粉塵爆炸的內(nèi)在原因

處于粉塵狀態(tài)的物質(zhì)較之固體狀態(tài)物質(zhì)有所不同，尤其是在燃燒特性方面，原來非燃物質(zhì)可能變?yōu)榭扇嘉镔|(zhì)，原來是難燃物質(zhì)可能變成易燃物質(zhì)，可燃、易燃物可能變?yōu)橐妆ㄎ镔|(zhì)，而這一變化是由粉塵的特性所決定的。

（一）粉塵的表面自由能

對于任何粉塵粒子來講，其表面分子與內(nèi)部分子所處的能量狀態(tài)是不同的。在粉塵粒子內(nèi)部的分子，因四面八方均具有同類分子包圍著，所受周圍分子的引力是對稱的，可以相互抵消而受力總和為零，它做分子運動（震動）時不需要消耗功，而靠近粒子表面的分子，由于內(nèi)部密集的同類分子的引力遠(yuǎn)大于外部其他分子（念氣體分子）對它的引力，所以不能相互抵消，這些力的總和垂直于粉塵表面而指向粉塵內(nèi)部，亦即表面分子受到內(nèi)向的拉力，表面上的分子總比內(nèi)部分子具有更高的能量，這種能量叫做表面自由能。

（二）粉塵的分散度和表面積

所謂粉塵的分散度就是粉塵按不同粒徑（直徑）分布的一種形式。其中小粒徑粉塵越多，我們就稱其分散度大，而分散度的大小又決定著粉塵的表面積，其分散度越大，則表面積越大，表面分子越多，導(dǎo)致表面自由能越大。

（三）粉塵的吸附性

其他物質(zhì)分子在粉塵表面上相對聚集的現(xiàn)象稱為粉塵的吸附現(xiàn)象。由于粉塵具有較大的表面及自由能，而物質(zhì)又具有由高能態(tài)向低能態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢。能態(tài)越低越穩(wěn)定，所以，它對周圍分子尤其是快速移動的氣體分子具有吸附性。通過吸附其他分子來降低部分表面自由能。

綜上所述，由于粉塵的分散度較大，具有較大的表面積，從而具有較高的表面自由能，使粉塵的狀態(tài)不穩(wěn)定，活性增高，在理化性質(zhì)上表現(xiàn)為粉塵較之原物質(zhì)具有較小的點火能量和自燃點。（如塊狀時不能燃燒的鐵塊，在粉碎成粉塵時，最小點火能量小于100mJ，自燃點小于300℃；煤粉的點火能量小于40mJ）。表面積的增大和吸附特性的存在，使得粉塵與空氣中氧分子的接觸面增大，增加了反應(yīng)速度；表面積的增大，還使固體原有的導(dǎo)熱能力下降，易使局部溫度上升，也有利于反應(yīng)進(jìn)行。

同時，粉塵在擴散作用大于重力作用時具有懸浮狀態(tài)的穩(wěn)定性，易與空氣形成粉塵云。當(dāng)各種條件具備時，粉塵就會發(fā)生爆炸。

四、粉塵爆炸的條件

粉塵的火災(zāi)爆炸事故多發(fā)生在煤礦、面粉廠、糖廠、紡織廠、硫磺廠、飼料、塑料、金屬加工廠及糧庫等廠礦企業(yè)。這與粉塵爆炸所需條件有關(guān)。粉塵爆炸本身是一類特殊的燃燒現(xiàn)象，它也需要可燃物、助燃物和點火源三個條件。

（一）粉塵本身是可燃粉塵。可燃粉塵分有機粉塵和無機粉塵兩類。有機粉塵如面粉、木粉、化學(xué)纖維粉塵等，基本是可燃的。而無機粉塵包括金屬粉塵和一部分礦物性粉塵（如煤、硫等），也都是可燃粉塵。黃沙和塵土的粉塵也很微小，但由于它們本身不能夠燃燒，因此不具危險性。

（二）粉塵必須懸浮在助燃?xì)怏w（如空氣中），并混合達(dá)到粉塵的濃度爆炸極限。粉塵在助燃?xì)怏w中懸浮是由于粉碎、研磨、輸送、通風(fēng)等機械作用造成的。大粒徑的粉塵一般沉降為只有燃燒能力的沉積粉塵，只有小粒徑的粉塵才能在助燃?xì)怏w中懸浮。同時，爆炸粉塵的危險性也用濃度爆炸極限下限來表示，一般是20~60g／m3，低于這個濃度，難以形成持續(xù)燃燒，更談不上爆炸。

（三）有足以引起粉塵爆炸的點火源。粉塵具有較小的自燃點和最小點火能量，只要外界的能量超過最小點火能量（多數(shù)在10mJ~100mJ）或溫度超過其自燃點（多數(shù)在400℃~500℃），就會爆炸。

當(dāng)上述三個條件同時滿足時，就可能發(fā)生粉塵火災(zāi)爆炸事故。

需指出的是，粉塵極有可能發(fā)生破壞性更大的二次爆炸。當(dāng)粉塵懸浮于含有足以維持燃燒的氧氣環(huán)境中，并有合適的點火源時，可能發(fā)生初次爆炸，并引起周圍環(huán)境的擾動，使那些沉積在地面、設(shè)備上的粉塵彌散而形成粉塵云，遇火源形成災(zāi)難性的第二次爆炸；另外第一次爆炸后，在粉塵的爆炸點，由于空氣受熱膨脹，密度變小，迅速形成爆炸點逆流（俗稱“返回風(fēng)”），遇粉塵云和熱能源，也會發(fā)生第二次爆炸。

所以粉塵濃度監(jiān)測猶如重要，介質(zhì)可視化是工業(yè)發(fā)展必須方向。對設(shè)備的防爆要求就顯得尤為重要。