钾盐抑制铝镁合金粉尘爆燃的效应与机制研究

本文通过垂直密闭管道实验系统，创新性地采用比色测温技术（Colorimetric thermometry）结合动态温度场分析，系统研究了K2CO3、KHCO3、KCl和K2C2O4对Al-Mg合金粉尘爆炸压力参数（Pmax、(dP/dt)max）、火焰传播及温度分布的抑制效应，揭示了物理稀释吸热与化学自由基终止的双重作用机制，为工业金属粉尘爆炸防控提供了新材料设计依据。

　　

Highlight

本研究创新性地将比色测温技术应用于铝镁合金粉尘爆炸研究，通过自研的爆炸温度测量系统，首次实现了密闭管道内爆炸动态温度场与火焰传播行为的同步观测，为金属粉尘爆炸抑制机制研究提供了全新视角。

Experimental system and material

实验采用长1.08米、截面0.134米×0.134米的垂直密闭管道系统，配备自动配气装置和高速数据采集模块。测试材料包含粒径D₅₀=28.5μm的Al-Mg合金粉尘（70%Al-30%Mg）及四种钾盐抑制剂（K₂CO₃、KHCO₃、KCl、K₂C₂O₄），通过20kJ化学点火头触发爆炸。

Explosion pressure parameters

如图5-6所示，KHCO₃在20-40%添加比例下使爆炸压力指标降低约50%，展现出最优抑制稳定性；而KCl在高浓度（50%）时呈现"后发优势"，其P_max可降至0.28MPa。有趣的是，K₂C₂O₄的抑制效果呈现非线性波动，暗示其作用机制可能存在浓度依赖的相变过程。

Thermal properties of the powders

同步热分析（TG-DSC）显示，KHCO₃在100-200℃发生显著吸热分解（吸热量达1.5kJ/g），而K₂CO₃的分解温度高达900℃。这种热行为差异完美解释了KHCO₃在低温段更优异的抑制性能——就像"化学空调"般快速吸收爆炸热量。

Conclusions

1. 1.

   钾盐类型与添加比例是抑制效率的关键：KHCO₃使火焰温度从3400℃骤降至2500℃，堪称"温度灭火器"；

2. 2.

   物理机制（稀释/吸热）与化学机制（自由基淬灭/反应路径改变）协同作用，其中KHCO₃的低温分解特性使其成为"双效抑制剂"；

3. 3.

   K₂C₂O₄的不规则抑制曲线提示其可能存在"浓度窗口效应"，这为后续分子设计提供了有趣线索。