铝粉生产过程中的火灾危害及防范

1 引言

铝粉，亦称银粉，是一种重要的工业原料和产品，广泛应用于颜料、油漆、烟花、冶金和飞机、船舶制造业。铝粉制备生产属于高危冶炼行业，其生产过程中会产生大量的粉尘，由于铝粉特有的遇湿易燃特性、点火能量低、爆炸下限范围小，决定了铝粉生产过程中存在着极大的火灾爆炸危险性。因此，充分了解粉尘爆炸对铝粉生产过程的危害性并采取一定的防范措施，对铝粉安全生产是十分必要的。

2 铝粉的危险特性

铝粉生产过程中的易燃、易爆介质是铝粉，铝粉的危害主要体现于其本身属于乙类可燃性粉末，易吸潮；其在空气中的爆炸下限37～50mg/m3，最低点火温度645℃，最小点火能量15mJ，最大爆炸压力0.415MPa，氮气中爆炸最低氧含量9%。

铝粉粉末在空气中与空气混合能形成爆炸性混合物，当达到一定浓度时，遇火星或一定的静电能量就会发生爆炸。与酸类（如盐酸、硫酸等）或与强碱接触能产生可燃性危险气体（氢气），易引起燃烧爆炸；与氧化剂混合能形成爆炸性混合物；与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。因此铝粉应严禁与酸、碱、氧化剂等物品混合存放。

3 铝粉火灾的特点

铝粉火灾的危险性表现在：在空气中遇到较小的着火源即能起火燃烧；在空气中沾有油脂的铝粉，如长期堆集存放，集热不散，也易引起自燃或爆炸，而且铝粉的颗粒度越小爆炸危险性越大，当其在空气中浓度达到37-50mg／m3时，遇明火即能爆炸。因此，在化学危险物品管理中，铝粉被列为二级易燃物品。

铝粉火灾的特点是火焰温度高、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6.3公斤／厘米2。对周围建筑物及人身安全均具有较大的破坏力和危害性。由此可见，扑救铝粉火灾的难度较大。

4 铝粉火灾的成因及危害

4.1 粉尘爆炸是导致铝粉火灾的主要原因

4.1.1 粉尘爆炸的条件

铝粉粉尘极易引起火灾爆炸事故。铝粉粉尘在与足够的空气混合后，并在一定的火源作用下，任何超细固体燃料粉尘都会发生爆炸。而且，空气中悬浮的铝粉粉状可燃物完全可能发生扩散型二次爆炸。一般粉尘颗粒越小，越易发生燃烧。

国内外的研究成果表明，粉尘发生爆炸燃烧事故的条件一般有三种：①可燃性粉尘以适当的浓度在空气中悬浮，其表面分子与空气充分接触，产生热分解或干馏作用，而成为气体排放在粒子周围，形成爆炸性混合物，即人们常说的粉尘云；②有充足的空气和氧化剂；③要有足够的引起粉尘爆炸的起始能量，如有火源或者强烈振动与磨擦，具备电晕和火花放电

的条件，产生电晕和火花放电的能量必须等于或大于可燃物的最小点火能量。一般，堆积的粉尘不会发生爆炸，但当发生悬浮粉尘爆炸时，初始爆炸的冲击波会使这些堆积的粉尘扬起形成粉尘云，并被其后的火焰引燃，而发生第二次爆炸，产生更大的爆炸能量，加重火灾事故的危害程度。

4.1.2 粉尘爆炸的机理

铝粉具有粉尘爆炸危险性的物质之一，其独特的遇湿易燃特性，以及爆炸极限范围小，爆炸压力危害大，是导致铝粉制备行业潜在危害的重要因素，因此，了解铝粉的爆炸机理，对于防范铝粉粉尘爆炸具有深远的意义。

铝粉粉尘爆炸是一个瞬间的连锁反应，属于一个气固二相流反应，其爆炸过程比较复杂，它将受诸多因素的制约。铝粉粉尘爆炸的机理（如图所示）。

铝粉粉尘粒子表面通过热传导和热辐射，从火源获得能量，使表面温度急剧升高，达到粉尘粒子加速分解的温度和蒸发温度，形成粉尘蒸气或分解气体，这种气体与空气混合后就容易引起点火（气相点火）。另外，粉尘粒子本身相继发生熔融气化，迸发出微小火花，成为周围未燃烧粉尘的点火源，使之着火，从而扩大了爆炸范围，这一过程与气体爆炸相比就复杂的多。

