塑料电晕放电分选高压电极优化
在废弃塑料混合物的资源化回收领域，基于摩擦电或感应带电的电晕放电分选技术，因其高效、环保、可处理复杂混合物而受到广泛关注。该技术的原理是：不同种类的塑料（如PET、PVC、PE、PP等）通过摩擦或与旋转鼓电极接触感应，获得不同极性和强度的电荷。随后，这些带电塑料颗粒在高压静电场中，因受到不同的库仑力而产生不同的运动轨迹，从而实现分选。其中，产生高压静电场的高压电极系统——特别是电晕放电电极和静电极——是整个分选过程的心脏。其结构设计、电场分布、电压水平及稳定性，直接决定了塑料颗粒的带电效率、电场中的受力大小与方向，最终影响分选的纯度、回收率与处理能力。对这套高压电极系统进行优化，是提升电晕放电分选技术经济性与可靠性的核心工程问题。
一个典型的电晕放电分选装置主要包括：给料系统、带电系统（摩擦器或接触带电鼓）、高压电极系统（电晕电极和静电极）、物料输送系统（如振动筛或皮带）以及产品收集槽。高压电极系统的核心任务是创造一个强大、均匀且可控的静电场。它通常由两部分组成：电晕放电电极和静电极（或称偏转电极）。
电晕放电电极通常是一根或多根细金属丝或带有尖端的金属棒，连接负高压（通常为-20kV至-100kV）。当电压足够高时，电极尖端附近的电场强度极高，导致周围空气发生电离，产生大量的负离子和自由电子，形成可见的紫色电晕放电。这些负离子在电场作用下，向接地的静电极或设备外壳运动。当塑料颗粒通过这个充满负离子的区域时，会通过感应或碰撞捕获负电荷。电极的优化首要目标是提高电离效率，产生稳定、均匀、高浓度的离子云。电极的材料（通常为钨丝或不锈钢）、直径、张紧度、排列方式（单丝、多丝、锯齿状）都会影响电晕的起始电压、放电电流的稳定性以及离子云的分布。细丝有利于降低起晕电压，但机械强度差，易断；多丝阵列可以扩大电离区域，但需要确保各丝放电均匀。尖端电极放电更集中，但均匀性可能不如长丝。优化设计需要通过电场仿真和实验，在放电稳定性、离子产额和能耗之间取得平衡。
静电极通常是一个大的金属板或一系列平行板，处于零电位（接地）或施加一个相对较低的直流偏压（正或负）。它的主要作用是与电晕电极一起形成主偏转电场。带电后的塑料颗粒进入这个电场，受到库仑力F = qE的作用，其中q为颗粒所带电荷量，E为电场强度。不同塑料由于带电特性不同，其q值（包括大小和极性）不同，因此在同一电场E中，受力方向和大小不同，导致运动轨迹分离。静电极的优化核心在于电场E的分布控制。理想的电场应该是：在颗粒飞行路径的横向（分选方向）上，电场强度足够大且均匀，以确保足够的偏转力和分选分辨率；在纵向（颗粒运动方向）上，电场强度平缓变化，避免颗粒因受力突变而跳动或翻滚。平行板电极能产生相对均匀的电场，但其边缘效应会导致电场畸变。通过优化平板的形状（如添加边缘屏蔽环）、尺寸、间距以及相对于物料轨迹的倾角，可以改善电场均匀性。有时，为了增强对不同带电特性颗粒的分选效果，会采用多级静电极，分别施加不同的偏压，形成复杂的电场梯度，实现更精细的分离。
高压电源的性能是电极系统发挥作用的能量保障。为电晕电极供电的高压电源需要具备以下特性：1) 高电压输出能力，范围需覆盖不同塑料种类和湿度条件下所需的最佳起晕电压以上。2) 良好的电流输出能力，因为电晕放电本身是一个电流过程，电源需要能提供稳定的放电电流（通常在毫安级）。3) 高稳定性和低纹波，电压的波动会直接影响电晕放电的稳定性，导致离子产额波动，进而使颗粒带电量不稳定，降低分选一致性。4) 快速的短路保护能力，因为塑料颗粒或粉尘可能桥接电极，引起瞬间短路，电源必须能快速限流或关断，防止损坏。
为静电极（如果需要施加偏压）供电的电源，其电压等级通常较低（数千伏至一两万伏），但对电压的精度和稳定性要求同样很高，因为偏转电场强度的微小变化会直接影响颗粒的最终落点。
系统的集成优化至关重要。电晕电极与静电极的相对位置、距离、角度需要与物料的速度、带电路径协同设计。例如，电晕放电区需要足够长，以确保颗粒有充分时间带电；带电后的颗粒应立即进入偏转电场，以减少电荷衰减的影响。高压电极通常需要封闭在防护罩内，并可能辅以气流系统，以吹散可能影响放电的粉尘，并引导离子云。
此外，环境因素（温度、湿度）对电晕放电和塑料的带电特性有显著影响。优化系统可能需要集成环境监控和高压参数的自动补偿功能。例如，当湿度增高时，空气更易电离但同时电荷也更易泄漏，可能需要自动调高电晕电压以维持稳定的离子流。
最后，安全性设计不容忽视。高压电极系统工作在数十千伏下，必须设置可靠的接地、绝缘、联锁和警示装置。任何维护都需要严格的放电程序。
综上所述，塑料电晕放电分选高压电极优化，是一个涉及静电学、放电物理、空气动力学与机械设计的综合性课题。它通过精心设计电晕放电电极以最大化、稳定化电荷注入，并通过优化静电极结构以塑造精确可控的偏转力场，将不同塑料间微妙的带电差异，放大为清晰的空间运动轨迹分离。这套高压电极系统及其电源的性能，是电晕分选技术能够从实验室原理成功走向工业化大规模应用，并实现高纯度塑料回收的工程基石。每一次电极形状的改进或电源稳定性的提升，都直接转化为分选效率和经济效益的提高。
