爆炸性

爆炸性是粉末冶金生產中套用的材料在一些情況下能引起爆炸的性質。

基本介紹

• 中文名：爆炸性
• 外文名：explosibility
• 範疇：粉末冶金工業

爆炸形式

在粉末冶金技術中由於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雲。在加工處理金屬粉末時，通常都會產生粉塵雲。一旦粉塵雲形成合適的混合濃度，並被來自金屬粉末或外界火種的能量點燃時，則粉塵雲就會發生爆炸。

（2）氣體混合物引起的爆炸。一些氣體與空氣在很大的濃度範圍內可以形成具有爆炸危險的混合物。

爆炸條件

通常，一大堆金屬粉末受到局部加熱時會溶化，或者，若有足夠的空氣時，會發生局部燃燒。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雲。由於外界的擾動或在合適的氣氛條件下，結果粉塵雲發生著火和爆炸。

金屬或金屬與其他材料的混合物都可能自己發生反應，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例子。組分間的反應可加速，並以極快的速度將易燃顆粒拋射到空氣中。同時將未反應的混合物顆粒彌散在空氣中，形成粉塵雲，隨之產生爆炸危險。

在加工和處理金屬粉末時，通常都產生粉塵雲，一旦粉塵雲形成合適的混合物，並為來自金屬粉末或外界火種的能量點燃時，則粉塵雲即發生爆炸。可能發生連續爆炸，因為第一次爆炸期間會將該區域內聚集的粉塵拋射到空氣中，一經點燃，就會引起二次爆炸或燃燒，它們會造成更大的災難性破壞。下圖匯總了粉塵爆炸和第二次爆炸或者著火所需的條件：

爆炸條件

在任何粉塵爆炸中，壓力都顯著增高，且爆炸時可持續較長時間（在限定的空間中壓力可高達1380kPa，並可持續若干毫秒）。雖然，爆炸壓力值（即使是在限定的空間中）並不特別高，但對建築物結構材料的影響都可能是破壞性的，諸如使混凝土筒倉和顆粒物料提升機斷裂和破壞。同樣，金屬粉塵雲爆炸的潛在危險也是很大的。

影響爆炸性因素

化學和物理因素

（1）化學因素

金屬粉末或金屬粉末混合物表面的化學成分和大的表面面積都可能引起對自燃的敏感性，或構成由外界火種擴展的危險。

特種化學處理或形成保護性氧化物膜都可改變金屬粉末的爆炸性。例如，無保護性的潤滑劑塗層的很細的片狀粉末對著火特別敏感。因為來源於粉末加工或燃燒反應的，並截留在金屬粉末中的活性氣體，由於粉末的自身發熱和細粉的散熱性能很差，可能達到很高的溫度，這些易燃氣體可能著火，從而點燃粉塵雲。

某些金屬粉末在水分存在的情況下可產生極大的活性，鉀、銣和銫一旦與水（作用同氧化劑一樣）接觸時，就迅猛地猝然燃燒。某些金屬在有水分存在的情況下會產生易燃性氣體或蒸氣（例如氫氣），若有粉塵雲存在時，就有爆炸的危險。像鎂、鋁和鋅之類的金屬粉末皆與水反應，並可能自行發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物質由於發生無氧的氧化/還原反應而產生劇烈反應。

（2）物理因素

許多物理性能，諸如粒度和表面積，都決定粉塵雲是否會引燃，或一旦引燃是否蔓延。粒度減小時，金屬粉塵雲變得較易引燃，同時反應速率較快。通常，當粒度減小到149μm（100目）以下時，金屬粉末混合物中較易引燃，爆炸時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雲中沉落下來，而留下的粉塵雲，其爆炸性遠比原來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的顆粒，從而產生較強烈的二次效應。較脆的金屬顆粒（粉末）多半會形成粉塵雲的較細顆粒和發生二次效應。

粉塵雲中顆粒的濃度是爆炸的主要決定因素。發生的爆炸要擴展，粉塵顆粒和空氣必須形成比較均勻的混合物，同時粉末顆粒必須懸浮於粉塵雲（緩慢降落）中，靜電力也影響顆粒滯留於均勻懸浮體中的能力。依據材料的特性，在粉塵雲上升時產生的靜電力可能阻礙或有助於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。

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才會燃燒。

在粉塵雲中發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，易燃性氣體和蒸氣的存在，通常由於可顯著減低爆炸限，而強烈影響燃燒和爆炸的參數。

預防措施

設備產生的危險有，在供暖、排氣和空調設備附近粉塵的聚集，在這些地方易產生高溫。產生粉塵雲的設備過於靠近生產過程的其它設備，從而有利於爆炸擴展。粉塵收集系統中（特別是管道系統）粉塵濃度易達到危險的程度。這些危險可用將設備進行密封以防止泄漏和按裝備用的粉塵收集器來排除，設備的清理和保養計畫應足以防止粉層聚集。

雖然，採用這些防護措施後，就不會發生更多的危險，但是，一定要設計粉塵收集系統，以安全地處理特殊金屬粉末。例如，在鋁的生產中，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生自燃。另外，不得用壓縮空氣噴嘴清除聚集的粉塵，因為這只會產生更多的粉塵雲，因此，只能用防爆空氣流通系統來進行清理作業。