新型干粉滅火劑研究

1、新型干粉滅火劑研究1 前言千粉滅火劑是一類枯燥、流動(dòng)性好的微細(xì)固體粉末，主要由一種或多種具有滅火能力 的微細(xì)無機(jī)粉末和各類添加劑如防潮劑、防結(jié)塊劑、流動(dòng)促進(jìn)劑、染色劑等構(gòu)成。其中滅 火粒子粒徑大小及分布對滅火效果有很大影響。然而，傳統(tǒng)干粉滅火劑由于自身某些缺陷 有時(shí)在實(shí)際應(yīng)用， 1，受到很大限制。為了不斷滿足社會(huì)對干粉滅火劑綜合性能更高、更完 美的需求，消防科研人員在常規(guī)干粉滅火劑根底上不斷探索、研究新型高效干粉滅火劑， 一方面使其不斷滿足社會(huì)開展的需求， 另一方面進(jìn)一步豐富和拓寬了干粉滅火劑研究領(lǐng)域。 本文就日前新型高效干粉滅火劑研究情況作以概述。2 超細(xì)干粉滅火劑常規(guī)干粉火火劑粒度在 10

2、75 pm之間，這種粒子彌散性較差，比外表積相對較小， 因此，定量干粉所具行的總比外表積小，單個(gè)粒子質(zhì)量較大，沉降速度較快，受熱時(shí)分解 速度慢，導(dǎo)致捕捉自由基的能力較小，故滅火能力受到限制，在一定程度上限制了干粉滅 火劑的使用范圍。干粉滅火劑粒子粒徑與其滅火效能直接相關(guān)，滅火組分臨界粒徑愈大， 滅火效果愈好。所以，制備在著火空間內(nèi)均勻分散、懸浮的超細(xì)高效滅火粉體，降低單位 空間火火劑使用量是提高干粉滅火劑滅火效能的一種很有效的手段。21 超細(xì)干粉滅火劑單位滅火劑滅火效能與滅火劑粒子粒徑密切相關(guān)。國標(biāo)中能檢測到的最小粒徑為 40um小于此值的粒子如何分布卻沒有具體指明，而實(shí)際上各類滅火粒子臨界粒

3、徑大都小 于此值。例如： K2SO4為16 um,NaHC03 NaCI為20um, NH4H2SO為30um 因此，假設(shè)將滅火劑粒子粒徑減少至臨界粒徑時(shí)，滅火效能將會(huì)大大提高。例如，采用粒徑小于20 um 的K2SO4制備干粉火火劑，僅20%的用量就發(fā)現(xiàn)其滅火效能比普通K2SO4滅火劑高出121 %;粒徑小于43um的NaHCO滅火劑的滅火效能是普通型的221 %,滅火效能提高一倍多1。當(dāng)干粉滅火劑粒徑小于臨界粒徑時(shí)， 滅火劑粒子全部起滅火作用， 干粉滅火效能大大提高， 用量明顯減少。將滅火劑粒徑減少至5 um,甚至0.5um時(shí)，滅火效能急劇上升，滅火效能是常規(guī)滅火劑能力的幾十倍， 用量也僅

4、為其百分之幾。 主要原因是： 超細(xì)粉體比外表積大， 活性高,易形成均勻分散、懸浮于空氣中相對穩(wěn)定的氣溶膠,受熱時(shí)分解速度快,捕獲自 由基能力強(qiáng)，故滅火效能急劇提高。文獻(xiàn)記載：英國KIDD公司研制出粒徑5um的碳酸氫鉀超細(xì)高效干粉滅火劑,經(jīng)全淹沒式滅火實(shí)驗(yàn)說明：滅火效能是一般滅火劑的10倍2 。張巍 3 等采用水相合成法制備磷酸銨鹽干粉滅火劑,以磷酸二氫銨為主料,參加滑石粉、 云母粉、活性白土、硅油、白炭黑、硅酸鈉等輔料，成功地制備出粒徑在100500 nm的超微細(xì)磷酸銨鹽干粉滅火劑。該干粉滅火劑價(jià)格較低,滅火效果佳,推廣后有望產(chǎn)生較大 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。超細(xì)滅火粒子由于比外表積大,活性高,能

