陸榮華

[摘要]煙花爆竹屬易燃易爆的物品,所以在生產(chǎn)中經(jīng)常會引起一些爆炸事故,原因是多方面的。但大多數(shù)的事故中有90%以上都是與氯酸鉀有關,主要是因為違規(guī)使用氯酸鉀的原因。因此,通過對煙花爆竹爆炸事故主要原因的分析,指出使用氯酸鉀的危險性,從而提醒廣大的生產(chǎn)商不要使用氯酸鉀進行煙花爆竹的生產(chǎn)。

[關鍵詞]煙花爆竹 氯酸鉀 危險性

中圖分類號:X9文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0920146-01

我國每逢佳節(jié)時都有燃放煙花爆竹的習慣,因此,我國也成為世界上最大的煙花爆竹生產(chǎn)、消費和出口的國家,煙花爆竹的生產(chǎn)也成為一些地方經(jīng)濟發(fā)展的支柱。隨著煙花爆竹行業(yè)在我國的發(fā)展,它的生產(chǎn)安全問題也突顯出來。

一、煙花爆竹生產(chǎn)危險的主要原因

煙花爆竹本身就是易燃易爆的物品,所以在生產(chǎn)中經(jīng)常會引起一些爆炸事故,這些事故的原因有人為的原因,但是更多的原因是對煙花爆竹的危險特性的忽視和不了解以及對煙花爆竹的安全性不充分考慮。根據(jù)已公開出版的民用爆炸品事故叢書統(tǒng)計,在煙火行業(yè)發(fā)生的事故中有90%以上與氯酸鉀有關。國務院也出了相關文件來禁止使用氯酸鉀配制煙火劑生產(chǎn)煙花爆竹,對氯酸鉀進行了嚴格規(guī)定,除特殊產(chǎn)品外嚴禁使用氯酸鉀配制煙火藥劑。但在監(jiān)督抽查中,煙花爆竹不合格產(chǎn)品中,都大量使用了氯酸鉀。

煙花爆竹企業(yè)使用氯酸鉀配制煙火藥劑屢禁不止,究其原因是由于氯酸鉀獨有的優(yōu)點造成的。氯酸鉀又名白藥粉、鹽卜、洋硝,無色片狀結(jié)晶或白色顆粒粉末,味咸而涼。它具有吸濕性小、爆炸性能好、儲存安定性好、生產(chǎn)工藝簡單、成本低等特性,是煙花爆竹和其他煙火藥劑中重要的原材料。就因為氯酸鉀的物理化學性能穩(wěn)定,易燃性好,點燃后不易“斷火”、“瞎火”,發(fā)火點低,爆炸性好,經(jīng)濟可比性和價格性能比均優(yōu)于其它氧化劑,所以,部分企業(yè)不惜鋌而走險仍然在煙火藥中使用氯酸鉀。但是氯酸鉀是一種典型的爆炸導體,含有氯酸鉀的煙火藥很易發(fā)生爆炸,就會導致很多爆炸事故的發(fā)生。為了發(fā)揮氯酸鉀的優(yōu)良特性,避免其低熔點、熱穩(wěn)定性差、機械感度高等缺點,國內(nèi)外都在努力的對氯酸鉀進行改性及尋找替代物。

二、氯酸鉀及含氯酸鉀的煙火藥爆炸的危險性

氯酸鉀由于其熱穩(wěn)定性差、機械感度高,是近年來我國煙花鞭炮行業(yè)中爆炸事故頻發(fā)的主要原因。因為,含氯酸鉀的煙火藥劑在外界熱、摩擦、撞擊等形式的能量作用下容易發(fā)生燃燒爆炸反應。煙花爆竹事故頻繁發(fā)生使得人們認識到了含氯酸鉀的煙火藥劑的危險性,促使人們采用各種技術手段提高其安全性。對氯酸鉀及含氯酸鉀的煙火藥劑危險性的研究,是改善其安全性的前提與基礎。在長期的實驗與應用中,人們發(fā)現(xiàn)氯酸鉀具有一定的機械感度,在含氯酸鉀的煙火藥中,常與可燃物或還原劑(糖、木炭、硫磺等)混雜時,變得敏感。受熱、撞擊、摩擦即引起爆炸,有金屬粉末時爆炸更加劇烈。氯酸鉀的危險性有以下幾個方面:

1.機械摩擦的爆炸危險性,氯酸鉀與可燃物或還原劑量在機械摩擦作用下,發(fā)火點會大大降低,尤其是與硫化銻、硫磺等類物質(zhì)混合時,這類特性表現(xiàn)特別明顯。這是因為氯酸鉀與硫磺混合后,硫磺熔點低,受熱熔融后,迅速滲入氯酸鉀晶格,使氯酸鉀晶格松弛,反應性提高。硫磺與氯酸鉀混合體在142～144℃即開始反應,在150℃出現(xiàn)放熱峰,比氯酸鉀自身熔點356℃低了200℃以上。低熔點可燃物或還原劑可以顯著降低氯酸鉀的著火溫度,易著火燃燒發(fā)生爆炸。

