論氯酸鉀在煙花爆竹中違規(guī)使用的危險(xiǎn)性

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(huì)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(guān),主要是因?yàn)檫`規(guī)使用氯酸鉀的原因。因此,通過對(duì)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(xiǎn)性,從而提醒廣大的生產(chǎn)商不要使用氯酸鉀進(jìn)行煙花爆竹的生產(chǎn)。

[關(guān)鍵詞]煙花爆竹 氯酸鉀 危險(xiǎn)性

中圖分類號(hào):X9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0920146-01

我國每逢佳節(jié)時(shí)都有燃放煙花爆竹的習(xí)慣,因此,我國也成為世界上最大的煙花爆竹生產(chǎn)、消費(fèi)和出口的國家,煙花爆竹的生產(chǎn)也成為一些地方經(jīng)濟(jì)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(xiǎn)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(huì)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(duì)煙花爆竹的危險(xiǎn)特性的忽視和不了解以及對(duì)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(jì),在煙火行業(yè)發(fā)生的事故中有90%以上與氯酸鉀有關(guān)。國務(wù)院也出了相關(guān)文件來禁止使用氯酸鉀配制煙火劑生產(chǎn)煙花爆竹,對(duì)氯酸鉀進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定,除特殊產(chǎn)品外嚴(yán)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(dú)有的優(yōu)點(diǎn)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(chǔ)存安定性好、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)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?yàn)槁人徕浀奈锢砘瘜W(xué)性能穩(wěn)定,易燃性好,點(diǎn)燃后不易“斷火”、“瞎火”,發(fā)火點(diǎn)低,爆炸性好,經(jīng)濟(jì)可比性和價(jià)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(xiǎn)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(dǎo)體,含有氯酸鉀的煙火藥很易發(fā)生爆炸,就會(huì)導(dǎo)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(diǎn)、熱穩(wěn)定性差、機(jī)械感度高等缺點(diǎn),國內(nèi)外都在努力的對(duì)氯酸鉀進(jìn)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(xiǎn)性

氯酸鉀由于其熱穩(wěn)定性差、機(jī)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?yàn)?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(yīng)。煙花爆竹事故頻繁發(fā)生使得人們認(rèn)識(shí)到了含氯酸鉀的煙火藥劑的危險(xiǎn)性,促使人們采用各種技術(shù)手段提高其安全性。對(duì)氯酸鉀及含氯酸鉀的煙火藥劑危險(xiǎn)性的研究,是改善其安全性的前提與基礎(chǔ)。在長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用中,人們發(fā)現(xiàn)氯酸鉀具有一定的機(jī)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(shí),變得敏感。受熱、撞擊、摩擦即引起爆炸,有金屬粉末時(shí)爆炸更加劇烈。氯酸鉀的危險(xiǎn)性有以下幾個(gè)方面:

1.機(jī)械摩擦的爆炸危險(xiǎn)性,氯酸鉀與可燃物或還原劑量在機(jī)械摩擦作用下,發(fā)火點(diǎn)會(huì)大大降低,尤其是與硫化銻、硫磺等類物質(zhì)混合時(shí),這類特性表現(xiàn)特別明顯。這是因?yàn)槁人徕浥c硫磺混合后,硫磺熔點(diǎn)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(yīng)性提高。硫磺與氯酸鉀混合體在142～144℃即開始反應(yīng),在150℃出現(xiàn)放熱峰,比氯酸鉀自身熔點(diǎn)356℃低了200℃以上。低熔點(diǎn)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(jī)械撞擊的爆炸危險(xiǎn)性。根據(jù)熱點(diǎn)理論,氯酸鉀藥劑在機(jī)械作用下機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?在局部小區(qū)域形成高溫?zé)狳c(diǎn)引發(fā)混合藥劑的化學(xué)反應(yīng),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(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析知道,氯酸鉀與可燃物或還原劑混合后,其機(jī)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(xiǎn)性。氯酸鉀與硫磺,碳或磷等可燃物混合,會(huì)發(fā)生緩慢氧化反應(yīng)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(xiǎn)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(shí),由于它們的催化作用,使氯酸鉀的分解溫度顯著降低,機(jī)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(xiǎn)性。氯酸鉀受日光照射或高溫氣候下,活性強(qiáng),容易分解,生成極不穩(wěn)定和吸濕性很強(qiáng)的次氯酸鉀,與酸類硫化物和有機(jī)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(xiǎn)性的分析

氯酸鉀的危險(xiǎn)性在于:氯酸鉀的熔點(diǎn)低、分解溫度低,氯酸鉀的熔點(diǎn)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(yīng)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(diǎn)燃(點(diǎn)火刺激);塔曼溫度低,塔曼溫度是固體能夠以極大速率進(jìn)行固-固反應(yīng)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(yīng)。當(dāng)氯酸鉀與硫磺配伍時(shí),危險(xiǎn)性變得更大。經(jīng)過學(xué)者的多年研究,得出了氯酸鉀與硫磺的反應(yīng)機(jī)理:在熱力學(xué)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(cè)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(cè)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(xué)穩(wěn)定性差、機(jī)械感度高、熱感度高,許多學(xué)者對(duì)各種煙花爆竹藥劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(shí)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(yīng)溫度最低的一種,DAT-TG熱分析顯示,點(diǎn)火溫度僅為180℃,而高氯酸鉀蔗糖混合物的點(diǎn)火溫度為410℃。很多學(xué)者都分別利用絕熱加速量熱儀(ARC)對(duì)各種煙藥爆竹藥劑進(jìn)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(dá)到最大溫升速率所用的時(shí)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(rèn)識(shí)到氯酸鉀是一種氧化性很強(qiáng)的危險(xiǎn)化學(xué)品,含有氯酸鉀的煙花爆竹藥劑化學(xué)穩(wěn)定性差、機(jī)械感度高、熱感度高,著火溫度低、機(jī)械摩擦、撞擊感度高、化學(xué)活潑性強(qiáng),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。