5、在空氣中懸浮數(shù)分鐘,形成相對穩(wěn)定的氣 溶膠,所以不僅滅火效能很高,且使用方法也完全不同于一般傳統(tǒng)干粉滅火劑,它類似鹵 代烷淹沒式滅火。例如，KHCO3氣溶膠滅火濃度僅為 1301鹵代烷的2.0 %，但滅火效能相當(dāng)于它的 50 倍,且滅火后沉積物不明顯,對火場造成污染很少 1 。 KHCO、3 NaCI、 KCl、 K2SO4 NH4H2PO4 NaHCO3都可以用來制備氣溶膠滅火劑。氣溶膠滅火劑粒徑要求<5 um,最好低于0.5um。氣溶膠目前已經(jīng)成為獨(dú)立的新的研究領(lǐng)域。22 納米干粉滅火劑研究當(dāng)前在全世界范圍內(nèi)掀起了納米技術(shù)研究熱潮，納米材料研究日新月異，新成果不斷 涌現(xiàn)，如今納米科技

6、的研究幾乎滲透到材料的各個(gè)領(lǐng)域中，納米技術(shù)的問世使傳統(tǒng)材料面 臨一場深刻的技術(shù)革命。納米粒子因其獨(dú)特的尺寸效應(yīng)、局域場效應(yīng)、量子效應(yīng)而表現(xiàn)出 常規(guī)材料所不具備的優(yōu)異性能。當(dāng)滅火劑顆粒變小至納米尺寸時(shí)，粒子不再是惰性體，而 變?yōu)榛瘜W(xué)活性物質(zhì)。因其外表原子嚴(yán)重缺乏，導(dǎo)致化學(xué)活性很高。納米滅火劑粒子在火場 中與火焰接觸面積成千上萬倍地增加， 納米粉末對自由基的吸附、 捕捉能力也將大大增加， 因此，滅火效能急劇捉高。所以利用納米技術(shù)制備納米哪粉滅火劑，將滅火粒子粒徑 縮小至納米尺寸日寸，納米干粉滅火劑所呈現(xiàn)出的卓越滅火效能和微小滅火用量將徹底改 變目前人們對常規(guī)干粉滅火劑的看法、觀點(diǎn)，而將干粉滅火劑的

7、研究推進(jìn)一個(gè)嶄新時(shí)代 4 。然而，目前納米干粉滅火劑僅處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，雖具有極佳的應(yīng)用前景，但距 離大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)尚有很大距離。因?yàn)槟壳凹{米技術(shù)整體還處于實(shí)驗(yàn)室探索研究中，實(shí)現(xiàn) 工業(yè)化的極少，納米制備技術(shù)還不完善，工業(yè)化要等1020年后。同樣納米干粉滅火劑工藝很復(fù)雜，且納米粒子不穩(wěn)定，生產(chǎn)：本錢高，這些因素制約著納米廠粉火火劑的推廣使 用。然而，隨著納米技術(shù)的成熟及其工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化，在不久將來納米干粉滅火劑終將面 世，將極大地促進(jìn)干粉滅火劑的推廣和使用，是干粉滅火劑未來開展的重要方向。3 催化型干粉滅火劑 1在普通十粉滅火劑中參加某些微量的金屬鹽或強(qiáng)酸，那么火火效能會(huì)顯著增加。這些加 入的

8、微量物質(zhì)相當(dāng)于催化劑，對滅火效果起著很明顯的催化作用，故將這類參加過微量金AI2O3、沸石、環(huán)糊精等中，然后參加干粉內(nèi)，可使干粉滅火劑火火效能提高吸附有強(qiáng)酸的多孔物料在 100 C可長期平安貯存而無腐蝕性。強(qiáng)酸的催化效果次序如下： HI>HBr>H3PO4>H2SO4>HN Q受熱分解能產(chǎn)生強(qiáng)酸的物質(zhì)如氨基酸無機(jī)酸鹽、烷基鹵化物等對碳酸氫鈉、磷酸銨鹽、monnex干粉滅火劑均有催化作用。水溶性 Cu Ni、Mn Co Cr、Fc 金屬鹽可作為多種干粉火火劑的催化刑。這些金屬鹽以水溶液形式沉淀到滅火組分表 面，如用量僅為0. 1%10%的NiCl2、COCI2、Cr2SO

