1.3 粉體及其特殊性能（3）——低熔點和高化學活性

1.3.1 顆粒做細，變得易燃、易于溶解

用火柴點火燒一個鐵釘，鐵釘不會起燃，但是如果將家庭洗碗常用的鋼絲球靠近灶火，便會像煙火那樣發(fā)出啪啪聲響，并冒出火焰。在汽車輪轂制造等金屬打磨車間，落在地面的廢棄物中含有鐵、鋁、鎂等金屬的超微粒子，若使其在純氧中流動，瞬間即可發(fā)生燃燒和爆炸。由粉體引發(fā)的爆燃事故屢有發(fā)生。但是，日常做飯的蒸鍋和炒鍋卻安然無恙。其中的原因是，與塊體材料相比，鋼絲球和金屬超微粒子的表面積要大得多。

切分物體會產生新的表面。進一步細微切分會產生越來越多的表面。因此，如果切分為超微粒子（小于1μm的粒子），與塊體時相比，表面積會有數量級的增加?；瘜W反應一般在物體的表面進行，隨著表面積增大，反應速度急速增加，進而使得鐵等金屬也會在空氣中燃燒。

對于物質在水等溶劑中溶解的情況，藉由微粉化，使其與溶質的接觸面積增加，也可以促使其在溶劑中的溶解速度大大增加。這對于難以溶解的藥品來說是有益的。

在涉及粉體的學術、技術領域，作為表示表面積的參數，常使用稱為比表面積的數值。比表面積定義為每單位體積（例如1m3），或每單位質量（例如1kg）物質所具有的表面積。

比表面積隨著粒子的大小按反比例增加。例如，對于相對密度為1的球形粒子，直徑1mm的粒子的比表面積為6m2/ kg，而1μm的粒子的比表面積則為6000m2/ kg，1g粉體具有6m2的表面積。

1.3.2 禮花彈的構造及粉體材料在其中的應用

禮花彈外殼為紙質，內部裝填有燃燒劑、助燃劑、發(fā)光劑與發(fā)色劑。燃放高空煙火時，發(fā)射藥把禮花彈推射到空中，同時點燃禮花彈的導火索。

禮花彈飛到空中后，由黑火藥制成的燃燒劑被導火索點燃，在劇烈燃燒之下生成大量氣體（二氧化碳、二氧化氮等），造成體積急劇膨脹，炸裂禮花彈的外殼，把發(fā)光劑與發(fā)色劑拋射出去并將其引燃。

禮花彈材料若按功能進行分類，可分為氧化劑、可燃劑、效果劑以及結合（黏結）劑等。

① 氧化劑。為使煙花高效率燃燒，氧化劑必不可缺?，F在主流使用硝酸鉀、硝酸鋇、過氯酸鉀等。盡管作為火箭推進燃料的過氯酸銨也有使用，但使用不多。

② 可燃劑。可燃物質。自古多用木炭和硫黃，也使用鋁等金屬粉。

③效果劑。藉由氧化劑引起可燃劑燃燒，通過燃燒反應產生的熱量可發(fā)生光、聲、煙等的物質。由于發(fā)生色的效果很明顯，也稱其為“色火劑”。發(fā)紅色的為碳酸鍶；發(fā)黃色的為溴酸鈉、碳酸鈣；發(fā)藍色的為氧化銅；發(fā)銀色的為鋁；發(fā)金色的為鈦合金等。

④ 結合（黏結）劑。將分散的粉體固化。多采用有機聚合物，有的也兼作可燃劑。

禮花彈中的裝填物均為粉末狀，表面積巨大，相鄰的氧化劑和可燃物顆粒之間可充分接觸。禮花彈被引燃后，裝填物受到壓縮，顆粒間接觸更加緊密，化學反應得以劇烈發(fā)生。

1.3.3 小麥筒倉發(fā)生粉塵爆炸的瞬間

2014年8月2日，蘇州昆山中榮金屬制品有限公司拋光二車向發(fā)生特重大鋁粉塵爆炸事故，造成75人死亡，185人受傷。

2015年6月27日晚8點40分左右，臺灣地區(qū)新北市八仙水上樂園舉行的“彩虹聚會”（Color Play Asia)上發(fā)生粉塵爆炸事故，造成500余人受傷，15人死亡。

1977年12月22日，美國路易斯安那州，聳立在密西西比河沿岸的一個谷物儲存筒倉發(fā)生粉塵爆炸，從提升塔中騰起的火球高達30m，爆炸產生的沖擊波傳至16km以外。73座筒倉中有48座遭受嚴重破壞。這起事故造成36人死亡，9人受傷。兩天之后，已經撲滅的大火又重新燃燒起來。據分析，是傳送裝置在搶險過程中因摩擦生熱，再度引起現場谷物粉塵著火爆炸。可見即使是平日里司空見慣的面粉，也可能導致巨大的破壞，必須小心防范。

所謂爆炸，是在閉空間中，由于可燃物與空氣的混合并激烈的燃燒，所造成急劇升溫及產生高壓的現象。小麥是可燃物，但在大的麥粒狀態(tài)不會發(fā)生激烈的燃燒。但是，磨成粉之后由于表面積增大，燃燒速度會迅速增加進而引起爆炸。

