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1、磷酸铵盐干粉灭火剂摘要：本文概述了磷酸铵盐干粉灭火剂的灭火原理、原料组分、配方设计、生产工艺及过程要点，并探讨了相关质量问题产生的原因及相应解决方法。关键词：磷酸铵盐；干粉灭火剂；斥水性；吸湿性；灭火性能；结块；粒径前言磷酸铵盐干粉灭火剂简称 ABC 干粉灭火剂，其中磷酸二氢铵(NH 4H2PO4)起主要灭火作用，其余辅料起防结块、添加剂等功能。磷酸铵盐干粉灭火剂主要分三类：1)以磷酸铵盐或焦磷酸铵盐为基料的干粉；2)以磷酸铵盐或硫酸铵盐为基料的混合干粉；3)以聚磷酸铵盐为基料的干粉。磷酸铵盐干粉灭火剂较之 BC 类干粉灭火剂用途更广泛，除具有 BC 灭火剂灭火功能外，还可灭 A 类固体火灾；
2、不但能扑灭平面火灾，还能灭三维立体空间火灾。此外，磷酸铵盐干粉灭火剂因灭火效率高，速度快，原料来源广泛，对环境、人畜无毒害，不需要特殊动力及使用温度宽广等特点，已经获得很广泛应用。因磷酸铵盐灭火剂的多功能用途，为使用单一灭火剂替换各种各样高度专门化灭火剂提供了更大方便。另外，目前世界范围内掀起了淘汰哈龙灭火剂的环保运动，我国计划在2005 年全面淘汰哈龙121l，2010 年淘汰哈龙1301。因此，寻找开发新型环保灭火剂替代哈龙灭火剂势在必行，磷酸铵盐干粉灭火剂有望成为替代哈龙灭火剂的一类理想产品。2 灭火原理窒息、冷却、辐射及对有焰燃烧的化学抑制作用是磷酸铵盐干粉灭火效能的集中体现。其中化学
3、抑制作用是灭火的基本原理，起主要灭火作用。磷酸二氢铵在燃烧火焰中吸热分解出氨和磷酸，随后生成 P205。每一步反应均是吸热反应，故有较好的冷却作用；分解产生的游离氨能与火焰燃烧反应中产生的 OH 自由基反应，减少并终止燃烧反应产生的自由基，降低了燃烧反应速率，当火焰中游离氨浓度足够高，与火焰接触面积足够大，自由基中止速率大于燃烧反应生成的速率，链式燃烧反应被终止，导致火焰熄灭。此外，高温下磷酸二氢铵分解，在固体物质表面生成一层玻璃状薄膜残留覆盖物覆盖于燃烧物表面，冷却后形成脆性覆盖物使燃烧表面与空气隔绝，当覆盖物达到一定厚度时能够阻止复燃，阻止燃烧进行。3 磷酸铵盐干粉灭火剂组分及配方设计磷酸
4、铵盐干粉灭火剂主要由活性灭火组分、疏水成分、惰性填料及其它成分组成。疏水成分主要有硅油和疏水白炭黑；惰性填料种类繁多，主要起防振实、块，改善于粉运动性能、电性能，催化线型硅油聚合以及改善与泡沫灭火剂的共容等作用。3.1 灭火组分磷酸铵盐干粉灭火剂中主要灭火组分是磷酸铵盐，硫酸铵与氯化钠经常作为辅助灭火组分加入，它们主要弥补、增强磷酸二氢铵扑灭 B、C 类火灾的灭火效能。3.1.1 磷酸二氢铵磷酸铵盐是磷酸铵盐干粉灭火剂的核心，配方设计总是围绕磷酸铵盐来进行的。磷酸二氢铵盐的物理和化学性质对磷酸铵盐干粉灭火剂性能有重要影响。因此，首先要了解磷酸铵盐的物理和化学性能，清楚磷酸铵盐干粉灭火剂性能与磷
5、酸二氢铵盐密切关系对于干粉灭火剂配方设计和生产工艺过程控制是很关键的。3.1.1.1 物化性能磷酸二氢铵：五色透明四方晶体，比重：1.803 g/cm 3(19)，熔点 190，在空气中稳定，在 100时小部分分解，溶于水，呈酸性。工业上将磷酸与氨按照一定比例进行中和反应生成。工业级 NH4H2PO4含量98.0%，水不溶物0.1%，价格较高；化肥级NH4H2PO4国外含量约 90%，国内精制级含量为 88%，普通级 70%左右。国内厂家由于生产规模小及受技术、设备等因素影响不同厂家生产的 NH4H2P04质量参差不齐，所含杂质也不同，故磷酸二氢铵的吸湿率也各不相同。3.1.1.2 化肥级磷酸
