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铝与水反应(铝和水反应怎么解决)

铝与水反应(铝和水反应怎么解决)

更新时间:2022-04-20 11:30:24

铝是大家熟悉的金属。许多人家里做饭用的锅就是铝制的,包括你手机的主框也是铝合金。说到铝发生爆炸,许多人觉得不可思议,但2022年4月3日上午,广东清远一家生产铝型材的工厂就发生了一起生产事故,造成4人死亡1人重伤,厂房严重损毁,初步调查结果表明,这是由熔融铝液泄漏到冷却水池导致的爆炸。

监控录像:爆炸前 热铝水正流入冷却水池

高温熔融的铝水遇到水真会发生爆炸吗?曾经有好事者将铝放在坩埚里烧熔,再将铝水倒入水池里,除了激起些水花和气泡,什么也没发生。

实验:熔融铝水倒入水池并没有爆炸

那为什么工厂里熔融的铝会遇水爆炸,并且类似的事故不时发生?难道工厂的铝会特别一些?这里边其实还是有科学道理的。

在广东清远(广东精美特种型材有限公司)铝材厂爆炸事故之前,一些地方也曾发生过多起铝液爆炸事故。2021年7月,河南发生严重暴雨灾害,洪水冲破围墙淹入登封市一家铝型材厂房,遇到合金槽内的铝液发生剧烈爆炸,好在人员撤离及时,没有造成伤亡。

河南一家铝厂爆炸时的火光和冲击波

2020年9月,甘肃宏达铝型材厂也发生一起爆炸事故,由于工人操作失误导致熔融铝液流入冷却水中,爆炸酿成3死7伤的惨剧。

铝厂爆炸在全球都有发生,2015年8月2日,美国一座铝厂的熔融铝与水接触导致爆炸,造成20多名工人受伤,由于爆炸威力巨大,距离30多英里外(约50公里)的地震台都测到了大地震动。2016年6月29日,美国亚特兰大纽兰铝厂因同样原因爆炸导致5人受伤。美国铝业机构称类似的爆炸“每16个月就要发生一次”。

美国纽兰铝厂爆炸后的废墟

熔融铝液遇水发生爆炸,这是事实;一些实验者将同样熔融的铝液倒入水中却并没有发生爆炸,这也有录像为证。那么到底哪一个是真的?

热的铝遇到水会发生爆炸?答案是不会,你完全不需要为烧开水的铝锅担心,它永远都不会发生爆炸。发生“爆炸”的是水,铝只是触发因素,这里有一个物理过程和一个化学过程。

当水突然遇到高温物体时,它会在高温物体的表面迅速发生气化,当大量水瞬间受热变成水蒸气时,其体积会迅速膨胀数千倍,这种现象被称作“闪蒸”。

钢铁厂在浇筑钢坯之前,需要向模具中吹热风使其保持干燥。假如模具中残存有少量水,遇到铁水就会发生水蒸气闪蒸,向四周飞溅的铁水很容易酿成安全事故。

钢水浇铸时发生闪蒸

铝的熔点为660.32℃,大量高温铝液与少量水混合,铝迅速加热水导致闪蒸事故。反之,将少量铝液缓缓倒入冷水中,铝会很快被冷却,因此除了冒些气泡之外并不会发生什么。

缓慢倒入的铝水快速冷却,不会发生闪蒸

铝是一种活泼金属,它能以极快的速度与氧气发生化学反应生成氧化铝(Al2O3),氧化铝非常稳定,它包裹在铝的外面形成一层致密的钝化膜,从而阻止了里边的铝接触到氧气。

而在发生闪蒸时,铝液表面的钝化膜被迅速膨胀的水蒸气冲散;同时铝液雾化成一颗颗极小的铝滴,其表面积大幅增加;铝原子与水分子“赤膊相见”,将水分子中的氧“抢走”变成氧化铝,失去氧的水分子变成氢气,同时释放出比同等重量硝酸甘油多2.5倍的热能。

2 Al 3 H2O = Al2O3 3 H2

氢气极易燃烧,当空气中混有18.3%~59%体积的氢气时就会发生爆炸,由于只需要0.02毫焦耳的能量就能引爆,因此在高温闪蒸时发生氢气爆炸是必然事件。

河南铝厂发生爆炸

高温铝液使水闪蒸、铝与水反应生成氢气和热能、氢气爆炸,一切都在几秒钟内发生,就像引爆了一枚云爆弹——这也是为什么铝厂爆炸都极具破坏力的原因。美国铝业协会安全专家称,应严禁携带饮用水进入熔铸车间,因为一瓶矿泉水落入熔铸池,爆炸的威力足以摧毁整座厂房。

2018年山西永济云海铝业爆炸后的厂房

讲到这里你应该明白了,所谓的铝水爆炸,其实主要是水在遭遇炙热铝水之后发生闪蒸,同时由于水被分解产生的氢气发生爆燃,并不是铝本身发生爆炸,类似的事故也可能发生在钢铁厂或者其它金属冶炼企业。

铝比大多数金属更活泼,也更容易从水分子中抢夺氧,从而制造出大量氢气,这就是水遇到熔融铝液之后更容易发生剧烈爆炸的原因。如果将少量熔融铝液缓缓倒进水池里,通常不会发生爆炸,但我还是劝你不要冒险尝试。

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