9、4可顯著提高滅火劑滅火效能。此 外，紅磷和黑磷及黃磷異構(gòu)體是磷酸銨鹽滅火劑的良好催化劑，使用時(shí)可以是簡單添加或 用有機(jī) ( 可溶性苯酚樹脂 )、尤機(jī) Mg(OH)2、 Al(OH)3 物，還可以是二者混合物包覆使用。4 載體型干粉滅火劑 1 將滅火組分吸附或結(jié)晶、包覆于固體物料外表制備的干粉滅火劑稱載體型干粉滅火 劑。干粉滅火劑滅火時(shí)，只有臨界粒徑以下小粒子全部起滅火作用，大粒子僅外表層起滅 火作用，滅火效果與粒子比外表積密切相關(guān)。因此，將滅火組分負(fù)載到廉價(jià)、多孔、大比 外表積載體上，不但使滅火粒子比外表積大大增加，還相應(yīng)地減少了滅火劑使用量，既有 利于滅火效能充分發(fā)揮，還降低了生產(chǎn)本錢。如同

10、化學(xué)工程中的負(fù)載型金屬催化劑一樣， 有時(shí)利用載體技術(shù)來制備一些滅火效能非常高而價(jià)格異常昂貴的特殊高效滅火劑。載體有水溶型和非水溶型之分。 非水溶型主要為一些比外表積大的礦物如 Al2IO3 、沸 石、珍珠巖、膨潤土、石棉等。水溶型載體在非水溶劑中載上滅火組分，非水溶型載體在 水溶劑中負(fù)載上滅火組分。例如，在NH4HCO或(NH4)2CO3水溶液存在下，mo nnex粒子經(jīng)浸漬后吸附在 Al2O3、沸石等載體上，然后一起經(jīng)共同噴霧枯燥制成負(fù)載型mo nn ex干粉滅火劑。負(fù)載型滅火劑的內(nèi)核為Al2O3、沸石等，外外表覆蓋著起滅火作用的monnex。細(xì)度 為 80 目的碳酸鈉亦可做載體，因?yàn)樗苄?/p>

11、載體通常以粒子狀態(tài)分散到環(huán)己烷有機(jī)溶劑中 去，然后滴加溶有草酸的乙醇溶液，草酸從乙醇中析出，在碳酸鈉外表結(jié)晶，可制得以碳 酸鈉為載體的草酸干粉。這樣將價(jià)格昂貴而滅火效能極高的有機(jī)羧酸鹽滅火劑負(fù)載于廉價(jià) 易得的載體上，既節(jié)約了本錢又能充分發(fā)揮滅火效能。鹵代烷滅火效率高，滅火后無殘留物，對火場無污染，但噴射距離短，滅火效能的發(fā) 揮受到限制。但經(jīng)過一定特殊工藝處理，如采用藻酸鈉或熱塑性塑料包覆鹵代烷粒子，可 得到球狀干粉滅火劑。 它可以像普通干粉滅火劑一樣噴射到火焰中， 受熱包覆層快速破裂， 鹵代烷迅速釋放出來而發(fā)揮滅火作用。這種包覆處理技術(shù)既能發(fā)揮、提高鹵代烷的高滅火 性能，又克服了其自身弊病。5

12、 多元組分干粉滅火劑 1.5將自身具有滅火效能的各個(gè)滅火劑組分按照一定性質(zhì)和比例混合可制得滅火性能更 佳的多組分干粉滅火劑，這種多組分滅火劑稱為多元干粉滅火劑。在碳酸氫鈉干粉滅火劑中如參加適量氯化鈉、氯化鉀，那么滅B、C 類火災(zāi)的干粉最小用量降低一半，而滅火效能提高一倍多。氯化鈉、氯化鉀晶體性脆易于粉碎，如果預(yù)先降 低其水分含量， 那么會(huì)產(chǎn)生更多超細(xì)粉末。 氯化鈉、 氯化鉀粒子臨界粒徑比碳酸氫鈉大 25， 因此，真正起滅火作用的粒子比例遠(yuǎn)比碳酸氫鈉高，故混合粉體滅火效能顯著提高。以碳 酸氫鈉為主料，添加相關(guān)添料后，不但能有效撲滅鈉、鉀、鎂、鋁、鎂鋁合金、鈉鉀合金等金屬火災(zāi)，還能滅 B、C類火災(zāi)

