Особенности горения, тушения металлов и гидридов металлов

Введение

Пожары, связанные с горением металлов и их соединений, занимают небольшую долю в общем количестве пожаров. Возникают они при производстве порошкообразных металлов, обработке легких металлов, их сплавов и др. Особенно опасно горение радиоактивных металлов, отработанного ядерного топлива, так как при их горении образуются дымовые аэрозоли, способные привести к заражению местности. Металлы на пожаре могут гореть сплошной массой (К, Са, Na, Mg) или в виде стружек, порошков (Al, Ti и др.).
Характер горения зависит от температуры плавления металлов, температуры кипения металлов и их окисей.
По характеру горения металлы делятся на летучие и нелетучие.
Летучие металлы (Li, К, Na, Mg, Са) имеют низкую температуру плавления и при горении находятся в жидком состоянии. Температура их кипения ниже температуры кипения окисей, поэтому на жидком металле может быть корка твердого окисла. При поднесении к этим металлам источника зажигания они нагреваются и окисляются. Их окислы — пористые вещества, они не способны изолировать металл от дальнейшего окисления. Металл расплавляется и начинает испаряться. Пары его диффундируют через корку окиси в воздух. Когда концентрация паров достигнет нижнего концентрационного предела Сн, возникает горение. Зона диффузионного горения устанавливается вблизи поверхности окисла. Большая часть тепла реакции передается металлу, в результате чего он нагревается до кипения, что вызывает разрыв корки окисла. Пары металла в воздухе превращаются в твердые частички окиси — дым. Образование белого плотного дыма — один из признаков горения летучих металлов.
Нелетучие металлы — Al, Be, Ti. Пленка их окислов прочно сцепляется с поверхностью металла и замедляет его окисление. Поэтому горение металлов происходит, когда они находятся в виде порошков, аэрозолей — без образования плотного дыма.
Тушить металлы, используя обычные средства (воду, пену), обычные газовые составы, огнетушащие порошки общего назначения, нельзя. При их взаимодействии с водой происходит выделение водорода, который образует «гремучие» смеси с воздухом. Контакт воды с радиоактивными металлами (обогащенными ураном, плутонием) приводит к уменьшению их критической массы, а в ряде случаев — к возникновению самопроизвольной цепной реакции (распаду). Только порошкообразное железо, компактные металлы разрешается тушить распыленной водой и пеной. Большинство металлов при горении на воздухе могут взаимодействовать не только с 02 воздуха, но и с N2 (цирконий, титан, магний, алюминий, уран горят в атмосфере N2 и С02), поэтому при объемном тушении металлов используют аргон (например, тушение металлов в технологическом оборудовании).
Основным средством тушения металлов являются порошковые составы специального назначения, основой которых является КС1, не вза-имодействующий ни с одним из металлов. Кроме того, хлорид калия КС1 эффективно ингибирует горение органических жидкостей и газов. Эти порошки марок ПХК по сравнению с порошками общего назначения имеют меньшую коррозионную активность и гигроскопичность. Например, при горении Na расход порошка ПХК 17—20 кг/м2, урана — 90—95 кг/м2, Л ВЖ и ГЖ — 0,8—0,9 кг/м2.



1. ОСОБЕННОСТИ ГОРЕНИЯ И ТУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И ГИДРИДОВ МЕТАЛЛОВ

Каждый металл при горении представляет опасность. Алюминий (Al) – это горючий металл, температура плавления которого равна 660 °С, а кипения – 2486 °С. При взаимодействии алюминиевой стружки и пыли с пламенем спички или искры может возникнуть горение, а алюминиевая стружка, порошок и фольга с влагой образует оксид алюминия, который выделяет тепло и приводит к их самовозгоранию в кучах. Облегчает взрыв алюминиевой пыли при взаимодействии ее с влагой выделение свободного водорода. Алюминий способен легко взаимодействовать с водными растворами щелочей и аммиака при комнатной температуре с выделением водорода. Многие металлы при горении выделяют токсичные пары, один из таких металлов – Кадмий. Это тягучий ковкий и мягкий металл серебристо-белого цвета, а его порошок серебристо-серого. Температура плавления металла – 321 °С, а кипения 767 °С. Пожарная опасность данного металла высока, так как выделяется токсичный дым, наносящий огромный вред здоровью человека, а так же при взаимодействии с окислителем обладает высокой реакционной способностью паров и возможностью взрывов пыли. Некоторые металлы, такие как Литий, Натрий и Калий, не следует тушить водой, т. к. это щелочные металлы и при взаимодействии с водой образуется водород и растет температура, что создает идеальные условия для распространения огня.
Металлический литий, как натрий и калий хранят в плотно закрытых сосудах под слоем сухого минерального масла и керосина. Как только поступает воздух, литий начинает реагировать с кислородом, азотом и влагой. Большие куски натрия, при взаимодействии с водой, способны взрываться. Титан является прочным металлом и плавится при температуре около 2000 градусов, но маленькие детали титана могут воспламениться. Он довольно 270 стойкий в концентрированной азотной кислоте, но иногда при соприкосновении с оксидами азота может взорваться. Наибольшую пожарную опасность титана могут представлять его порошок, стружка, опилки, титановая пыль, что может вспыхнуть самопроизвольно безо всяких контактов с огнем и другими веществами.