近年來(lái)，鋁粉被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，因鋁粉受潮后發(fā)生氧化放熱反應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的火災(zāi)爆炸事故也不在少數(shù)。

2014年8月2日，中國(guó)昆山一家大型工廠發(fā)生了粉塵爆炸事故。事故的直接原因是事故車間的除塵系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間未清洗，導(dǎo)致鋁塵積聚在集塵器和集塵桶中。集塵桶已被腐蝕和損壞，水已進(jìn)入集塵桶，并且集塵桶中積聚的鋁粉在弄濕后會(huì)發(fā)生氧化放熱反應(yīng)。開啟集塵風(fēng)扇后，在破碎過程中會(huì)產(chǎn)生大量的高溫顆粒，這些顆粒會(huì)積聚在集塵桶上形成粉塵云。鋁粉在水中的氧化放熱反應(yīng)達(dá)到粉塵云的著火溫度，導(dǎo)致除塵系統(tǒng)和車間鋁粉爆炸。

一般來(lái)說，粉塵爆炸類似于氣體或蒸氣爆炸，在有限空間內(nèi)粉塵云達(dá)到一定濃度并被點(diǎn)燃，然后有限空間內(nèi)的溫度和壓力迅速升高，同時(shí)火焰也在粉塵云團(tuán)中傳遞，可見，它是一種氣體/固體化學(xué)動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。

研究人員在分析粉塵云的點(diǎn)火機(jī)理時(shí)指出，粉塵云點(diǎn)火機(jī)理有3種：

（1）揮發(fā)分首先逸出，之后燃燒，最后碳燃燒，如煤粉；

（2）先熔化后再蒸發(fā)，最后再氣相燃燒，如塑料；

（3）粉塵首先蒸發(fā)，從氧化殼逸出后燃燒，如鋁粉。

目前，氣相點(diǎn)火機(jī)理和表面非均相點(diǎn)火機(jī)理被人們廣泛接受，這兩種點(diǎn)火機(jī)理都是從顆粒點(diǎn)火方面出發(fā)的。

氣相點(diǎn)火機(jī)理認(rèn)為：顆粒受熱后析出揮發(fā)分、揮發(fā)分與空氣形成可燃?xì)怏w混合物、發(fā)火燃燒，如圖1所示。有學(xué)者認(rèn)為粉塵爆炸的實(shí)質(zhì)是氣體爆炸，是可燃性氣體儲(chǔ)藏于固體內(nèi)部，然而從氣相點(diǎn)火機(jī)理第一個(gè)環(huán)節(jié)得知，粉塵溫度升高主要受熱輻射作用，而氣體受熱是熱傳導(dǎo)作用，這也是粉塵爆炸與氣體爆炸主要的不同之處。

圖1 粉塵氣相點(diǎn)火示意圖

表面非均相點(diǎn)火機(jī)理認(rèn)為：首先空氣中的氧分子吸附在可燃粉塵顆粒表面，顆粒表面發(fā)生反應(yīng)被點(diǎn)燃；然后，揮發(fā)分氣相層包裹在微粒表面，這樣氧氣就不與微粒表面接觸，接著氣相層發(fā)生燃燒，重新點(diǎn)燃顆粒。

盡管粉塵爆炸的機(jī)理尚未完全弄清楚，但粉塵爆炸的必要條件已經(jīng)明確。需要如下5個(gè)要素：（1）存在可燃性粉塵，且其濃度處于爆炸極限內(nèi)；（2）有足夠的氧化劑；（3）存在足夠能量的點(diǎn)火源；（4）粉塵呈現(xiàn)云狀，均勻分布在一個(gè)有限空間內(nèi)；（5）粉塵云存在的地方必須相對(duì)封閉，當(dāng)發(fā)生爆炸時(shí)造成沖擊波，溫度才會(huì)迅速升高，反應(yīng)才會(huì)加強(qiáng)；

也有一些特殊情況，當(dāng)粉塵在未完全封閉的空間內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)時(shí)，若熱量無(wú)法及時(shí)釋放出去，也會(huì)構(gòu)成粉塵爆炸。前 3 個(gè)條件可構(gòu)成燃燒的條件，以上 5 個(gè)條件是粉塵爆炸的充分條件，缺少上面的任一條件爆炸就不會(huì)發(fā)生，所以也是預(yù)防和控制粉塵爆炸發(fā)生的重要依據(jù)。在粉塵爆炸預(yù)防方面，通常前3個(gè)條件較后兩個(gè)條件容易消除，通過防止粉塵云的形成、惰化技術(shù)、消除點(diǎn)火源方式降低爆炸發(fā)生的可能性，而對(duì)后兩個(gè)條件的控制措施，可以應(yīng)用自動(dòng)技術(shù)，如安置粉塵濃度檢測(cè)報(bào)警裝置，并與生產(chǎn)設(shè)備電源連鎖來(lái)限制粉塵濃度在爆炸濃度范圍之外，采用構(gòu)筑物防爆、將爆炸危險(xiǎn)的大型設(shè)備布置在建筑物外的露天場(chǎng)所、設(shè)置泄爆口來(lái)降低爆炸對(duì)設(shè)備的損壞，爆炸檢測(cè)系統(tǒng)分為監(jiān)控主動(dòng)式和爆炸波從動(dòng)式兩種觸發(fā)方式，按照燃爆控制機(jī)制又分成降溫型、傳熱隔離型、惰化型及各類機(jī)制聯(lián)用型；生產(chǎn)加工、儲(chǔ)運(yùn)過程中對(duì)粉塵爆炸做到完全預(yù)防是不現(xiàn)實(shí)的，為了將粉塵爆炸事故帶來(lái)的損失降到最低，可通過使用爆炸泄壓、部分惰化、隔離防爆、爆炸抑制、耐壓法來(lái)減輕作用在容器或裝置上的能量。

但同時(shí)，鋁作為一種活潑金屬，能量密度較高且貯存穩(wěn)定。其中鋁燃料電池，又稱鋁空氣電池，是金屬燃料電池中的一種。金屬燃料電池是一種將鎂、鋁等輕金屬作為燃料產(chǎn)生的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。它具有能量密度高、低熱輻射、低噪音、儲(chǔ)存時(shí)間久、放電壽命長(zhǎng)、適配溫度范圍寬、安全系數(shù)高、資源豐富及綠色無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)。

鋁空氣電池在單體電池中以鋁為負(fù)極、氧為正極（如圖2），在工作時(shí)只消耗鋁和少量的水，當(dāng)鋁和水消耗完了就沒法工作了。它是一次電池，不能充電，需要更換鋁電極才能繼續(xù)工作。

圖2 鋁空氣燃料電池

這類電池理論上的正極活性物質(zhì)的量是無(wú)限的，所以電池理論容量主要取決于負(fù)極金屬的量，這類電池?fù)碛懈蟮谋热萘?。作為一種特殊的燃料電池，鋁-空氣電池在軍事、民用、以及水底動(dòng)力系統(tǒng)、電信系統(tǒng)后備動(dòng)力源和便攜式電源等應(yīng)用方面具有巨大的商業(yè)潛力。

隨著技術(shù)的發(fā)展，鋁空氣電池的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，并已在一些設(shè)施中得到應(yīng)用，人們開始探索更好的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。鋁空氣電池的應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢(shì)見圖3。

圖3 鋁空氣電池應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢(shì)