氧烛制备过程的安全技术措施

氧烛制备过程的安全技术措施

李中 王静 朱耿溪 李宁 孔庆平 韩卫敏

兵器工业卫生研究所 陕西西安 710065

摘要：氧烛物料中的氯酸盐、镁粉、铝粉等具有危险特性，其制备过程具有燃烧爆炸的安全风险。本文依据氧烛物料的危险特性、工艺特点和粉尘燃爆条件，提出了控制燃烧爆炸的安全技术措施，为氧烛的安全生产提供安全保障。

关键词：氧烛、氯酸盐、金属粉尘、安全技术

一、引言

氧烛是利用氯酸盐热分解反应放出氧气的原理研制出的紧急供氧装置，因其药柱形和燃烧过程似蜡烛，称为“氧烛”^[1]。氧烛作为一种固态氧源，具有单位体积储氧量大、使用过程中无需外加动力等特点^[2],已作为应急氧源在潜艇^[3]、太空空间站^[4]、野战急救^[5]和高原缺氧^[6,7]等领域得到研究应用。氧烛主要由氯酸盐、金属粉末燃料、催化剂、抑氯剂等原料组成，制备过程主要包括粉碎、筛分、球磨、压制、烘干等工序^[1,8,9]。氧烛的制备原料涉及危险化学品如氯酸盐、金属粉末，存在燃烧爆炸的安全风险^[10,11]。本文依据氧烛的工作原理、原料的危险特性、工艺特点和安全技术要求，提出氧烛制备过程的安全技术措施，为氧烛制备提供安全保障。

二、氧烛的工作原理

氧烛工作原理是氯酸盐在催化剂存在的条件下热分解放出氧气。

为维持氧烛燃烧，常用金属、非金属单质粉末如铁粉、镁粉、铝粉、钴粉、钛粉、硼粉等粉末燃烧提供热分解反应需要的热量^[12]

在氯酸盐分解反应中若有水存在，会产生氯气、氯化氢、氯氧化物及次氯酸等，Li₂O₂、Li₂O、LiOH、CaO、CaO₂等作为抑氯剂^[12,13]。在氧烛药块中，常用BaO₂抑制Cl₂产生。

在氯酸盐的热分解反应中加入一定量的催化剂不仅提高了其反应速率，而且能显著降低氯酸盐的分解温度。常用的催化剂有Co、Fe、Ni、Mn的氧化物或相应的盐类^[12]。

为提高氧烛强度，防止燃烧物熔融流淌，常用的粘结剂有玻璃纤维、石棉纤维、硅藻土、高岭石、二氧化硅、三氧化二铝等^[8,11]。

三、氧烛物料的危险特性

物料的危险特性是工艺设计和制定安全技术措施的重要信息。

氯酸钠为强氧化剂，常温下稳定。助燃。在400℃以上则分解并放出氧气。受强热或与强酸接触时即发生爆炸。与还原剂、有机物如硫、磷或金属粉末等混合可形成爆炸性混合物。

过氧化钡为强氧化剂，助燃，高毒，具强刺激性。特别是在少量水的润湿下，与可燃物的混合物在轻微的碰撞或摩擦下会燃烧。遇低级醇和水起化学反应而分解。

镁粉易燃。遇水或潮气猛烈反应放出氢气，大量放热，引起燃烧或爆炸，和氧化剂剧烈反应，有燃烧、爆炸危险。

大量铝粉尘遇潮湿、水蒸气能自燃，与氧化剂混合能形成爆炸性混合物，与酸类或强碱接触也能产生氢气，引起燃烧爆炸

氧烛中物料组分具有化学特性的不相容性，粉体相互混合形成爆炸性混合物，在遇火或受热条件下有可发生燃烧爆炸。

四、氧烛的工艺流程

氧烛的工艺流程为：原料烘干→粉碎→筛分→配比→混料→成型→烘干→真空贮存。

氯酸钠经120℃下烘干2h～4h，在万能粉碎机进行粉碎，然后筛分机中过100目～120目筛网。作为燃料的Mg粉和催化剂，同样以120℃干燥4h后粉碎过120目筛网，烘干至恒重以备用。按配方重量配比称料，将物料放入球磨机内混料30min～60min，倒出物料，称量粉体混合物，并倒入模具，用油压机压制成药柱。药柱经烘箱115℃±3℃烘干20h～24h，放入真空箱中防潮备用^[7,8]。