2.機械撞擊的爆炸危險性。根據(jù)熱點理論,氯酸鉀藥劑在機械作用下機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?在局部小區(qū)域形成高溫熱點引發(fā)混合藥劑的化學反應,放熱繼而爆炸。日本1963年公布氯酸鉀混合藥劑體系的2kg藥錘試驗數(shù)據(jù)進行了分析知道,氯酸鉀與可燃物或還原劑混合后,其機械撞擊感度大大提高,撞擊易燃燒發(fā)生爆炸。

3.受潮爆炸危險性。氯酸鉀與硫磺,碳或磷等可燃物混合,會發(fā)生緩慢氧化反應生成酸。氯酸鉀在一定溫度和酸度條件下能生成氯酸和二氧化氯,它們極不穩(wěn)定,比氯酸鉀更具活性,稍受外界撞擊、摩擦刺激,即可激發(fā)燃燒或爆炸,甚至可能發(fā)生自燃或自爆。氯酸鉀與銨鹽混合的發(fā)煙劑受潮后易自燃或自爆。

4.雜質(zhì)存在下的爆炸危險性。在二氧化錳、氧化銅、氧化鐵等金屬氧化物以及玻璃渣、石英砂等雜質(zhì)存在時,由于它們的催化作用,使氯酸鉀的分解溫度顯著降低,機械感度變大,受輕微摩擦和撞擊就能燃燒爆炸。

5.日光照射爆炸危險性。氯酸鉀受日光照射或高溫氣候下,活性強,容易分解,生成極不穩(wěn)定和吸濕性很強的次氯酸鉀,與酸類硫化物和有機物混合,幾乎立即自燃自爆。

三、氯酸鉀及含氯酸鉀的煙火藥爆炸危險性的分析

氯酸鉀的危險性在于:氯酸鉀的熔點低、分解溫度低,氯酸鉀的熔點為356℃,熔化后即放出氧氣;氯酸鉀分解防熱的性質(zhì)在常用氧化劑中是罕見的,分解放熱量為10.6Kcal/mol。這種熱輸出可使反應速度加快,并且使含氯酸鉀的藥劑能用最低外部能量輸入點燃(點火刺激);塔曼溫度低,塔曼溫度是固體能夠以極大速率進行固-固反應的最小溫度,它用來粗略地度量離子的“晶格松弛”。氯酸鉀的塔曼溫度為42℃,這就意味著在此溫度下熔融的還原劑可以開始滲透到氯酸鉀晶格內(nèi)并發(fā)生反應。當氯酸鉀與硫磺配伍時,危險性變得更大。經(jīng)過學者的多年研究,得出了氯酸鉀與硫磺的反應機理:在熱力學因素(溫度)作用下,硫碎片侵入氯酸鉀晶格內(nèi)部,使氯酸鉀晶格“松弛”,從而降低了發(fā)火溫度。經(jīng)DTA測試后得到硫與氯酸鉀混合物的發(fā)火溫度在150℃-164℃。而絕熱加速量熱儀(ARC)的測試結(jié)果則顯示,硫與氯酸鉀混合物在100℃左右即發(fā)火。

由上理論分析可知,含氯酸鹽的煙花爆竹藥劑的化學穩(wěn)定性差、機械感度高、熱感度高,許多學者對各種煙花爆竹藥劑進行了實驗研究。由氯酸鉀、硫化銻、赤磷三種花炮原材料配成的煙火藥的差熱分析表明,此種煙火藥劑熱安定性極差,不能同時存在于煙火藥劑中。蔗糖常用于煙霧類煙花藥劑的還原劑。蔗糖是煙花藥劑中使用的碳水化合物中與氯酸鉀反應溫度最低的一種,DAT-TG熱分析顯示,點火溫度僅為180℃,而高氯酸鉀蔗糖混合物的點火溫度為410℃。很多學者都分別利用絕熱加速量熱儀(ARC)對各種煙藥爆竹藥劑進行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明,以氯酸鉀為氧化劑的煙花爆竹藥的初始放熱分解溫度最低、單位質(zhì)量的最大壓力最高、達到最大溫升速率所用的時間最短、表觀活化能最低,熱安全性差。

四、結(jié)語

通過以上的分析,使人們能認識到氯酸鉀是一種氧化性很強的危險化學品,含有氯酸鉀的煙花爆竹藥劑化學穩(wěn)定性差、機械感度高、熱感度高,著火溫度低、機械摩擦、撞擊感度高、化學活潑性強,在受潮、日光照射和高溫氣候下都不穩(wěn)定。因此,在煙花爆竹生產(chǎn)、使用中極易發(fā)生安全事故,是煙花爆竹安全生產(chǎn)的一大隱患。所以要禁止使用氯酸鉀配制煙火劑生產(chǎn)煙花爆竹。