鋅粉的爆炸危險(xiǎn)性

金屬粉塵爆炸是粉塵爆炸事故主要類型之一，事故影響范圍及程度難以預(yù)測和控制，粒徑是影響金屬粉塵爆炸的重要因素，微米級金屬粉塵的著火敏感性和爆炸強(qiáng)度隨粉塵粒徑減小而增強(qiáng)，爆炸發(fā)生的可能性和嚴(yán)重程度增加。此外，鋁、鎂鋁合金粉塵的爆炸特性已得到廣泛研究，而鋅粉爆炸相關(guān)研究較少。

日本福島湯本工廠2021年5月發(fā)生的鋅粉爆炸事故導(dǎo)致４人受傷，說明鋅粉被廣泛利用于工業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)存在爆炸危險(xiǎn)性。

鑒于此，以粒徑為１μｍ鋅粉作為研究對象開展爆炸危險(xiǎn)性研究，對鋅粉行業(yè)安全生產(chǎn)過程中微米級粉塵爆炸防治具有現(xiàn)實(shí)意義。

粒徑為１μm的鋅粉（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9％），Ｘ射線衍射（ＸＲＤ）圖如圖１所示。

鋅粉粉末主要成分為鋅，少量的氧化鋅是在空氣中氧化形成的氧化膜。

20L爆炸試驗(yàn)裝置如圖２所示

在溫度為22~25℃，相對濕度為50％～60％的環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)。使用總能量為10焦耳的化學(xué)點(diǎn)火具點(diǎn)火。以爆炸壓力（即爆炸過程中達(dá)到相對于點(diǎn)火時(shí)刻容器內(nèi)壓力的最大超壓）大于等于0.05Mpa為判斷爆炸成功的依據(jù)。

試驗(yàn)所得鋅粉爆炸壓力隨時(shí)間變化曲線如圖３所示（點(diǎn)火延遲時(shí)間為180ms、粉塵質(zhì)量濃度為5000g／m3）。

鋅粉及其爆炸產(chǎn)物形貌圖４為鋅粉及其爆炸產(chǎn)物SEM圖像，對比發(fā)現(xiàn)：鋅粉顆粒呈表面光滑的球狀，粒徑較大的顆粒表面易吸附小粒徑顆粒，爆炸產(chǎn)物粒徑遠(yuǎn)小于鋅粉顆粒，呈團(tuán)聚狀；

圖５所示為鋅粉爆炸壓力、上升速率及達(dá)二者所需時(shí)間隨點(diǎn)火延遲時(shí)間的變化曲線。由圖可知，鋅粉爆炸壓力和爆炸壓力上升速率受點(diǎn)火延遲時(shí)間影響呈先上升后下降的變化趨勢，爆炸壓力時(shí)間和到達(dá)爆炸壓力上升速率時(shí)間隨點(diǎn)火延遲時(shí)間增加呈先減少后增加趨勢。

不同質(zhì)量濃度條件下粒徑為1μm鋅粉爆炸壓力、 爆炸壓力上升速率和爆炸指數(shù)如表2所示。

由表可知，1μm鋅粉未發(fā)生爆炸的最大質(zhì)量濃度是1500g／m3。

表３所示為粉塵爆炸危險(xiǎn)性分級表，粉塵爆炸危險(xiǎn)等級隨最大爆炸指數(shù)增大而升高，表明爆炸猛烈程度高， 爆炸危險(xiǎn)性強(qiáng)。由表３可知，微米級鋅粉最大爆炸指數(shù)在 0~20 ＭＰa* m／s范圍內(nèi)，爆炸危險(xiǎn)性等級屬于 St1，爆炸危險(xiǎn)性較弱。

１）鋅粉爆炸過程發(fā)生氣相燃燒反應(yīng)，顆粒直徑越小，越易快速釋放鋅蒸氣，發(fā)生爆炸的可能性和強(qiáng)度越高。

２）粒徑為１μｍ 鋅粉的最佳點(diǎn)火延遲時(shí)間為180ms。在此條件下， 測得爆炸下限為1500~2000g／m3， 質(zhì)量濃度為5000g／m3 時(shí)達(dá)到最大爆炸壓力、 最大爆炸壓力上升速率以及最大爆炸指數(shù)， 分別為0.481Mpa、 46.67Mpa／s、 12.67Mpa·m／s。 由此判斷微米級鋅粉爆炸危險(xiǎn)性等級屬于St1， 爆炸危險(xiǎn)性較弱。

球形鋅銅合金粉末是一種具有良好生物相容性的可降解金屬材料，銅離子所具有的強(qiáng)烈和廣譜殺菌能力，相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，銅元素的加入，可以使植入物導(dǎo)致的感染發(fā)生率會大幅度降低。并且在材料性能方面起到了細(xì)化晶粒的作用，合金的綜合力學(xué)性能得到了提高（屈服強(qiáng)度，硬度，延伸率等）。與純鋅相比，鋅銅合金的耐腐蝕性能得到了提高。

【微米級鋅粉的爆炸危險(xiǎn)性】

1008-5548（2023）05－0033－07