论氯酸钾在烟花爆竹中违规使用的危险性

陆荣华

[摘要]烟花爆竹属易燃易爆的物品,所以在生产中经常会引起一些爆炸事故,原因是多方面的。但大多数的事故中有90%以上都是与氯酸钾有关,主要是因为违规使用氯酸钾的原因。因此,通过对烟花爆竹爆炸事故主要原因的分析,指出使用氯酸钾的危险性,从而提醒广大的生产商不要使用氯酸钾进行烟花爆竹的生产。

[关键词]烟花爆竹 氯酸钾 危险性

中图分类号:X9文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0920146-01

我国每逢佳节时都有燃放烟花爆竹的习惯,因此,我国也成为世界上最大的烟花爆竹生产、消费和出口的国家,烟花爆竹的生产也成为一些地方经济发展的支柱。随着烟花爆竹行业在我国的发展,它的生产安全问题也突显出来。

一、烟花爆竹生产危险的主要原因

烟花爆竹本身就是易燃易爆的物品,所以在生产中经常会引起一些爆炸事故,这些事故的原因有人为的原因,但是更多的原因是对烟花爆竹的危险特性的忽视和不了解以及对烟花爆竹的安全性不充分考虑。根据已公开出版的民用爆炸品事故丛书统计,在烟火行业发生的事故中有90%以上与氯酸钾有关。国务院也出了相关文件来禁止使用氯酸钾配制烟火剂生产烟花爆竹,对氯酸钾进行了严格规定,除特殊产品外严禁使用氯酸钾配制烟火药剂。但在监督抽查中,烟花爆竹不合格产品中,都大量使用了氯酸钾。

烟花爆竹企业使用氯酸钾配制烟火药剂屡禁不止,究其原因是由于氯酸钾独有的优点造成的。氯酸钾又名白药粉、盐卜、洋硝,无色片状结晶或白色颗粒粉末,味咸而凉。它具有吸湿性小、爆炸性能好、储存安定性好、生产工艺简单、成本低等特性,是烟花爆竹和其他烟火药剂中重要的原材料。就因为氯酸钾的物理化学性能稳定,易燃性好,点燃后不易“断火”、“瞎火”,发火点低,爆炸性好,经济可比性和价格性能比均优于其它氧化剂,所以,部分企业不惜铤而走险仍然在烟火药中使用氯酸钾。但是氯酸钾是一种典型的爆炸导体,含有氯酸钾的烟火药很易发生爆炸,就会导致很多爆炸事故的发生。为了发挥氯酸钾的优良特性,避免其低熔点、热稳定性差、机械感度高等缺点,国内外都在努力的对氯酸钾进行改性及寻找替代物。

二、氯酸钾及含氯酸钾的烟火药爆炸的危险性

氯酸钾由于其热稳定性差、机械感度高,是近年来我国烟花鞭炮行业中爆炸事故频发的主要原因。因为,含氯酸钾的烟火药剂在外界热、摩擦、撞击等形式的能量作用下容易发生燃烧爆炸反应。烟花爆竹事故频繁发生使得人们认识到了含氯酸钾的烟火药剂的危险性,促使人们采用各种技术手段提高其安全性。对氯酸钾及含氯酸钾的烟火药剂危险性的研究,是改善其安全性的前提与基础。在长期的实验与应用中,人们发现氯酸钾具有一定的机械感度,在含氯酸钾的烟火药中,常与可燃物或还原剂(糖、木炭、硫磺等)混杂时,变得敏感。受热、撞击、摩擦即引起爆炸,有金属粉末时爆炸更加剧烈。氯酸钾的危险性有以下几个方面:

1.机械摩擦的爆炸危险性,氯酸钾与可燃物或还原剂量在机械摩擦作用下,发火点会大大降低,尤其是与硫化锑、硫磺等类物质混合时,这类特性表现特别明显。这是因为氯酸钾与硫磺混合后,硫磺熔点低,受热熔融后,迅速渗入氯酸钾晶格,使氯酸钾晶格松弛,反应性提高。硫磺与氯酸钾混合体在142～144℃即开始反应,在150℃出现放热峰,比氯酸钾自身熔点356℃低了200℃以上。低熔点可燃物或还原剂可以显著降低氯酸钾的着火温度,易着火燃烧发生爆炸。

