5.9. Горение металлов

По характеру горения металлы делятся на две группы: летучие и нелетучие. Летучие металлы обладают относительно низкими температурами фазового перехода, температура их плавления менее 1000 К, температура кипения < 1500 К. К этой группе относятся щелочные металлы (литий, натрий, калий) и ще­лочноземельные (магний, кальций). Температуры фазового перехода нелетучих металлов значительно выше Т_плав > 1000 К, а Т_кип > 2500 К. Механизм горения металлов во мно­гом определяется состоянием их оксидов. Температура плавления летучих металлов зна­чительно ниже температуры плавления их оксидов. При этом оксиды представ­ляют собой достаточно пористые соединения.

При воздействии ИЗ на поверхность металла проис­ходит его испарение и окисление. При достижении НКПРП происходит их воспламенение. Зона диффузион­ного горения устанавливается у поверхности. Образующиеся пары, свободно диффундируют через пористую оксидную пленку и поступают в зону горения. Кипение металла вызы­вает периодическое разрушения оксидной пленки, что ин­тенсифицирует горние. Продукты горения, окислы металлов диффундируют не только к поверхности металла, способст­вуя образованию корки окисла (оксида), но и в окружающее про­странство, где, конденсируясь, образуются твердые частички в виде белого дыма. Белый плотный дым – признак горения летучих металлов.

У нелетучих металлов при горении на поверхности образуется более плотная окисная пленка, она хорошо сцепляется с поверхностью металла. В результате этого скорость диффузии паров металла через пленку затруднена и поэтому крупные частицы алюминия, бериллия гореть не способны. Как правило, нелетучие металлы горят в виде стружки, порошка аэрозолей. Их горение проходит без об­разования плотного дыма. При горении металлических пылей следует знать особенности, отличающие их от горения органических пылей:

1) при приближении состава горючей смеси (металл- воздух) к стехиометрической ( = 1) скорость распространения пламени возрастает;

2) скорость горения металлических пылей одного порядка с горением смесей предельных углеводородов;

3) горение металлов возможно не только в окислительной среде, но и в продуктах горения органических веществ, в этом случае горение протекает за счет экзотермической реакции воспламенения воды до водорода.

2А1 + 3Н₂О → А1₂О₃ + 3Н₂ +1389,4 к Дж/моль,

2А1 + 3СО₂ → А1₂О₃ + 3СО + 1345,3 кДж/моль;

4) аэрогель металлов повышает свои пожароопасные свойства при увлажнении. Склонен к самовозгоранию. И при воспламенении развивает температуру, в десятки раз превышающую горение сухой аэровзвеси. Так, испытания, проведенные ФГУ ВНИИПО МЧС России, показали следующие результаты:

• для испытаний были приготовлены две 40-литровые фляги с порошком циркония. Порошок в одном случае был сухой, в другом увлажненный. При воспламенении сухого циркония горение продолжалось 30 мин, Т_пл = 1200 ⁰С, температура воздуха на расстоянии 40 м от фляги составила 300 ⁰С;

• при воспламенении увлажненного порошка циркония процесс горения не превысил 5 минут, столб пламени имел высоту около 30 м, температура воздуха на расстоянии 40 м от очага горения составила 1300 ⁰С.