13、，屬于真正的 BCD新型干粉滅火劑。碳酸氫鈉受熱分解產(chǎn)物碳酸鈉和二氧化碳和鈉燃燒產(chǎn)物氧化鈉反響，生成不透氣的惰性阻燃物質(zhì)覆蓋層，隔絕 空氣，從而窒息滅火，并防止復(fù)燃。該新型干粉目前已經(jīng)在國內(nèi)生產(chǎn)。往磷酸二氫銨千粉滅火劑中參加25%30%硫酸鉀，不但滅火效能提高，還可以滅輕金屬火災(zāi)。如參加15% -35 %氯化鈉、氯化鉀，滅木材火效能提高25%30%，火煤油火效能提高 2 倍，還可以滅輕金屬火災(zāi)：參加硫酸銨15% 30%，綜合滅火效能提高，可滅ABCD類火；倘假設(shè)將磷酸銨鹽與碳酸氫鈉用一定特殊下工藝各自相互隔離、包覆，制備出的 混合滅火劑滅油類火災(zāi)效能極高。氯化鈉無法撲滅 A類火災(zāi)，如與某些低熔

14、點(diǎn)化合物如磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、氯化 鈉、氯化鉀等混合起來， 便成為真正意義上的 ABCD干粉滅火劑。如添加適量分子式中含酰 胺鍵、熔點(diǎn)在100。C以上的化合物，可進(jìn)一步提高滅B、C類火災(zāi)的能力。氯化鈉單獨(dú)用來滅金屬火災(zāi)時(shí)效果不佳，因?yàn)闊o法生成致密覆蓋層不能對燃燒造成窒息作用。以氯化鈉 為主料的D干粉，在配方中參加適量添加劑，滅金屬鈉火災(zāi)時(shí)滅火劑可以形成致密覆蓋層，該覆蓋層平坦、堅(jiān)硬，能有效地起到覆蓋、窒息火火作用。對此覆蓋層進(jìn)行剖面分析，發(fā) 現(xiàn)覆蓋層明顯分為三層：外層灰色，為干粉局部分解產(chǎn)物和燒結(jié)物；中層黑色，為干粉與 鈉反響殘留物；內(nèi)層深灰色，為與干粉有限反響物，該層致密不透氣，對滅火起

15、關(guān)鍵作用。 中層、外層是保護(hù)層，保護(hù)內(nèi)層不受機(jī)械力破壞。滅金屬鎂火災(zāi)時(shí)，在燃燒的鎂外表能形 灰白色覆蓋層，且干粉對垂直和水平燃燒外表有良好的附著性能和覆蓋能力。該新型于粉 目前在國內(nèi)已有產(chǎn)品。此外，某些有機(jī)、無機(jī)鹵化物，堿金屬羧酸鹽如NH4Br,自身滅火效能很高，添加少量到干粉中能顯著改善、 提高干粉滅火效能。NH4Br滅火效能為碳酸氫鈉的 4倍，添加5.0 % 的NH4Br可使碳酸氫鈉用量減少 20%。6 其它新型干粉滅火劑研究張寶瑞 6 利用硼鎂泥作為主料制作了硼鎂泥干粉滅火劑。硼鎂泥為硼砂廠生產(chǎn)硼砂過程中排放的工業(yè)廢渣，用它來制作干粉滅火劑，不但緩解了碳酸氫鈉物資的緊缺壓力， 還為硼鎂泥

