10. Механизм самовозгорания

Можно выделить два механизма самовозгорания:

Тепловое самовозгораниезаключается в следующем. Многие дисперсные материалы взаимодействуют с кислородом воздуха уже при обычной температуре. В условиях, благоприятствующих накоплению тепла в массе материала, происходит повышение температуры. Это в свою очередь повышает скорость реакций окисления, повышая при этом температуру и т. д. В итоге может произойти самовозгорание материала.

Тепловое самовозгорание – физикохимический процесс, скорость которого зависит от скорости химической реакции, поступления кислорода  к реагирующей поверхности и от интенсивности теплообмена материала с окружающей средой.

При хранении дисперсных материалов на воздухе кислород проникает вовнутрь материала между частицами. Попадая в поры, кислород адсорбируется в поверхностном слое, что вызывает повышение температуры. Наличие развитой поверхности твердого материала с адсорбированным на ней кислородом является необходимым условием для начала теплового самовозгорания.

Существенную роль в развитии процесса самовозгорания играют пористость и адсорбционная способность материала. Чем больше пор, тем больше развита поверхность контакта и адсорбция на ней кислорода. Поэтому наиболее склонны к самовозгоранию материалы с большей пористостью.

Саморазогрев массы материала неоднороден. Вследствие разных условий теплоотвода, центральная зона объема нагревается быстрее, чем поверхность, и на начальной стадии самовозгорания характерно сохранение внешнего вида материала, хотя внутри происходит обугливание. Затем на обугленной поверхности развиваются процессы тления, которые могут перейти в пламенное горение. Поскольку промежуточным продуктом при самовозгорании большинства органических веществ является уголь, то главную роль играют закономерности самовозгорания угля.

Следует отметить, что значительную роль в самовозгорании угля играет его способность адсорбировать пары воды из окружающего воздуха. Установлено, что при этом уголь может нагреваться до 6570оС. Например, при адсорбировании 0,01 г  Н2О выделится 22,6 Дж тепловой энергии.

Ускорению процесса самовозгорания способствует накопление тепла, развитая поверхность, легкая воспламеняемость, то есть малая энергия активации, и повышение температуры. Кроме того, самовозгорание развивается и при наличии в веществе примеси.

Например, если в аммиачной селитре (NH4NO3) примесей нет, то ее перевозка и хранение безопасны. Температура разложения лежит в пределах 200оС. Но при малых добавках органики или частиц металлов начинается автокаталитическое разложение, и селитра самовозгорается при 110оС. Считают, что автокатализ вызывают выделяющиеся СО2 и водяной пар. Добавка масел в селитру также вызывает взрывчатое её разложение (поэтому её применяют для приготовления взрывчатки).

Большую роль в опасности самовозгорания играет длительность периода до самовозгорания. У разных веществ она различна.

Микробиологическое самовозгорание.К микробиологическому самовозгоранию склонны, главным образом, материалы растительного происхождения. Они служат питательной средой для бактерий и грибов.

Возможности развития микробиологического процесса ограничены, так как температура самонагревания материала не должна превышать 75оС. Поскольку при более высокой температуре микроорганизмы, как правило, погибают. Примерами микробиологического самовозгорания можно назвать обугливание пшеницы в буртах, самонагрев навозной кучи и т. п.

В самовозгорании угля могут участвовать и адсорбция, и микроорганизмы (в начальной стадии), и примеси. Так, существовали теории, что причинами самовозгорания угля является сульфиды железа (FeS), карбонаты железа Fe(CO)4 и др. В настоящее время считают, что в основном влияют примеси железа, независимо от вида его химических соединений.