6、铵盐生产磷酸铵盐干粉灭火剂的磷酸铵盐有工业级和化肥级之分，化肥级中磷酸二氢铵含量较低，价格也较低。但需注意的是只有磷酸二氢铵化肥才能用来制造干粉灭火剂，别的磷酸铵盐化肥均不能用来生产干粉灭火剂。工业上采用如下方式制备磷酸二氢铵：NH3+H3PO4 NH4H2PO4。磷矿石中含有 MgO、A1 203、Fe 203，等杂质，用湿法制磷酸时，它们与磷酸和氨反应。例如，与 MgO 反应生成磷酸铵镁。这些杂质存在会增加磷酸铵盐化肥粘结性与吸湿性，当然也影响到磷酸铵盐干粉灭火剂的抗结块性和吸湿性。因此，使用不同厂家化肥级磷酸铵盐时应慎重考虑其杂质种类和含量。3.1.1.3 生产中磷酸铵盐用量计算国标中对
7、磷酸铵盐干粉灭火剂中的磷酸二氢铵含量有规定，而实际上国内磷酸铵盐纯度是用 P2O5或 N 的百分含量来表示的，因此不能直接用 P205。或 N 的百分含量替代NH4H2PO4的含量来计算磷酸铵盐的用量。首先需要将 P205或 N 的百分含量转化成磷酸二氢铵的含量，然后计算磷酸二氢铵盐的用量。尽管磷酸铵盐的纯度可以分别用 P205、N的百分含量表示，但实际上应用 P2O5含量来计算所得结果更接近真实值。NH 4H2PO4中P205理论含量为 61.7%将某 NH4H2PO4中 P205。含量与理论含量 61.7%相除，即得 NH4H2PO4百分含量。这样，磷酸铵盐干粉灭火剂中 NH4H2PO4百
8、分含量可表示为：(磷酸铵盐投入量P 2O5%/61.7%) 100%/(磷酸铵盐投入量+生产中不挥发辅助料)。这一点和碳酸氢钠及氯化钠干粉灭火剂有很大不同，实际生产中应该予以重视。3.1.2 硫酸铵与氯化钠硫酸铵盐作为辅助灭火组分，主要弥补、增强磷酸二氢铵干粉灭火剂扑灭 B、C 类火灾的效能。在磷酸铵盐干粉灭火剂中加入 25%30%硫酸铵盐，可明显提高灭火效能。物化性能：纯品为无色正交结晶，商品为白色或微带颜色结晶，比重1.769g/cm3，235分解，易溶于水，水溶液呈酸性反应，不溶于乙醇、丙酮。在潮湿环境中吸收水分而结块，与碱类物质作用放出氨气。硫酸铵与磷酸铵盐之间并非简单的惰性混合，实验
9、表明二者之间存在化学接触反应。磷酸铵盐吸湿率很高，而硫酸铵吸湿率很低，将二者按照一定比例混合进行吸湿实验，结果发现混合物吸湿率高于混合物加权平均值，说明二者部分发生反应，生成了硫、磷酸铵。硫、磷酸铵吸湿率较高，且吸湿率随吸湿率时间和磷酸铵盐混合比例增加而明显升高。3.1.3 氯化钠氯化钠：白色立方晶系结晶体，呈细小结晶分，粉末状，无臭、味咸、中性。密度：2.165 g/cm3，熔点 810，沸点 1413，有杂质存在时易潮解，溶于水、甘油。NaCl百分含量98.0%，是食盐的主要成分。在磷酸铵盐干粉灭火剂中加入氯化钠 15%35%，同样可明显提高其灭 BC 类火灾的能力，还可灭轻金属火，是真正
10、的 ABCD 干粉灭火剂。32 疏水组分硅油和疏水白炭黑构成千粉灭火剂疏水组分，共同围绕在灭火剂粒子周围形成叠加斥水场，协同保持干粉的斥水防潮性。3.2.1 硅油硅油：线型聚硅氧烷，根据主链硅原子侧基所连接的基团划分，用于干粉灭火剂的硅油分甲基硅油、乙基硅油、甲基含氢硅油、乙基含氢硅油等，其中甲基含氢硅油(202)最常用。含氢硅油中，侧链乙基、甲基与硅原子个数之比小于 2，R/Si2 时，由于侧基无氢原子，线型聚硅氧烷分子间作用力很弱，水解交联反应慢，硅油固化需要很长时间，导致干粉虽经长时间聚合，仍有粘手感觉。当 2/320um 的粒子灭火效能锐减。所以，磷酸铵盐干粉灭火剂灭火效能同时决定于磷