16、廢渣綜合利用提供了新路子。在該滅火劑中，碳酸氫鈉占6，硼鎂泥占 80-90 ，其余為硝酸鉀約 3，氨基磺酸 1。硼鎂泥主要化學(xué)成分為 MgCO，3 硼鎂泥粒子 平均粒徑15um小于14 um的比例占88%，粒子外表多孔，比外表積很大，吸附性很強(qiáng)。 其化學(xué)成分分析數(shù)據(jù)結(jié)果見表 1。滅火原理：燃燒是一種靠活性自由基不斷傳遞而進(jìn)行的劇烈鏈?zhǔn)窖趸错?。在火焰?溫作用下，硼鎂泥顆粒迅速爆裂成許多更細(xì)小的顆粒粉末，這樣與火焰接觸的外表積進(jìn)一 步急劇增加。由于硼鎂泥粒子比外表積迅速增加，火焰燃燒中產(chǎn)生的大量活性基團(tuán)在遇到 細(xì)小且吸附性能很強(qiáng)的硼鎂泥粉末時(shí)，自由基迅速被吸附、捕捉，吸附在硼鎂泥粒子外表 的活

17、性自由基接著發(fā)生化學(xué)反響，生成非活性物質(zhì)，使維持鏈?zhǔn)饺紵错懙靡猿掷m(xù)進(jìn)行的 自由基濃度降低，連鎖燃燒反響被終止。此外，硼鎂泥高溫分解生成氧化鎂和二氧化碳， 以及氨基磺酸和硼鎂泥高溫反響生成水和二氧化碳，這些物質(zhì)均對燃燒反響有冷卻和稀釋 燃燒區(qū)氧氣的作用，從而使硼鎂泥干粉滅火劑表現(xiàn)出更高的滅火效能。就物理性能和滅火效果與碳酸氫鈉滅火劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)硼鎂泥干粉滅火 劑與碳酸氫鈉滅火劑在滅火時(shí)間和常規(guī)檢驗(yàn)指標(biāo)上很接近。研制硼鎂泥干粉滅火劑的本錢 僅為BC滅火劑的1/21/3，大大降低了本錢，且使硼鎂泥工業(yè)廢渣變廢為寶，減少了環(huán) 境污染。該新型環(huán)保干粉滅火劑宜繼續(xù)不斷研制和完善，值得推廣。胡

18、炳成7等成功開發(fā)出了一種以天然礦物 EF粉為主料的新型干粉滅火劑。 EF是一種磷礦石的代稱，主要含磷酸鈣和碳酸鈣等物質(zhì)。因?yàn)樗墙?jīng)長期天然風(fēng)化而成，故極易粉碎加工，含水率很低，不易吸潮結(jié)塊，同時(shí)還具有阻燃滅火作用，目前已經(jīng)被成功地應(yīng)用于制作干粉滅火彈。EF干粉滅火劑制作工藝： 將熔化的外表活性劑溶液于80 90 C下參加到粗粉碎過的細(xì)度為 60目的EF粉中，分散均勻，冷卻。將EF粉、分散劑、流動(dòng)促進(jìn)劑、防結(jié)塊劑等依次參加到球磨機(jī)中混合 30 分鐘即可。EF干粉滅火劑滅火機(jī)理主要是多相抑制機(jī)理。在高溫火焰中EF粉離解產(chǎn)生的離子可以同時(shí)吸附一個(gè)或多個(gè)燃燒反響產(chǎn)生的活性自由基，使其反響生成非活性物質(zhì)如水，從而 中斷燃燒鏈?zhǔn)椒错懙倪M(jìn)行，使火焰熄滅。此外，滅火時(shí)EF 粉能形成致密的固體微粒薄膜，覆蓋于燃燒物外表，從而隔絕空氣，造成窒息滅火，并防止復(fù)燃。按照國家干粉滅火劑通用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn) EF 粉各項(xiàng)物理指標(biāo)和滅火性能，發(fā)現(xiàn)其松密度、填充密度均符合要求，含水率、吸濕率遠(yuǎn)小于普通干粉滅火劑，抗結(jié)塊性能明顯優(yōu)于普通干粉滅火劑。此外，流動(dòng)性和噴射率均滿足國標(biāo)要求，滅火性能優(yōu)于普通干粉滅火劑。該滅火劑原料來源廣泛，價(jià)格廉價(jià)，生產(chǎn)過程簡單，無“三廢污染，是一類環(huán)境友好、適 合推廣使用的新型干粉滅火劑。7 新型干粉滅火劑應(yīng)用前景目前世