При размоле твердых веществ, транспортировании их по пылепроводам и при движении пыли по воздуху пылинки способны электризоваться.
Электризацией называется способность пыли приобретать заряды статического электричества. Электризация пылинок происходит: в результате адсорбции ионов газов из воздуха, где пыль находится во взвешенном состоянии; при трении пыли о твердую поверхность или о воздух; при дроблении и измельчении твердого вещества. Так, заряды зерна в дробилках достигают 10- 11 кВ, а па вальцах 5-7 кВ. Знак заряда, приобретаемый пылью, зависит от диэлектрической постоянной пыли и того тела, о которое происходит трение. Величина заряда статического электричества зависит от скорости движения пыли силы трения, степени дисперсности пыли, величины удельного электрического сопротивления и от влажности пыли и воздуха. Чем больше скорость движения пыли и больше степень дисперсности, тем больше величина заряда статического электричества. Например, потенциал заряда пыли каменного угля дисперсностью 200 мкм при скорости движения пыле-воздушной смеси 2,25 м/с составляет 6кВ. При увеличении скорости движения до 3,5 мс потенциал заряда возрастает до 7,5 кВ.
При транспортировании аэровзвеси по трубопроводу потенциал зарядов изменяется по его сечению. Наиболее низкий потенциал наблюдается вблизи, стенок трубопровода, а наиболее высокий — на расстоянии 2 см от стенок.
По величине удельного электрического сопротивлении можно судить об опасности электризации пыли. При удельном электрическом сопротивлении меньше 106 Ом/см пыль практически малоопасна в отношении электризации. Эффективным методом борьбы с накапливанием зарядов статического электричества является повышение относительной влажности воздуха. При влажности воздуха 70% электризация пыли опасности уже не представляет, однако во многих случаях такую влажность в условиях производства поддерживать невозможно, так как она может оказывать вредное воздействие на качество изделий. Основным и обычно эффективным мероприятием обеспечения безопасности в этих случаях может быть тщательное заземление и соединение всех металлических частей устройства как неподвижных, так и движущихся.
Пожарная опасность аэрогелей характеризуется температурой воспламенения, температурой самонагревания, которая определяет склонность пыли к самовозгоранию.
Температура воспламенения аэрогеля — это та наинизшая температура, при которой пыль, окисляясь и разлагаясь, выделяет достаточное для воспламенения от источника зажигания количество газообразных и парообразных продуктов. При этом горение их продолжается после удаления источника зажигания. При воздействии на пыль-гель определенного количества тепла она нагревается до температуры воспламенения, при которой начинается ее разложение, сопровождаемое выделением тепла. Образующиеся пары и газы воспламеняются и сгорают, при этом выделяется тепло, которое в дальнейшем активизирует процесс горения.
Таким образом, для воспламенения пыли большое значение имеет интенсивность и количество подводимого источником зажигания тепла, а также масса пыли-геля, временно нагретого источником зажигания до температуры воспламенения, так как горение возникает лишь тогда, когда тепловыделение, обусловленное экзотермическими реакциями, больше теплопотерь. Температура воспламенения веществ может изменяться в зависимости от ряда факторов.
С увеличением степени дисперсности температура воспламенения понижается. Увеличение влажности приводит к повышению температуры воспламенения целлюлозных и полимерных пылей.
Процентное содержание кислорода в воздухе также влияет на величину температуры воспламенения. Для целлюлозных и полимерных пылей с увеличением концентрации кислорода температура воспламенения понижается, а увеличение концентрации СО2, N2, Н2О приводит к ее повышению. Для металлических пудр и порошков наоборот. Например, порошки тория, урана, церия, титана будут иметь более низкую температуру воспламенения в водяном паре или атмосфере СО2.
Для аэрогелей важным параметром является температура тления. В процессе нагрева пыли при определенной температуре образуются на некоторых участках обугленные продукты реакции, которые при дальнейшем нагревании переходят в пирофорное состояние и самопроизвольно накаляются до свечения пыль начинает тлеть. Следовательно, температурой тления называется наинизшая температура разогрева пыли-геля, при. которой на отдельных участках ее появляется тление. Тлеющая пыль представляет собой большую опасность, так как при слабом встряхивании тлеющей массы она моментально самовоспламеняется, что обусловлено большим притоком кислорода воздуха. Температура тления зависит так же, как и температура воспламенения, от степени дисперсности пыли, ее влажности, теплоемкости и теплопроводности.
Температура самовоспламенения пыли-геля тоже является весьма важным параметром, характеризующим ее пожарную опасность. Это та наинизшая температура нагрева пыли, при которой резко ускоряются экзотермические реакции, приводящие к пламенному горению. Чем ниже температура самовоспламенения, тем более опасна пыль. Величина температуры самовоспламенении зависит от измельченности пыли. Чем выше, степень дисперсности пыли, тем ниже температура самовоспламенения. Температура самовоспламенения полимерных и целлюлозных пылей понижается с увеличением
концентрации кислорода в воздухе и с уменьшением влажности пыли.
Многие аэрогели склонны к самовозгоранию — процессу самопроизвольного разогрева до температуры самовоспламенения. Самопроизвольный разогрев аэрогеля возможен при достижении им температуры самонагревания под воздействием внешнего источника тепла, а также в результате физических или биологических тепловых процессов адсорбции, жизнедеятельности микроорганизмов и т. д. Продолжительность самонагрева аэрогеля может быть различной и зависит от разности скоростей тепловыделения и теплоотдачи от температуры самонагревания. Чем ниже температур самонагревания аэрогеля, тем большую опасность в отношении самовозгорания представляет такая пыль.
В процессе самонагреваний полимерных и целлюлозных аэрогелей происходит их обугливание во внутренней части.
Образующийся уголь адсорбирует пары и газы и нагревается до тления.
Способность этих аэрогелей распространять тление внутри слоя представляет большую опасность тем, что подготавливает к горению большую массу пыли, которая при определенных условиях переходит из состояния тления в пламенное горение на большой поверхности.
Наиболее подвержены микробиологическому самовозгоранию травяная мука, древесная мука и древесные опилки.
Тепловыделение этих пылей обусловлено жизнедеятельностью растительных клеток и микроорганизмов, при этом пыль нагревается до температуры
Разложения и в отдельных местах обугливается. Образующийся уголь адсорбирует пары и газы, нагреваясь до температуры, при которой интенсивно окисляется и начинает тлеть.
Металлические пудры и порошки обладают склонностью к химическому самовозгоранию при взаимодействии их с окислителями кислородом, хлором, бромом. Процесс самовозгорания происходит при обычной комнатной температуре. Так, алюминиевая пудра
Самовозгорается в атмосфере хлора и в парах галоидоуглеводородов со взрывом.
Увлажнение металлических аэрогелей ускоряет процесс самовозгорания так как пары воды лучше проникают через оксидную плёнку металла. На склонность металлических пудр и порошков к самовозгоранию оказывает влияние дисперсность частиц. Например, циркониевая пыль самовозгорается при дисперсности частиц до 3 мкм, пыли с более крупными частицами не самовозгораются. Аэрогели железа, никеля, меди самовозгораются при размере частиц до 0,01-0,03мкм.
10. Продукты сгорания.