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]
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《爆炸条件》所示汇总了粉尘爆炸和第二次爆炸或者着火所需的条件:
爆炸条件
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]
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。