Вода и расплавленный алюминий — опасное сочетание

Автор Hackaday нередко просматривает раздел комментариев к определенной статье в поисках идей или изучения чего-то нового. Часто люди, имеющие опыт работы в различных областях, делятся знаниями или задают вопросы по определенной теме. Недавно я с интересом просматривал статью о литье алюминия, учитывая мой собственный опыт в этой области. Один комментарий особенно привлек мое внимание.

И нет, вода не вызовет паровой взрыв. На YouTube есть парень (кажется, myfordlover), который опровергает этот миф с помощью расплавленного железа, выливания железа в воду, выливания воды в ковш с расплавленным железом и так далее. При желании мы будем рады снять видео, демонстрирующее это с алюминием.

Проработав некоторое время на заводе по литью под давлением алюминия, я искренне надеюсь, что [Джон] не пытался совершить этот подвиг. Хотя на YouTube есть ряд видеороликов, показывающих, что это можно сделать без каких-либо катастроф, многие показывают прямо противоположное. Смешивание расплавленного алюминия и воды часто заканчивается очень плохо, вызывая серьезные травмы или даже смертельные случаи на рабочем месте. Давайте углубимся, чтобы понять, почему это так.

Одной из причин, по которой алюминий так ценится как материал, является его устойчивость к коррозии. Необработанный алюминий легко образует прочный оксидный слой при воздействии воздуха, который защищает металл от дальнейшей коррозии или реакций со многими химическими веществами. Этот оксидный слой может образоваться невероятно быстро, и это одна из причин, по которой многим YouTube-блогерам удается выливать расплавленный алюминий в воду без травм. При правильных условиях алюминий может образовывать оксидный слой при движении по воздуху от ковша к ведру с водой. Многие используют эту опасную и рискованную демонстрацию как «доказательство» того, что крупные взрывы алюминия и воды — это «миф».

Конечно, устроитесь на литейный завод, и вы быстро поймете, насколько дело серьезно. Нередко предприятия полностью запрещают одноразовые контейнеры для воды и безалкогольные напитки из опасения, что выброшенный контейнер может оказаться в мусорном баке и унести влагу в плавильную печь. В моей работе инженером по кастингу принесение на объект бутылки с водой или банки с безалкогольными напитками влекло за собой предупреждение за первое нарушение и немедленное увольнение за второе. Опасность слишком велика, чтобы принимать полумеры в вопросах безопасности. Операции по литью обычно требуют, чтобы все сотрудники перед работой на литейном полу просмотрели видеоролики по технике безопасности, которые разъясняют риски.

Примеры опасности легко доступны. Часто инциденты могут произойти, когда расплавленный алюминий заливают в форму, содержащую влагу. Другая зона риска – загрузка металлолома в печь. Сам алюминиевый лом может быть влажным, или в него могут случайно попасть бутылки с жидкостью. Когда лом добавляется в расплавленный металл в печи, могут произойти огромные извержения.

Из-за множества факторов при смешивании расплавленного алюминия и воды в правильных условиях могут произойти интенсивные взрывы. Первый наиболее очевиден: вода, вступающая в контакт с расплавленным металлом при температуре выше 660 °C, имеет тенденцию практически мгновенно испаряться в пар. Пар быстро увеличивается в объеме, отбрасывая расплавленный металл на большие расстояния, что само по себе может привести к серьезным травмам и повреждениям. Это также разрушает расплавленный алюминий, известный как фрагментация. Это приводит к усилению смешивания расплавленного металла с водой и паром. Это еще больше увеличивает скорость передачи тепла жидкости и увеличивает скорость реакции между паром и алюминием из-за большей площади поверхности, контактирующей между ними.

Кроме того, химическая реакция между водой и алюминием только увеличивает интенсивность взрыва. В этом случае атомы алюминия реагируют с молекулами воды, образуя оксид алюминия и газообразный водород. Это экзотермическая реакция, в ходе которой выделяется большое количество тепла — более чем в 2,5 раза больше, чем при аналогичном количестве нитроглицерина. Естественно, образующийся газообразный водород затем может свободно сгорать с кислородом в окружающей атмосфере. Более того, любой расплавленный алюминий, распыленный в результате взрыва, может затем быстро окислиться на воздухе, выделяя при этом больше тепла.