2.机械撞击的爆炸危险性。根据热点理论,氯酸钾药剂在机械作用下机械能转变为热能,在局部小区域形成高温热点引发混合药剂的化学反应,放热继而爆炸。日本1963年公布氯酸钾混合药剂体系的2kg药锤试验数据进行了分析知道,氯酸钾与可燃物或还原剂混合后,其机械撞击感度大大提高,撞击易燃烧发生爆炸。

3.受潮爆炸危险性。氯酸钾与硫磺,碳或磷等可燃物混合,会发生缓慢氧化反应生成酸。氯酸钾在一定温度和酸度条件下能生成氯酸和二氧化氯,它们极不稳定,比氯酸钾更具活性,稍受外界撞击、摩擦刺激,即可激发燃烧或爆炸,甚至可能发生自燃或自爆。氯酸钾与铵盐混合的发烟剂受潮后易自燃或自爆。

4.杂质存在下的爆炸危险性。在二氧化锰、氧化铜、氧化铁等金属氧化物以及玻璃渣、石英砂等杂质存在时,由于它们的催化作用,使氯酸钾的分解温度显著降低,机械感度变大,受轻微摩擦和撞击就能燃烧爆炸。

5.日光照射爆炸危险性。氯酸钾受日光照射或高温气候下,活性强,容易分解,生成极不稳定和吸湿性很强的次氯酸钾,与酸类硫化物和有机物混合,几乎立即自燃自爆。

三、氯酸钾及含氯酸钾的烟火药爆炸危险性的分析

氯酸钾的危险性在于:氯酸钾的熔点低、分解温度低,氯酸钾的熔点为356℃,熔化后即放出氧气;氯酸钾分解防热的性质在常用氧化剂中是罕见的,分解放热量为10.6Kcal/mol。这种热输出可使反应速度加快,并且使含氯酸钾的药剂能用最低外部能量输入点燃(点火刺激);塔曼温度低,塔曼温度是固体能够以极大速率进行固-固反应的最小温度,它用来粗略地度量离子的“晶格松弛”。氯酸钾的塔曼温度为42℃,这就意味着在此温度下熔融的还原剂可以开始渗透到氯酸钾晶格内并发生反应。当氯酸钾与硫磺配伍时,危险性变得更大。经过学者的多年研究,得出了氯酸钾与硫磺的反应机理:在热力学因素(温度)作用下,硫碎片侵入氯酸钾晶格内部,使氯酸钾晶格“松弛”,从而降低了发火温度。经DTA测试后得到硫与氯酸钾混合物的发火温度在150℃-164℃。而绝热加速量热仪(ARC)的测试结果则显示,硫与氯酸钾混合物在100℃左右即发火。

由上理论分析可知,含氯酸盐的烟花爆竹药剂的化学稳定性差、机械感度高、热感度高,许多学者对各种烟花爆竹药剂进行了实验研究。由氯酸钾、硫化锑、赤磷三种花炮原材料配成的烟火药的差热分析表明,此种烟火药剂热安定性极差,不能同时存在于烟火药剂中。蔗糖常用于烟雾类烟花药剂的还原剂。蔗糖是烟花药剂中使用的碳水化合物中与氯酸钾反应温度最低的一种,DAT-TG热分析显示,点火温度仅为180℃,而高氯酸钾蔗糖混合物的点火温度为410℃。很多学者都分别利用绝热加速量热仪(ARC)对各种烟药爆竹药剂进行了系统研究。结果表明,以氯酸钾为氧化剂的烟花爆竹药的初始放热分解温度最低、单位质量的最大压力最高、达到最大温升速率所用的时间最短、表观活化能最低,热安全性差。

四、结语

通过以上的分析,使人们能认识到氯酸钾是一种氧化性很强的危险化学品,含有氯酸钾的烟花爆竹药剂化学稳定性差、机械感度高、热感度高,着火温度低、机械摩擦、撞击感度高、化学活泼性强,在受潮、日光照射和高温气候下都不稳定。因此,在烟花爆竹生产、使用中极易发生安全事故,是烟花爆竹安全生产的一大隐患。所以要禁止使用氯酸钾配制烟火剂生产烟花爆竹。