Горение алюминия: могут ли гореть алюминиевые изделия
Источник фото – dzen.ru
Может ли алюминий гореть? Как ведут себя алюминиевые сплавы при нагреве до высокой температуры и «боятся» ли они пожаров? Почему «негорючий» металл активно применяют в пиротехнике и производстве топлива?
Ответы на эти и некоторые другие вопросы вы найдете ниже.
Горит ли алюминий в твердом виде
Один из ведущих специалистов в алюминиевой индустрии, Дж. Г. Кауфман, в своих работах отмечает, что фактически все марки деформируемых и литейных сплавов на основе алюминия в нормальных условиях не горят. Это касается прессованного алюминиевого профиля, листов, штамповок, отливок и даже фольги. Кроме того, специалист отмечает, что эти материалы:
- •не способствуют распространению пламени;
- •не ускоряют процесс горения других материалов;
- •не выделяют вредных веществ.
При нагреве с алюминиевыми конструкциями происходит то же, что и со многими другими металлами – сначала они теряют прочность, а затем начинают плавиться и вытекать. Потеря прочности проявляется примерно при 150-200 °С в зависимости от марки сплава.
Факт: алюминий при равной массе и размерах изделия нагревается медленнее, чем сталь, и имеет большую скорость выравнивания температуры в массе конструкции. Это значит, что он лучше защищен от локального перегрева, например, при пожаре.
Почему алюминий не сгорает?
Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним определение горения. Под горением понимают быстрое окисление вещества с одновременным выделением тепловой и световой энергии. Окисление невозможно без окислителя – в большинстве случаев это кислород из воздуха.
Также известно, что все алюминиевые изделия при производстве быстро покрываются оксидной пленкой, которая защищает металл, например, от коррозии. Эта же пленка препятствует процессу горения алюминия.
Пленка ограничивает контакт сплава под ней с кислородом воздуха, что и обеспечивает высокое сопротивление алюминиевого профиля возгоранию. Однако существуют способы «обойти» пленочную защиту и «заставить» алюминий гореть.
При каких условиях может гореть алюминий
Чтобы нарушить целостность оксидной пленки, которая защищает алюминий от горения, нужно переработать металл в порошок. Так «гранулы» сплава лишатся своей защиты, но поджечь кучу алюминиевой пыли все равно будет проблематично – в лучшем случае загорится только ее поверхностная часть.
Чтобы порошок сгорел полностью, необходимо распылить его в воздухе над источником огня. Сгорая, частицы будут выделять тепло и свет в виде ярких вспышек. Этот эффект активно используют пиротехники, добавляя алюминизированные порошки в заряды различных фейерверков и салютов.
Реакция горения порошкового алюминия на воздухе выглядит так:
4Al + 3O2 = 2Al2O3
Горючим веществом в данном случае выступает пар алюминия: его давление над поверхностью окисляющегося металла растет вместе с ростом температуры, что приводит к воспламенению за счет тепла, которое выделилось при контакте с кислородом воздуха.
Чем меньше при этом будет частица, тем легче она нагреется за счет окисления и тем быстрее загорится пар. Поэтому порошок активно горит только при распылении: так каждая частица алюминия получает достаточно кислорода.
Факт: свойства алюминия позволяют использовать его порошки также при производстве твердого ракетного топлива.
При каких еще условиях алюминий способен гореть
Температура кипения алюминия – 2 520 °С. Если нагреть металл до значения, близкого к этой отметке, а также обеспечить высокое давление алюминиевого пара, металл действительно загорится, причем произойдет это без внешних источников огня.
Еще один важный нюанс – состояние оксидной пленки, которая препятствует нужной реакции, при нагреве. Ошибочно полагать, что при высоких температурах она истончается или разрушается – с нагревом алюминия до 200, 500 и даже 1000 градусов Цельсия толщина пленки только растет.
Плавиться пленка начинает только при 2050 °С. Это почти на 500 градусов меньше температуры кипения самого металла, однако самовоспламенения алюминия не происходит, даже когда пленка расплавлена. Причиной тому может быть недостаточный уровень давления пара.
Исключения
Защитные способности оксидной пленки, которая препятствует возгоранию, зависят от металлов, входящих в сплав. Например, у сплава алюминия с магнием, последний, будучи поверхностно-активным элементом, играет главную роль в окислении. Если содержание Mg в составе превышает 1%, пленка сплава состоит только из его оксида MgO, а не из Al2O3. У таких сплавов она не способна послужить естественной защитой от возгорания.
Итог
Алюминий и большинство сплавов на его основе не горят и не способствуют горению за счет оксидной пленки, которая защищает находящийся под ней слой металла. Однако некоторую горючесть имеет мелкодисперсный алюминиевый порошок, который используют, в том числе, в производстве топлива и пиротехники.
Необходимые условия для горения алюминия в виде цельных изделий (профиль, труба и т. д.) – высокое давление алюминиевого пара и нагрев изделия до температуры, близкой к температуре кипения (около 2520 °С). Для сравнения, максимальная температура при мощных наружных пожарах и сгорании горючих газов – 1350 °С.