粉塵爆炸發(fā)生的條件概述如下。隨著可燃物微細化（大致200μm以下），表面積增大。它在空氣中分散而浮游，變?yōu)榉蹓m。一旦分散的浮游粒子的濃度達到某一濃度范圍（存在上限和下限），再遇到著火源，則爆炸瞬時發(fā)生。前述谷物儲存筒倉發(fā)生的爆炸，就是因為在谷物的輸送、倉儲作業(yè)中，被磨碎的谷物片狀微粒子在筒倉中浮游所致。這種情況一旦超過著火能量，則會發(fā)生爆炸。最小著火能量與粉塵粒子的大小基本上成正比。

作為粉塵爆炸的對策，在爆炸的三個條件，即氧、可燃物濃度、著火能量中，至少有一個被抑制即可以防止爆炸。

1.3.4 電子復印裝置（復印機）的工作原理

當一張需要復印的圖像被放置在復印機的原稿臺上時，在機內燈光照射下形成反射光，通過由反射鏡和透鏡組成的光學系統，聚焦成像。像正好投射在感光鼓上。感光鼓是一個圓鼓形結構的筒，表面覆有硒光導體薄膜（也有使用有機或陶瓷光導材料的感光鼓，統稱為“硒鼓”）。光導體對光很敏感，沒有光線時具有高電阻率，一遇光照，電阻率就急劇下降。開始復印之前，在電暈裝置的作用下，光導體表面帶有均勻的靜電荷。當由圖像的反射光形成的光像落在光導體表面上時，由于反射光有強有弱（因為原稿的圖像有深有淺），使光導體的電阻率相應發(fā)生變化。光導體表面的靜電電荷也隨光線強弱程度而消失或部分消失，在光導體膜層上形成一個相應的靜電圖像，也稱靜電潛像。這時，與靜電潛像上的電荷極性相反的顯影墨粉被電場力吸引到光導體表面上去。潛像上吸附的墨粉量，隨潛像上電荷的多少而增減。于是，在硒鼓的表面顯現出有深淺層次的墨粉圖像。當帶有與潛像極性相同但電量更大的電荷的復印紙與墨粉圖像接觸時，在電場力的作用下，吸附有墨粉的硒鼓如同蓋圖章一樣，將墨粉轉移到復印紙上，在復印紙上形成相應的墨粉圖像。再在定影器中經加壓加熱，墨粉中所含樹脂融化，墨粉就被牢固地粘在紙上，圖像和文字就在紙上復印出來了。

這里使用的墨粉，雖然主要成分是炭，但是和我們日常生活中見到的炭粉相比，復印用的墨粉顆粒更加細小，化學穩(wěn)定性更高，因此具有極高的成像質量。而且，墨粉中的微小炭粒被包裹在樹脂中形成直徑5～20μm的顆粒。樹脂在定影器中受熱融化后再度凝固，起到黏結的作用。

使墨粉帶電的過程也很有講究。以配合p型感光鼓使用的墨粉為例，其電荷通過與載體的摩擦得到。載體直徑為30～100μm，由鐵氧體構成，并在表面覆有樹脂涂層，防止墨粉在其上結塊，以進行持續(xù)的摩擦起電。在機械作用下，載體和墨粉相互摩擦，從而使載體帶有正電，墨粉帶有負電。

1.3.5 臭氧層孔洞的擴大與微粒子相關？

南極上空的臭氧層孔洞在當地初春9月份前后達到每年的最大，而2003年達到歷史上的最大級（稍低于最高值）。這是因為，形成孔洞的南極上空平流層的溫度比歷年都低。

雖然被稱為臭氧層孔洞，但所謂“孔洞”，實際上是指平流層上臭氧濃度低的那一部分。本來，臭氧是有害物質，但由于它起到遮擋紫外線的作用，因此，臭氧層對于地球生物的生存不可或缺。

破壞該臭氧層的主要原因之一是氟化碳氣體類（CFCs），但其孤掌難鳴，其中也少不了氣溶膠粒子的重要幫兇作用。

氟化碳氣體一旦到達平流層，受紫外線的作用會發(fā)生分解，產生破壞臭氧的物質——氯氧化物（ClOx）。后者藉由催化劑反應循環(huán)，一步一步持續(xù)地對臭氧產生破壞作用。但是，到達平流層的微量的氮氧化物與其發(fā)生反應，會形成準穩(wěn)定的貯留成分（ClONO2），不久便可使催化劑反應循環(huán)終結，從而使臭氧破壞停止進行。

但是，這種貯留成分一旦附著在冰等微粒子的表面，由于非均勻反應，又會變成臭氧破壞物質。而且，氮氧化物一旦變?yōu)镠NO3，會被吸入冰粒子（固相）中，致使催化劑活性循環(huán)再次活躍進行。

冬天的南極上空，受稱為極渦的強烈西北風的包圍，由于其內部氣溫會降低到極低（-78℃），從而生成以三水合硝酸（HNO3?3H2O）及冰粒子為主成分的極域成層圈云，隨著上述不均勻反應的進行，臭氧破壞物質持續(xù)生成。故可以認為，臭氧破壞物質在春天陽光的沐浴下，急劇對臭氧層發(fā)生破壞作用。

順便指出，在皮納圖博火山（菲）爆發(fā)后的1992至1993年間，在北半球記錄到臭氧層破壞，一般認為，這是由于火山噴發(fā)造成平流層的硫酸氣溶膠粒子大幅度增加所致。