铝粉亦称银粉,是铝制品中的一类。铝粉是一种重要的工业原料和产品,广泛应用于颜料、涂料、烟花、冶金和飞机、船舶制造业。铝粉制备生产包括了球磨、干燥、筛粉等工序,生产过程中会产生大量粉尘,铝粉具有受潮或遇水自燃、点火能量低、爆炸下限范围小等特点,具有极大的火灾和爆炸危险性。
(一)铝粉的用途和生产工艺
铝粉具有金属色泽和屏蔽功能,是金属颜料的一大类。金属铝粉工业化生产很久以前就有,早期的生产方式是捣冲法,把铝碎屑放在捣冲机的凹槽内,捣杵在机械带动下连续冲打凹槽内的铝屑,具有延展性的铝在冲击下逐渐变成薄片并且破碎,在铝变得非常微薄细小后进行筛选,取出合乎要求的铝粉作为产品。捣冲法的生产效率很低,产品质量不易掌握,而且生产过程中粉尘很多,非常容易起火和爆炸。1894年,德国Hamtag用球磨机生产铝粉,在球磨机内放入钢球、铝屑和润滑剂,利用飞动的钢球击碎铝屑之后成为鳞片状铝粉,在球磨机内和管道里充满惰性气体,这种方法仍然沿用,被称之为“干法生产”。1910年,美国J.Hall发明了在球磨机内加入石油溶剂代替惰性气体,生产的铝粉与溶剂混成浆状,成为浆状铝粉颜料。这种方法设备简单,工艺安全,产品使用起来非常方便,很快为世界各国所采用。现代绝大多数铝粉颜料都采用这种方法,这种方法也称之为“湿法”。
(二)铝粉加工生产的火灾危险性
1.铝粉的理化性质
铝为银灰色的金属,相对密度为2.55。纯度99.5%的铝熔点为685℃,沸点为2065℃,熔化吸热为323kJ/g,铝有还原性,极易氧化,在氧化过程中放热。急剧氧化时放热为15.5kJ/g。
2.铝粉的火灾危险性
(1)遇湿自燃大量铝粉遇潮湿、蒸汽时,由于铝粒的表面积增大,有的表面还没有形成氧化膜,就会发生放热反应并产生自燃现象。
(2)遇明火燃烧铝粉在氧气存在的情况下,遇到明火发生的反应极为迅速,在几微秒内完成,产生的热能使周围的空气温度与压力急剧上升,发生爆炸,形成冲击波,可直接造成厂房、设备破坏与人员伤亡。
(3)铝粉与氧化剂等混合能形成爆炸性混合物铝粉与空气可形成爆炸性混合物,当达到一定浓度时,爆炸下限为37~50mg/m3,最小点火能量为15mJ,燃烧热为822.9kJ,熔点为660℃。遇火星会发生爆炸。与氟、氯等接触会发生剧烈化学反应,与酸类或与强碱接触能产生氢气,引起燃烧爆炸。
(4)铝粉与油脂混合易发生自燃铝粉粘上油脂如长期堆集存放,集热不散,也易引起自燃或爆炸。
铝粉燃烧时火焰温度高、燃烧速度快、爆炸威力大、辐射热强。燃烧时,一般呈绿蓝色火焰,放出银白色耀眼的强光,爆炸压力可达0.63MPa,对周围建筑物及人身安全均具有较大的破坏力和危害性。
3.生产过程中的火灾危险性
根据铝粉的活泼性和燃烧、爆炸特点,其火灾和爆炸危险性主要包括:
(1)因铝粉生产的设备密封不严,使铝粉泄漏悬浮在空气中,达到爆炸极限,遇明火或火花而引起爆炸。
(2)在铝粉加工过程中,粉尘收集系统潮湿或积水,积聚在收集器中的粉尘可产生自燃。
(3)检修设备前如果没有清理沉积在设备上的粉尘和排除浮在空气中的粉末,就进行动火作业(如焊接),可造成粉尘火灾或爆炸。
(4)铝粉生产设备没有做接地处理,生产人员身体带静电可引起粉尘爆炸。
(5)机械设备的旋转部件若过热或操作中机械设备撞击产生火花,则会使粉尘燃烧或爆炸。
