的1.1～1.6倍时，磨损最严重。粉尘的磨损性还与其速度的2～3次方成正比。气流中粉尘浓度大，对器壁（如管道）的磨损性也大。
（3）粉尘的黏结性 尘粒之间由于互相的黏结性而形成团聚，是有利于分离的。颗粒与器壁间也会产生黏结效应，这对除尘器设计十分重要［7，11］。
粉尘颗粒间的黏结力主要有：①分子力即分子或原子间的作用力，也称为范德华力，实际是一种吸附力；②毛细黏附力，粉尘颗粒含有水分时，互相吸着的颗粒间由于毛细作用而生成“液桥”使颗粒互相黏结的力；③颗粒荷电后产生的静电吸力，在电场中，此力是主要的，而无外加电场时，可忽略不计。粉尘的黏结性和粉尘的含水、温度、粒度、几何形状、化学成分等有关。粉尘黏结性的强弱可用黏结力表示。各类粉尘的黏结性按黏结强度分类见表3-2。
表3-2 各类粉尘的黏结性按黏结强度分类
粉尘的黏结性直接影响管道冷却器和除尘器的堵塞和结垢情况，所以遇到黏结性大的粉尘，必须考虑采用相应的技术措施，避免堵塞和结垢的发生。使用袋式除尘器处理黏结性强的粉尘，应适当增加清灰次数和清灰强度，避免滤袋黏附粉尘。
（4）粉尘的荷电性 粒子与粒子间的摩擦、粒子与器壁间的摩擦都可能使粒子获得静电荷。在气体电离化的电场内，粒子会从气体离子获得电荷，较大粒子是与气体离子碰撞而得电荷，微小粒子则由于扩散而获得电荷。粒子的荷电性对于纤维层过滤及静电除尘是很重要的［7］。
3.2.2 粉尘的化学性质
（1）粉尘的成分 粉尘的成分十分复杂，各种粉尘均不相同。所谓粉尘的成分主要是指化学成分或形态。化学成分常影响到燃烧、爆炸、腐蚀、露点等，形态也影响到除尘效果等。
（2）粉尘的水解性 一些如硫酸盐、氯化物、氧化锌、氢氧化钙、碳酸钠等粉尘易吸收烟气中水分而水解，从而增加粉尘的黏结性，对除尘设备正常工作不利。粉尘的水解是粉尘的化学反应，使其变黏、变硬，形成袋式除尘器的糊袋现象，甚至使除尘器失效。
（3）粉尘的润湿性 液体对粉尘颗粒的润湿程度取决于液体分子对颗粒表面的作用。固-液-气三相交界处的表面张力作用如图3-4所示，交界点A处的作用力达到平衡时［7，11-15］，其表达式为：γlacosθ+γsl=γsa或者
。θ角越小，被润湿的固体表面就越大，亦即表面张力γsl越小的液体，对颗粒越易湿润。几种典型液体的表面张力见表3-3。
图3-4 固-液-气三相交界处的表面张力作用
表3-3 几种典型液体的表面张力
不同的固体表面对同一液体的亲和程度不同，如：汞-金属的θ=145°，而汞-玻璃θ=140°；水-石蜡θ=105°，而水-玻璃的θ接近0，即可充分润湿。当θ=0°～90°时为可湿润，大于90°时为憎水性。
颗粒的润湿性还与颗粒的形状及大小有关，球形颗粒的润湿性比不规则颗粒要小，颗粒越小亲水能力就越差。颗粒表面粗糙也不易润湿。将水加热到接近70℃时，能最有效地润湿颗粒，这对湿式除尘是有利的。
润湿（wetting）是固体界面由固-气界面转变为固-液界面的现象［11-15］。而润湿性（wettability）是指一种液体在一种固体表面铺展的能力或倾向性。固体的润湿性用接触角表示，当液滴滴在固体表面时，因润湿性不同可出现不同形状。液滴在固液接触边缘的切线与固体平面间的夹角称为接触角。
颗粒物的吸湿性是指颗粒表面吸附水分的现象，针对水溶性的药物粉体，是指在增加周围环境RH（相对湿度）时颗粒物的吸水性能。在相对湿度较低的环境下，颗粒几乎不吸湿，而当相对湿度增大到一定值时，吸湿量急剧增加，一般把这个吸湿量开始急剧增加的相对湿度称为临界相对湿度。
对于润湿性好的亲水性粉尘（如水泥、石灰、锅炉飞灰、石英粉尘等），可选用湿式洗涤除尘。对于润湿性差的疏水性粉尘（如石墨、煤粉、石蜡等），可在水中加入某种浸润剂（如皂角素等），以增加粉尘的疏水性。
（4）粉尘的爆炸性［7］ 有些一定浓度的粉尘遇到明火、放电摩擦、高温等作用，在氧气充足的条件下具有爆炸性。粉尘的爆炸性可分为两类：①漆雾、天然树脂、锌粉、肥皂粉、炭黑、香料、合成赛璐珞等含灰分多的，堆积时不可能燃烧，只在高温长期作用下发生燃烧，但不是爆炸；②浓度低、含灰分少的，堆积时不易燃烧，但悬浮物却易燃而发生爆炸。按爆炸性强弱排序为：细木屑、软木粉、细糖粉、细合成树脂粉、萤石粉、麦芽粉、合成橡胶粉、淀粉、植物纤维等。
各种粉尘发生爆炸的最低质量浓度不同，如褐煤粉为6～8g/m3，木屑为12g/m3，铝粉为7g/m3，合成橡胶粉为8g/m3。粉尘爆炸所需的最低氧体积分数（%）各不相同，如褐煤粉为14%，焦炭粉为16%，木屑、合成树脂为5%，硫黄粉为10%。可燃粉尘爆炸极限见相关文献。