[科普中國(guó)]-爆炸性

爆炸性是粉末冶金生產(chǎn)中應(yīng)用的材料在一些情況下能引起爆炸的性質(zhì)。

爆炸形式在粉末冶金技術(shù)中由于材料爆炸性引起的爆炸主要有兩種形式：

（1）金屬粉末顆粒懸浮在空氣中形成粉塵云。在加工處理金屬粉末時(shí)，通常都會(huì)產(chǎn)生粉塵云。一旦粉塵云形成合適的混合濃度，并被來(lái)自金屬粉末或外界火種的能量點(diǎn)燃時(shí)，則粉塵云就會(huì)發(fā)生爆炸。

（2）氣體混合物引起的爆炸。一些氣體與空氣在很大的濃度范圍內(nèi)可以形成具有爆炸危險(xiǎn)的混合物。1

爆炸條件通常，一大堆金屬粉末受到局部加熱時(shí)會(huì)溶化，或者，若有足夠的空氣時(shí)，會(huì)發(fā)生局部燃燒。但是，若金屬粉末在有空氣參與下活性極大的話，則可將燃燒速率充分加速，從而使金屬顆粒懸浮在空氣中，在燃燒表面前頭形成粉塵云。由于外界的擾動(dòng)或在合適的氣氛條件下，結(jié)果粉塵云發(fā)生著火和爆炸。

金屬或金屬與其他材料的混合物都可能自己發(fā)生反應(yīng)，或由外界火種（金屬火花，局部的撞擊能或火焰）引起著火。鋁熱劑類型的混合物，諸如鋁加氧化鐵，就是這種活性混合物的一個(gè)例子。組分間的反應(yīng)可加速，并以極快的速度將易燃顆粒拋射到空氣中。同時(shí)將未反應(yīng)的混合物顆粒彌散在空氣中，形成粉塵云，隨之產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)。

在加工和處理金屬粉末時(shí)，通常都產(chǎn)生粉塵云，一旦粉塵云形成合適的混合物，并為來(lái)自金屬粉末或外界火種的能量點(diǎn)燃時(shí)，則粉塵云即發(fā)生爆炸?？赡馨l(fā)生連續(xù)爆炸，因?yàn)榈谝淮伪ㄆ陂g會(huì)將該區(qū)域內(nèi)聚集的粉塵拋射到空氣中，一經(jīng)點(diǎn)燃，就會(huì)引起二次爆炸或燃燒，它們會(huì)造成更大的災(zāi)難性破壞。下圖匯總了粉塵爆炸和第二次爆炸或者著火所需的條件：

在任何粉塵爆炸中，壓力都顯著增高，且爆炸時(shí)可持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間（在限定的空間中壓力可高達(dá)1380kPa，并可持續(xù)若干毫秒）。雖然，爆炸壓力值（即使是在限定的空間中）并不特別高，但對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)材料的影響都可能是破壞性的，諸如使混凝土筒倉(cāng)和顆粒物料提升機(jī)斷裂和破壞。同樣，金屬粉塵云爆炸的潛在危險(xiǎn)也是很大的。2

影響爆炸性因素化學(xué)和物理因素（1）化學(xué)因素

金屬粉末或金屬粉末混合物表面的化學(xué)成分和大的表面面積都可能引起對(duì)自燃的敏感性，或構(gòu)成由外界火種擴(kuò)展的危險(xiǎn)。

特種化學(xué)處理或形成保護(hù)性氧化物膜都可改變金屬粉末的爆炸性。例如，無(wú)保護(hù)性的潤(rùn)滑劑涂層的很細(xì)的片狀粉末對(duì)著火特別敏感。因?yàn)閬?lái)源于粉末加工或燃燒反應(yīng)的，并截留在金屬粉末中的活性氣體，由于粉末的自身發(fā)熱和細(xì)粉的散熱性能很差，可能達(dá)到很高的溫度，這些易燃?xì)怏w可能著火，從而點(diǎn)燃粉塵云。