(6)铝粉在球磨过程中会产生许多粉尘,同时因铝粉遇水能使水分解而放出氢,需要用溶剂湿润,但由于添加溶剂后,特别是添加炸类的溶剂后,易产生静电。
(7)球磨好的铝粉在滤去溶剂后,需进行干燥。由于铝粉极易燃烧,且含有一定的溶剂,危险性极大。
(8)经干燥后的铝粉需要过筛,以达到规定的细度。这是铝粉加工中最危险的一道工序,因为过筛时再不能添加溶剂润湿,又最容易产生飞扬的粉尘。(www.xing528.com)
(9)铝粉长期储存过程,因氧化发热可产生自燃。堆积的铝粉起火后如果扑救不当,使铝粉飞扬,可能造成铝粉的二次爆炸。
(三)铝粉加工生产的安全防火措施
铝粉加工属于乙类生产,为预防铝粉火灾和爆炸,在铝粉生产加工过程中应严格遵守国家标准《铝镁粉加工粉尘防爆安全规程》GB l7269。粉尘爆炸和静电火花是引发铝粉火灾的最主要因素,控制铝粉火灾的发生必须从生产工艺技术、操作空间环境和安全管理入手,严格控制作业现场粉尘的质量分数,防止粉尘云的产生,排除火源,杜绝一切可能产生静电和明火的作业,预防因一次灾害引发破坏力更大的二次爆炸。主要的安全防火措施包括:
(1)采取措施加强设备管道的密封程度,避免铝粉泄漏,防止粉尘在空气中达到爆炸极限。
(2)生产线应采用干燥的惰性气体保护。
(3)严格控制铝粉在加热、排风和空调等设备处积聚。
(4)粉尘收集系统应保持绝对干燥,严禁靠近火源和高温设备。
(5)严禁各种火源、发火材料和设备进入铝粉生产环境中。如检修动火,必须先将铝粉彻底清除。
(6)在生产及检修过程中,严禁用非防爆工具震打设备、管线。
(7)对生产中旋转设备要经常检查,加强润滑,消除过热现象。操作中严防机械撞击打出火花,导致粉尘燃烧、爆炸事故。
(8)在铝粉生产过程中,生产设备应做接地处理,操作人员应穿着防静电服装和鞋子。
(9)定期对作业场所的落地粉尘进行清理,避免沉积;清理地面、设备、管线积粉时,要避免铝粉粉尘飞扬,严禁使用压缩空气喷嘴,只能使用防爆电器设备清除;清扫出来的铝粉要统一包装封好,避免吸潮或氧化。
(10)铝粉如长期储存,应尽量储存颗粒状的粉末,或用碳氢化合物(烃类)和酒精覆盖,使其免与潮湿空气接触。
(四)铝粉火灾的扑救对策
(1)铝粉发生火灾不能用水和泡沫进行扑救。铝粉加工储运作业场所不得设置室内消火栓。
(2)铝粉火灾不能用卤素灭火剂进行扑救。铝粉在常温下能与氯和溴进行燃烧反应,还可与卤代烷发生反应生成少量氯化铝起催化作用,往往导致爆炸燃烧。
(3)铝粉火灾也不能用二氧化碳等气体灭火器进行扑救。铝粉密度和细度小,一旦遇到风吹或气喷极易飞扬在空中形成爆炸性混合物。
(4)扑救铝粉火灾应当选用化学干粉(如氧化铝等)、干沙以及滑石粉进行扑救。此类物质可以覆在燃烧铝粉的表面,使其与空气隔绝,并能有效地防止铝粉飞扬与空气混合,从而达到窒息灭火的目的。操作时必须特别注意避免气流扰动引起的铝粉飞扬,以免发生二次爆炸事故。铝粉火焰被覆盖后,铝粉表面会产生一层坚硬的氧化物硬皮,它将最终隔绝氧而使火自行熄灭。灭火人员在完成覆盖后应撤离起火区域,直到燃烧停止和起火区域温度冷却下来,之前不要进入此区域。
【思考与练习题】
1.收集一起铝粉火灾案例。
2.例举扑救桶装铝粉火灾的几种方法。
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