氧烛的工艺过程存在粉体产生、受热干燥、受压成型、撞击摩擦等危险因素，这些因素一旦失去控制，就会发生粉尘燃烧爆炸。

五、粉尘爆炸发生的条件

已明确的粉尘爆炸发生的五个必要条件：

（1）存在可燃性粉尘，且粉尘浓度处于爆炸极限内。

（2）存在足量的氧化剂。

（3）存在点火源，其点火能量要达到粉尘的最小点火能。

（4）可燃粉尘与氧化剂以一定比例混合，粉尘呈云状，这样可以增大气固接触面积，加快反应速度。

（5）粉尘云在相对密闭空间内，压力和温度才能急剧升高，反应速度加快；在某种工况下粉尘在未完全封闭的空间内发生燃烧反应，若热量无法及时释放，也会发生粉尘爆炸。

以上五个条件是粉尘爆炸的充分条件，缺少上面的任一条件爆炸就不会发生，所以也是预防和控制粉尘爆炸发生重要依据。

六、安全技术措施

1、 控制可燃性粉尘和助燃剂的浓度及混触条件

（1）把可燃性粉体放在密闭设备或容器中储存或操作，避免与外界空气接触而形成燃爆体系。

（2）油浴烘箱、粉碎机、球磨机的密封垫应完好。上紧球磨机、粉碎机的锁扣，防止粉尘外泄。

（3）接触粉状氧化剂的生产传动装置，要严加密封，定期更换润滑油，以防止粉尘漏进变速箱中与润滑油混合接触而引起火灾。

（4）在有危险粉尘的工房内安装防爆型通风设备，保持空气流畅，以降低粉尘浓度，使之在爆炸范围以下。

（5）粉碎氧化剂、还原剂应在分别在单独专用工房进行。

2、控制点火源

点火源包括：明火源、电气火花、摩擦撞击、高温、光线照射等，需要严格控制。

（1） 控制明火源

1）在有火灾爆炸危险的场所严禁使用明火、吸烟、普通照明，禁止携带火种。应设置醒目的“严禁烟火”的标志。

2）明火作业开始前，应清除明火作业场所的可燃性粉尘，消除物体和环境的危险状态并配备充足的灭火器材。进行明火作业的区段应与其它区段分开或隔开。在采取防护措施，确保安全无误后，方可动火作业。

3）使用有“回字型”标识的手持电动工具。工具绝缘状态、电源线、插头和插座应完好无损。电源线不得任意接长或调换。

（2） 控制高温

1） 禁止氯酸钠粉体、金属粉末或废料与高温物体或高温设备表面接触。

2）确保加热设备温度控制系统指示及控制正常。

3）氯酸盐为强氧化剂，应专库贮存，不得与有机物、易燃易爆物、硫、磷。酸类等共同存放，以免发生反应生热引起火灾爆炸。

4）铝粉、镁粉为高能可燃物，装在密封金属桶内，与氧化剂、酸、碱隔离存放，通风防潮。

（3） 防止电气火花

1）粉尘爆炸场所应采取防雷措施。

2）爆炸危险环境采用的电气设备应使用防爆型设备。

3） 防止静电危害一是要控制静电的产生，二是要防止静电积累。

4）控制投料、出料速度和数量，防止物料进出速度过快产生静电。

5）严禁使用铁质、塑料等工具，应使用铜、木、竹等材质的工具。

6）所有金属设备应采用防静电直接接地，确保接地可靠。

（4） 防止撞击摩擦

1）装卸、搬运时，严禁碰撞、拖拉、摩擦、翻滚、重压、倾倒、剧烈振动。应轻装轻卸，保持包装完整，防止撒落。

2）机械轴承存在缺油、润滑不均等问题时，会摩擦生热，具有引起附着物着火的危险。

3）物料中的金属杂质以及金属零件、铁钉等落入粉碎机、筛分机等，由于铁器与机件碰击，产生火花使易燃易爆物料着火爆炸。

4）严禁金属机件摩擦撞击或混凝土地面撞击，以防产生火花，引起火灾爆炸事故。地面应用摩擦、撞击不产生火花的材料铺筑。

3、 个体防护

生产人员应使用劳动保护用品。穿戴呼吸保护装置、耳罩、手套，防止尘毒、噪声、高温灼伤、低温冻伤对人体伤害。

工作完毕，应立即冲洗人体裸露部位，所用防护用具如工作服应及时清洗。

4、 管理措施

1） 制定安全生产规章制度，工艺流程、操作规程和生产安全事故应急救援预案。

2）组织安全生产教育和培训。

3）组织应急救援演练。

4）检查安全生产状况，及时排查安全事故隐患，提出改进安全生产管理的建议。

七、 结论

氧烛原料中的产氧剂氯酸盐和金属粉末燃料对明火、静电火花、撞击摩擦、高温等具有敏感特性。控制和消除爆炸条件，可减少或避免爆炸事故发生。通过隔离作业、灭火技术、清洁、个体防护和应急演练等技术和管理的应用，可以减缓燃烧爆炸引起的危害。

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