4.1.3 铝粉粉尘爆炸的危害

从铝粉粉尘爆炸过程可以看出其爆炸有如下特点：

（1）粉尘爆炸速度或爆炸压力上升速度比爆炸气体小，但燃烧时间长，产生的能量大，破坏程度大。

（2）爆炸感应期较长，粉尘的爆炸过程比气体的爆炸过程复杂，要经过尘粒的表面分解或蒸发阶段及由表面向中心延烧的过程，所以感应期比气体长的多。

（3）有产生二次爆炸的可能性。因为粉尘初次爆炸产生的冲击波会将堆积的粉尘扬起，悬浮在空气中，在新的空间形成达到爆炸极限浓度范围内的混合物，而飞散的火花和辐射热成为点火源，引起第二次爆炸，这种连续爆炸会造成严重的破坏。

铝粉粉尘爆炸属于爆炸式燃烧，其危害性巨大，当空气中粉尘与适量的空气预混，达到一定浓度范围，点燃后爆炸就会发生。从机理上粉尘爆炸被认为是一种瞬间的过程，爆炸的结果可能威力极大，造成巨大的破坏，如将整栋建筑物摧毁；因为爆炸时产生的空气温度高达2000～3000℃，甚至更高，通常爆炸气体产生的热量瞬间内扩散，会引起附近的可燃物质产生高温后燃烧，既而引发铝粉火灾，加重爆炸的破坏程度。

如：1963年6月16日，某铝制品厂磨光车间突然发生猛烈爆炸，整个车间及相邻的部分包装车间共678m2厂房顿时被炸塌，造成了19人死亡，24人受伤的惨重事故。导致事故发生的直接原因是由于通风除尘系统设计不当，除尘管道曲率半径明显偏小，气流不畅通，积聚了大量的粉尘，在除尘过程中，受到风力的作用，铝粉粉尘被扰动，遇到静电火花引发

一次爆炸事故；另外，该厂磨光车间各处积存大量的铝粉尘，加之天气高温，气候干燥，车间各处积存的大量铝粉尘突然受震飞扬，形成空间粉尘云，从而酿成了二次爆炸。这起事故虽然发生在20多年前，但是一起相当典型的的铝粉尘爆炸事故。

进入八十年代，我国铝粉冶炼技术不断发展，但人们对铝粉粉尘爆炸引发的火灾危害性仍认识不足，教训十分惨重。如1978年1月31日，济南向阳化工一厂铝粉车间在更换筛网试车时，因活络带上的铁螺钉与铁轮摩擦打出火花，引起地面铝粉燃烧，由于职工缺乏灭火常识，在扑救过程中人员迅速集中到狭窄的车间，致使铝粉飞扬，引起粉尘爆炸，造成死亡17人，重伤17人，轻伤33人的重大恶性事故。

以上事故案例充分验证了铝粉粉尘的危害性，它所导致的铝粉火灾其危害程度远大于可燃液体火灾。

4.2 静电火花易引发燃爆事故

4.2.1 静电火花的产生

在铝粉制备生产和输送过程中，由于铝粉气流在设备、管线中的流动，粉体间不断的接触、分离、相互摩擦造成的电荷分离，使粉体带上某种电荷，特别容易带电，由于物料与管道壁及设备之间产生的摩擦，产生很高的静电积累。

铝粉属于可燃性粉尘，在气力输送和收集过程中，因粉尘颗粒超细，点火能量极低（Emin=15mJ），摩擦起电容易，一旦粉尘达到一定浓度（爆炸下限为37-50mg/m3），最具有爆炸危险，其危害威力相当巨大。

另外，静电火花的产生不排除现场使用非防爆工机具，以及无静电导出设施，操作人员劳保着装放电所致。

4.2.2 静电的危害

静电在铝粉制备过程中造成的危害主要是由于它能在物体表面上聚集形成很高的静电位并容易发生静电放电火花。通常情况下，铝粉生产过程中，引起铝粉火灾爆炸的最关键因素是静电，静电电量虽然不大，但因其电压很高而容易发生放电，出现静电火花；国内外很多粉尘爆炸事故案例证明，固体粉尘达一定浓度即爆炸极限时，一旦遇静电放电火花即会成为点火源引发燃爆。静电火花能引发铝粉粉尘爆燃，直至导致火灾和恶性事故发生。如1967年4月24日10时40分，某冶炼厂铝粉车间，由于自制的滚筒筛机制造质量不合格，在筛铝粉的生产过程中发生爆炸，又引起铝尘管道爆炸。由于连续两次的铝粉爆炸，喷出巨大的火焰，形成炽热白球，瞬间温度高达数千度，使铝粉车间周围的树木全部烧毁。当即烧死筛粉操作工王某等3人，火焰从厂房内喷出15米，又伤及路过的某航空学院的汽车司机及装卸工等3人。发生该起事故的直接原因是滚筒筛内的铝粉遇到磨擦而产生的火花引起铝粉爆炸。同时铝粉管道和机电设备铝尘大量沉积，导致扬起的粉尘二次爆炸。

经过二十多年科学技术的发展，我国在易燃易爆粉尘研究领域有了较大的认识，也采取了一定的防范措施，但对静电的危害程度认识的仍然不足，没有从根本上杜绝静电危害的根