某些金屬粉末在水分存在的情況下可產(chǎn)生極大的活性，鉀、銣和銫一旦與水（作用同氧化劑一樣）接觸時(shí)，就迅猛地猝然燃燒。某些金屬在有水分存在的情況下會(huì)產(chǎn)生易燃性氣體或蒸氣（例如氫氣），若有粉塵云存在時(shí)，就有爆炸的危險(xiǎn)。像鎂、鋁和鋅之類的金屬粉末皆與水反應(yīng)，并可能自行發(fā)熱到足以引起局部燃燒。此外，一些金屬粉末，如鋁，可能與鹵代烴或其它化學(xué)物質(zhì)由于發(fā)生無(wú)氧的氧化/還原反應(yīng)而產(chǎn)生劇烈反應(yīng)。

（2）物理因素

許多物理性能，諸如粒度和表面積，都決定粉塵云是否會(huì)引燃，或一旦引燃是否蔓延。粒度減小時(shí)，金屬粉塵云變得較易引燃，同時(shí)反應(yīng)速率較快。通常，當(dāng)粒度減小到149μm（100目）以下時(shí)，金屬粉末混合物中較易引燃，爆炸時(shí)壓力升高的速率較快。倘若金屬粉末混合物中的較易爆炸組分是粒度較小者，那么，較大和較重的顆粒可能由形成的粉塵云中沉落下來(lái)，而留下的粉塵云，其爆炸性遠(yuǎn)比原來(lái)的粉末混合物大得多。

顆粒形狀也可能影響。例如，片狀鋁粉和鎂粉的表面積對(duì)體積之比，比其它顆粒形狀者大，因此就比其它形狀的霧化鋁粉和鎂粉容易燃燒得多。再者，片狀鋁粉或鎂粉較易破碎成較細(xì)的顆粒，從而產(chǎn)生較強(qiáng)烈的二次效應(yīng)。較脆的金屬顆粒（粉末）多半會(huì)形成粉塵云的較細(xì)顆粒和發(fā)生二次效應(yīng)。

粉塵云中顆粒的濃度是爆炸的主要決定因素。發(fā)生的爆炸要擴(kuò)展，粉塵顆粒和空氣必須形成比較均勻的混合物，同時(shí)粉末顆粒必須懸浮于粉塵云（緩慢降落）中，靜電力也影響顆粒滯留于均勻懸浮體中的能力。依據(jù)材料的特性，在粉塵云上升時(shí)產(chǎn)生的靜電力可能阻礙或有助于粉塵在空氣中的彌散。顆粒表面的成分決定顆粒在表面是聚集靜電荷。2

氣氛條件因素粉塵上升所處的氣氛大大影響粉塵的爆炸特性，氧含量可決定金屬是否著火和爆炸或燃燒是否擴(kuò)展；某些金屬只需要很少的氧即可燃燒，而另外一些金屬則只有含氧量高時(shí)才會(huì)燃燒。

在粉塵云中發(fā)生燃燒的一些金屬粉末（如鋰、鎂和鉿）是與氣體（如二氧化碳），而不是與空氣相反應(yīng)，易燃性氣體和蒸氣的存在，通常由于可顯著減低爆炸限，而強(qiáng)烈影響燃燒和爆炸的參數(shù)。2

預(yù)防措施設(shè)備產(chǎn)生的危險(xiǎn)有，在供暖、排氣和空調(diào)設(shè)備附近粉塵的聚集，在這些地方易產(chǎn)生高溫。產(chǎn)生粉塵云的設(shè)備過(guò)于靠近生產(chǎn)過(guò)程的其它設(shè)備，從而有利于爆炸擴(kuò)展。粉塵收集系統(tǒng)中（特別是管道系統(tǒng)）粉塵濃度易達(dá)到危險(xiǎn)的程度。這些危險(xiǎn)可用將設(shè)備進(jìn)行密封以防止泄漏和按裝備用的粉塵收集器來(lái)排除，設(shè)備的清理和保養(yǎng)計(jì)劃應(yīng)足以防止粉層聚集。

雖然，采用這些防護(hù)措施后，就不會(huì)發(fā)生更多的危險(xiǎn)，但是，一定要設(shè)計(jì)粉塵收集系統(tǒng)，以安全地處理特殊金屬粉末。例如，在鋁的生產(chǎn)中，不得使水汽和水積存在收集的鋁粉塵中，否則在集塵室中可能發(fā)生自燃。另外，不得用壓縮空氣噴嘴清除聚集的粉塵，因?yàn)檫@只會(huì)產(chǎn)生更多的粉塵云，因此，只能用防爆空氣流通系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行清理作業(yè)。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)