一:什么是硝化棉,为什么要炸?
根据国务院公布的调查报告,天津港8·12爆炸事故的直接原因是海瑞公司危险品仓库南侧集装箱内硝化棉自燃,进而引燃并引爆了硝酸铵等周边危险化学品。
图:将棉花在浓硝酸(硝化)、浓硫酸(脱水)等酸性溶液中处理,可得到硝化棉花。
硝化纤维素(纤维素的硝酸酯,通称“硝化纤维素酯”)是一种易燃易爆的危险化学品,在历史上(19世纪末到20世纪初乃至今天)曾经是非常重要的军用主力炸药;它已被大量用于制造推进剂,推动子弹和炮弹飞行;也被广泛用于装填炮弹和炸弹以及各种爆破器械,是继黑火药之后人类学会配制的第二种炸药。
硝化纤维素最早的制备方法出现在1833年。它是由法国化学家布拉克诺尔将棉花、淀粉、木材等碳水化合物溶解在浓硝酸中制成的,因此他在当时将硝化纤维素命名为“木材炸药”。但由于缺乏有效的脱水技术等一系列问题,早期的硝化棉功率低,不稳定,没有实用价值。
图:法国1886系列步枪首次使用无烟火药,掀起了现代步枪的性能革命。
照片:由硝化纤维素制成的无烟(相对于黑火药)发射药。
后来,在雄班、阿贝尔、盖斯等国化学专家的不懈努力下,以硝化棉为基础制备的无烟火药和新型炸药,促成了军用炸药体系的历史性跨越。比如现代枪械的远程性能,就是从无烟火药取代黑色火药开始的。
硝化纤维素的应用范围不限于用作炸药。在工业生产等其他领域,硝化棉已经成为长期不可替代的重要原料。但在天津爆炸事故中,硝化棉与军事用途无关,其身份是用于涂料和油墨生产的原料。
2:为什么天津港堆积了这么多硝化棉等危险易爆化学品?
2012年,仅中国大陆就消耗了8.2万吨硝化棉,这只是国内硝化棉行业产能的一部分。其实除了高端产品(杂质含量低,溶液透光率高,耐用不变黄的产品),国内基本都是空白色,需要进口;中国是世界上最大的硝化纤维生产国和重要的出口国。硝化纤维素的现代用途中,主要用于制造油漆和油墨、赛璐珞塑料(最常见的是乒乓球)等。
图:老飞机外壳上用的醇酸清漆,需要硝化棉做成膜剂。
与军用炸药硝化棉相比,工业硝化棉的含氮量(硝基含量)要低得多,不会高于12.5%,所以相对安全——不太容易着火爆炸,甚至着火爆炸威力更低。但是,在安全管理中,我们经常可以看到这样一个悖论:一些剧毒、极度易燃易爆的化学品,大家都不敢掉以轻心,严格遵守安全规定,但事故却少了,事故损失更低了。
图:在我国,每年真军用炸药生产、储存、运输、使用过程中的意外死亡人数,还不到其他危险品事故的零头。
相反,在一些数量较大、危险程度较低的危险品管理中,则是由于压缩成本等经济利益(比如堆放数量和密度超标,关闭洒水降温设施);很多人往往铤而走险违规操作,直到相关规章制度留下的安全边际被挤掉,最终酿成后果极其严重、影响特别恶劣的灾难性事故。
之所以有这么多危险化学品(硝化纤维素、硝酸铵等。)都堆在天津其实只是以上两个原因:一方面,国内外消费巨大,必然带来巨大的运输和储存;另一方面,危险品的风险管理处于放任甚至失控的状态。
3.天津爆炸会对中国硝化棉行业产生什么影响?
国内硝化棉市场不同于国际市场。在世界上最大的硝化棉应用中,涂料和油墨的比例相当,一起占据了绝对的大头;在国内的应用中,涂料的比例远远高于油墨,占到65-70%。
这些以硝化棉为成膜剂的硝化棉涂料,应用范围很广,从木材到金属、塑料、皮革。可以说每个人在日常生活中都会接触到。虽然丙烯酸等新型涂料在性能上完全可以替代硝化棉,但相对成本要高得多。
图:丙烯酸漆摆脱了对硝基纤维素的依赖,性能优越很多。但由于成本低廉等优点,硝基涂料在很长一段时间内仍具有强大的生命力。
因为这个原因,虽然国内硝化棉行业相当分散——企业多而小,能耗高污染重,缺乏高端产品研发能力;但环保部门在整治硝化棉行业时,遇到了各方面的巨大阻力,比如中国涂料工业协会的阻力。
早在2007年,当时叫国家环保总局的环保部就想把硝基漆全面纳入“双高(高污染、高环境风险)”名单。但最后只收录了总产量不高的四小类硝化棉涂料,效果只能说是九牛一毛。
图片:天津港爆炸现场
天津特别重大爆炸事故的发生和国务院事故调查报告的公布,无疑将对我国硝化棉行业产生重大影响。除了对生产和运输安全进行强有力的检查和严厉的整顿之外,这些变化在未来很可能发生:
一些污染严重、产品规格低的企业被关停或兼并;更多类型的高污染硝基涂料将被列入“双高”或类似的黑名单;整个硝化棉行业将出现总产量的下降和高端产品的突破。
事实上,不仅仅是硝化棉和硝酸铵的制造和运输,天津港特别重大爆炸事故的各个方面,比如危险品仓库的位置、与周围居民楼的实际距离等,都是我国化学工业乃至整个经济工业体系发展过程中各种矛盾积累和交织的产物。
天津爆炸给中国敲响了沉重的警钟。在付出如此惨痛的代价后,我们还能吸取多少教训,纠正多少错误,消除多少积累的矛盾和隐患?时间会见证一切。