[科普中国]-爆炸性

爆炸性是粉末冶金生产中应用的材料在一些情况下能引起爆炸的性质。

爆炸形式在粉末冶金技术中由于材料爆炸性引起的爆炸主要有两种形式：

（1）金属粉末颗粒悬浮在空气中形成粉尘云。在加工处理金属粉末时，通常都会产生粉尘云。一旦粉尘云形成合适的混合浓度，并被来自金属粉末或外界火种的能量点燃时，则粉尘云就会发生爆炸。

（2）气体混合物引起的爆炸。一些气体与空气在很大的浓度范围内可以形成具有爆炸危险的混合物。1

爆炸条件通常，一大堆金属粉末受到局部加热时会溶化，或者，若有足够的空气时，会发生局部燃烧。但是，若金属粉末在有空气参与下活性极大的话，则可将燃烧速率充分加速，从而使金属颗粒悬浮在空气中，在燃烧表面前头形成粉尘云。由于外界的扰动或在合适的气氛条件下，结果粉尘云发生着火和爆炸。

金属或金属与其他材料的混合物都可能自己发生反应，或由外界火种（金属火花，局部的撞击能或火焰）引起着火。铝热剂类型的混合物，诸如铝加氧化铁，就是这种活性混合物的一个例子。组分间的反应可加速，并以极快的速度将易燃颗粒抛射到空气中。同时将未反应的混合物颗粒弥散在空气中，形成粉尘云，随之产生爆炸危险。

在加工和处理金属粉末时，通常都产生粉尘云，一旦粉尘云形成合适的混合物，并为来自金属粉末或外界火种的能量点燃时，则粉尘云即发生爆炸。可能发生连续爆炸，因为第一次爆炸期间会将该区域内聚集的粉尘抛射到空气中，一经点燃，就会引起二次爆炸或燃烧，它们会造成更大的灾难性破坏。下图汇总了粉尘爆炸和第二次爆炸或者着火所需的条件：

在任何粉尘爆炸中，压力都显著增高，且爆炸时可持续较长时间（在限定的空间中压力可高达1380kPa，并可持续若干毫秒）。虽然，爆炸压力值（即使是在限定的空间中）并不特别高，但对建筑物结构材料的影响都可能是破坏性的，诸如使混凝土筒仓和颗粒物料提升机断裂和破坏。同样，金属粉尘云爆炸的潜在危险也是很大的。2

影响爆炸性因素化学和物理因素（1）化学因素

金属粉末或金属粉末混合物表面的化学成分和大的表面面积都可能引起对自燃的敏感性，或构成由外界火种扩展的危险。

特种化学处理或形成保护性氧化物膜都可改变金属粉末的爆炸性。例如，无保护性的润滑剂涂层的很细的片状粉末对着火特别敏感。因为来源于粉末加工或燃烧反应的，并截留在金属粉末中的活性气体，由于粉末的自身发热和细粉的散热性能很差，可能达到很高的温度，这些易燃气体可能着火，从而点燃粉尘云。

某些金属粉末在水分存在的情况下可产生极大的活性，钾、铷和铯一旦与水（作用同氧化剂一样）接触时，就迅猛地猝然燃烧。某些金属在有水分存在的情况下会产生易燃性气体或蒸气（例如氢气），若有粉尘云存在时，就有爆炸的危险。像镁、铝和锌之类的金属粉末皆与水反应，并可能自行发热到足以引起局部燃烧。此外，一些金属粉末，如铝，可能与卤代烃或其它化学物质由于发生无氧的氧化/还原反应而产生剧烈反应。

（2）物理因素

许多物理性能，诸如粒度和表面积，都决定粉尘云是否会引燃，或一旦引燃是否蔓延。粒度减小时，金属粉尘云变得较易引燃，同时反应速率较快。通常，当粒度减小到149μm（100目）以下时，金属粉末混合物中较易引燃，爆炸时压力升高的速率较快。倘若金属粉末混合物中的较易爆炸组分是粒度较小者，那么，较大和较重的颗粒可能由形成的粉尘云中沉落下来，而留下的粉尘云，其爆炸性远比原来的粉末混合物大得多。

颗粒形状也可能影响。例如，片状铝粉和镁粉的表面积对体积之比，比其它颗粒形状者大，因此就比其它形状的雾化铝粉和镁粉容易燃烧得多。再者，片状铝粉或镁粉较易破碎成较细的颗粒，从而产生较强烈的二次效应。较脆的金属颗粒（粉末）多半会形成粉尘云的较细颗粒和发生二次效应。

粉尘云中颗粒的浓度是爆炸的主要决定因素。发生的爆炸要扩展，粉尘颗粒和空气必须形成比较均匀的混合物，同时粉末颗粒必须悬浮于粉尘云（缓慢降落）中，静电力也影响颗粒滞留于均匀悬浮体中的能力。依据材料的特性，在粉尘云上升时产生的静电力可能阻碍或有助于粉尘在空气中的弥散。颗粒表面的成分决定颗粒在表面是聚集静电荷。2

气氛条件因素粉尘上升所处的气氛大大影响粉尘的爆炸特性，氧含量可决定金属是否着火和爆炸或燃烧是否扩展；某些金属只需要很少的氧即可燃烧，而另外一些金属则只有含氧量高时才会燃烧。

在粉尘云中发生燃烧的一些金属粉末（如锂、镁和铪）是与气体（如二氧化碳），而不是与空气相反应，易燃性气体和蒸气的存在，通常由于可显著减低爆炸限，而强烈影响燃烧和爆炸的参数。2

预防措施设备产生的危险有，在供暖、排气和空调设备附近粉尘的聚集，在这些地方易产生高温。产生粉尘云的设备过于靠近生产过程的其它设备，从而有利于爆炸扩展。粉尘收集系统中（特别是管道系统）粉尘浓度易达到危险的程度。这些危险可用将设备进行密封以防止泄漏和按装备用的粉尘收集器来排除，设备的清理和保养计划应足以防止粉层聚集。

虽然，采用这些防护措施后，就不会发生更多的危险，但是，一定要设计粉尘收集系统，以安全地处理特殊金属粉末。例如，在铝的生产中，不得使水汽和水积存在收集的铝粉尘中，否则在集尘室中可能发生自燃。另外，不得用压缩空气喷嘴清除聚集的粉尘，因为这只会产生更多的粉尘云，因此，只能用防爆空气流通系统来进行清理作业。2

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学