11、酸二氢铵纯度与底盘粒子的比例，二者的乘积是一个重要表征灭火效能的参数。 干粉灭火剂灭火效能是小粒子与大粒子灭火效能之和。按灭火效能定义，有如下关系式：如果知道 sa 就可求出，在实际生产中根据 Xk 控制干粉大、小粒子的级配，可获得具有最佳灭火效果的干粉。国内有的厂家生产的磷酸铵盐干粉灭火剂灭火能力差甚至无法灭火，究其原因是其灭火组分粒径粗以及底盘中细粉含量、尤其是粒径20 pm 的磷酸铵盐粒子过少造成的。6.6 松密度磷酸铵盐类干粉灭火剂松密度有下限规定，若松密度太小，则无法保证钢瓶干粉充装量。因此，应该检查粉碎系统并调整粉碎机，调整配方中不同物料，配比来达到松密度要求。6.7 抗振实性有的
12、干粉在充装钢瓶静置一段时间后，插入吸管很费力。可通过如下方法解决：提高云母粉、活性白土及其它防振实填料的用量比例，调节相互间搭配。灭火原料应一次性全部粉碎且注意粉碎工艺的稳定性。6.4 磷酸铵盐干粉灭火剂生产中的结快现象磷酸铵盐类干粉灭火剂生产厂家会遇到这样情况：在生产过程中加完硅油水后，遭遇一段时间停电，结果发现混合器中磷酸铵盐已经结块，有时结块很大且很坚硬，很难从混合器里清理出来。结块严重情况下，电机无法带动搅拌器，甚至烧坏电机。有时即使不停电，也会发生结块现象。究其原因，主要是由于磷酸二氢铵溶解度增大造成的。磷酸二氢铵溶解度大，且随温度升高明显增大。实验证明，温度从 60到 100，磷酸
13、二氢铵溶解度增大 110%。混合物在混合加热过程中，物料中水分不断向外迁移，粒子表面气相中水蒸汽分压逐渐增大。当体系中水蒸气不能及时排出时，饱和水蒸汽开始在粒子表面发生冷凝，溶解部分磷酸二氢铵粒子表层，形成磷酸二氢铵饱和溶液。随着温度升高，溶解度增大，溶解饱和液粘度增加，粉体变为粘滞液体，体系阻力增大，加重电机负荷，直至停止运转。溶解持续进行，导致体系温度下降，饱和磷酸二氢铵溶液开始析出结晶，随温度不断降低，大量磷酸二氢铵晶体持续析出，析出后的相临粒子连结在一起，逐步形成硬块。因此，要防止磷酸铵盐干粉灭火剂在混合器内结块，首先要保持抽风除湿设备正常工作，及时抽走混合器内蒸发的水分，降低水蒸汽分
14、压；其次是控制混合料中的水分含量尽可能低。7 磷酸铵盐干粉灭火剂现状与前景与水、泡沫、二氧化碳等灭火剂相比，干粉灭火剂在灭火速率、灭火面积、等效单位灭火成本效果三个方面远远优于前者。因其灭火速率快，制作工艺过程不复杂，使用温度(-5080)范围宽广，对环境无特殊要求，以及使用方便，不需外界动力、水源，无毒、无污染、安全等特点，目前在手提式灭火器和固定式灭火系统上得到了广泛应用。随着我国经济飞速发展，城市化规模和城市现代化不断发展，建筑日趋密集和高层化，人口急剧增加，财富高度集中，各种起火因素不断增加，城市火灾日趋严重。火灾频繁发生，使人类积累的巨大物资财富瞬间毁于一旦，对人类生命、财产安全构成
15、了极大威胁，因此，加强不同场合消防安全设施很重要。然而目前在许多公共场合配置的主要是 BC 干粉灭火器，当然这主要是考虑价格的原因。可是，BC 干粉灭火器难于扑灭 A类固体火灾，很多火源往往是 A 类火。如果仅仅因为节约钱财造成灭火器配置错误而酿成重大火灾则得不偿失。所以必须加强推广和宣传磷酸铵盐类干粉灭火剂，在适当场所用 ABC 干粉灭火器替代 BC 干粉灭火器，这是一项刻不容缓的消防工作。目前，我国磷酸铵盐类干粉灭火剂质量普通还存在不少缺陷，有的厂家因技术工艺不过关，设备陈旧而无法制造出合格的灭火剂；有的厂家为了眼前利益，偷工减料甚至粗制滥造，根本无法保证产品质量。这些行为都严重危害了磷酸铵盐类干粉灭火剂的推广和使用，甚至为重大火灾埋下了隐患，置人民生命和财产安全于不顾。所以，首先严格保证磷酸铵盐干粉灭火剂质量显得尤为重要。当前国内外磷酸铵盐干粉灭火剂的使用愈来愈普及，市场需求量逐年不断上升，磷酸铵盐干粉灭火剂将获得更大的发展空间和更广泛的应用。
