镁含量对铝镁合金粉尘燃爆反应动力学特性的影响分析

摘要

利用化学反应动力学模拟技术，研究了不同镁含量条件下铝镁合金燃爆过程中的动力学特性，着重对比分析了五种铝镁合金粉Al–xMg（x=10%、20%、30%、40%和50%，质量分数）燃爆过程的温度以及关键自由基·O、·AlO、·Al₂O的变化规律，并总结得出铝镁合金粉尘燃爆反应动力学机理.结果表明：镁含量显著影响了铝镁合金的燃爆特性，镁含量越高，合金反应越剧烈.铝镁合金燃爆过程中，镁的高活性使其优先与氧气发生反应，迅速生成MgO；而铝则经历了三个阶段，初期铝先与氧气反应生成AlO/Al₂O等中间产物，接着AlO/Al₂O又继续与·O自由基结合，最终转换为Al₂O₃.数值模拟结果从反应动力学层面揭示了镁含量在铝镁合金爆炸过程中的作用机理，镁通过氧化竞争，使反应路径发生改变，并且随着镁含量的增加，铝的反应路径缩短，单位质量内·O、·AlO、·Al₂O产量减少.此外，铝镁合金升温的关键基元反应以Al与·O的反应为主，而镁的加入抑制了铝氧反应，因此随着镁含量的增加，合金的反应温度变低.研究结果为工业生产过程中铝镁合金的选用以及燃爆事故的防控提供了理论依据.

关键词

粉尘燃爆 / 铝镁合金 / 镁含量 / 燃爆特性 / 反应机理

基金资助

国家重点研发计划课题资助项目（2023YFC3010601）; 中国博士后科学基金资助项目（2024M760210）