물반응성 물질

물반응성 물질 및 인화성 고체(자연발화성 물질)는 스스로 발화하거나 물과 접촉하여 발화하는 등 발화가 용이하다.

물반응성 물질

물반응성 물질 위험성

물반응성 물질 ·인화성 고체와 같이 물과 접촉하면 반응해 인화성 가스, 급성 독성 물질 등을 발생시키는 물질이 있다.

따라서 물 또는 수분과의 접촉, 공기 중의 수분흡수에 의한 발열반응을 원천적으로 차단할 수 있도록 밀폐된 용기에 담아 실내에 보관한다.

알칼리 금속은 물과 반응해 다음 <표 1>과 같이 수소와 열이 발생하는 격렬한 반응으로 자동 점화될 수 있어 연소 시 누출을 차단하고, 연소 확대방지에 우선 주력한다.

<표 1> 물반응성 물질 및 인화성 고체의 물 등의 반응식

리튬(Li) 사례

휴대폰에 많이 사용하는 리튬전지는 사용 중에 충격, 가열 등으로 케이스가 파손되면 내부의 전극이 공기와 수분에 접촉하여 다음과 같이 화학반응이 일어나 화재가 발생될 수 있다. 그리고 경우에 따라서는 질소와 반응해 암모니아 가스가 발생할 수 있어 리튬금속 화재 시 건식소화설비 중의 하나인 질소를 사용하는 것은 신중한 고려가 필요하다.

- 2Li + 2H2O → 2LiOH + H₂ + 발열

- 6Li + N2 → 2Li3N + 발열

- Li3N + 3H2O → 3LiOH + NH3 + 발열

알킬알루미늄 사례

합성수지 제조공정에서 반응촉매로 많이 사용하는 유기금속화합물은 공기 중의 산소, 수분과 반응해 급격한 연소 또는 폭발이 될 수 있어 밀폐용기에 담아 저온으로 보관하는 경우도 많다. 예를 들어, 알킬알루미늄의 일종인 트리에틸 알루미늄은 200 ℃ 이상으로 가열한다. 또는 공기 중에 누출 또는 물과 반응하면 다음과 같은 반응 수반해서 급격한 연소나 폭발을 일으킬 수 있다.

- (C2H5)3Al → (CH3)2AlH + C2H4

- (C2H5)2AIH → (3/2) H2 + 2C2H4

- 2(C2H5)Al + 2lO2 → 12CO₂ + Al2O3 + 15H2O

- (C₂H5)3AI + 3H₂O → AI(OH)3 + 3C2H6

기타 사례

상온에서, 고체 상태의 안정된 금속도 입도, 온도와 주위 산소 등의 산화제 농도에 따라 급격한 산화반응이 일어나 화재나 폭발로 이어질 수 있다. 이와 같은 현상을 이용해 철도 레일을 연결하는 테르밋(Thermite) 용접은 상기 <표 1>의 12와 같이 산화철 분말과 알루미늄 분말을 주형에 담아 점화·테르밋 반응을 일으킨다. 이때 산화철은 환원되고, 생성된 철을 반응열로 녹여 레일을 보수한다. 지하에 매설하는 접지선은 연결할 때 나사를 이용한 연결구를 사용한다. 하지만, 보다 더 확실한 연결과 부식 방지를 위해 산화철 대신에 산화구리 분말과 알루미늄 분말을 혼합한 상태에서 주형에 담아 작은 불씨(점화원)로 점화시켜 테르밋(Thermite) 반응에서 발생하는 열로 환원된 구리를 녹여 전선을 용접·접합시킨다.

물반응성 물질 저장 및 보관

물반응성 물질은 보통 실온에서 저장하되 물반응성 물질이 들어있는 드림이나용기는 건조한다. 내화시설이 되어있는 저장실이나 건물에 저장하고, 건물은 빗물이스며들지 않고 지하수가 침투하지 않는 구조로 설치한다. 또한, 해당 건물 내에는물이나 수증기 배관을 설치하지 않아야 한다. 그리고 스프링클러 소화설비도 설치를 금지한다.

종류가 다른 위험물, 수용액, 함습물, 흡습성 물질, 수용성 위험물 또는 결정수를가진 염류 등은 <표 2> 유별을 달리하는 위험물의 혼재기준에서 혼재를 금지한다.

물반응성 물질 보관용기 결함으로 습기와접촉되어 발생된 수소를 환기할 수 있도록 하기 위해 저장실의 상부에 환기시설을설치한다.

<표 2> 유별을 달리하는 위험물의 혼재기준(위험물안전관리법 시행규칙 [별표 19])

위험물의 구분	제1류	제2류	제3류	제4류	제5류	제6류
제1류		×	×	×	×	○
제2류	×		×	○	○	×
제3류	×	×		○	×	×
제4류	×	○	○		○	×
제5류	×	○	×	○		×
제6류	○	×	×	×	×
비고 1. "×"표시는 혼재할 수 없음을 표시한다. 2. "○"표시는 혼재할 수 있음을 표시한다. 3. 이 표는 지정수량의 1/10 이하의 위험물에 대하여는 적용하지 아니한다.

많은 양의 물반응성 물질을 옥외 지상탱크에 저장할 경우, 탱크의 맨홀부분은 기상변화에 대비한 설비가 설치되어야 한다. 또한, 탱크내부의 빈 공간(금속이 채워지고 남은 공간)은 질소기체로 채워져야 하고, 탱크외벽은 방수성의 불연성재료로 피복한다.

저장실은 저장 중에 용기의 파손으로 누출을 방지하기 위해 내용물이 들어있는용기와 빈 용기를 구분해서 저장하고, 모든 용기는 미끄럼방지 장치가 설치되어있어야 한다.

물반응성 물질은 옥내에 보관해야 하지만, 옥외에 저장할 경우는 다음 <그림 1>에 따라 낮에 외부의 온도가 올라가면 내부의 기체가 팽창하여 드럼 내부의 압력이 대기압보다 높아 외부로 누출될 수 있다. 밤에 외부의 온도가 내려가면 기체가 수축하여 드럼 내부의 압력이 대기압보다 낮아 외부의 습한 공기와 드럼 위에 고인 빗물 등이 유입되어 저장중인 물질이 변질되거나, 물과 반응해 드럼이 파손될 위험이 있다.

<그림 1> 드럼호흡 원리

따라서 물반응성 물질, 연료 등의 드럼은 잘 밀봉하여 옥내에 저장한다. 히지만, 부득이하게 옥외에 저장할 경우는 <그림 2>를 참조해 횡으로 눕히거나, 덮개를 씌워서 저장한다.

<그림 2> 옥외드림 저장방법

물반응성 물질 취급 및 소화

물반응성 물질은 밀봉할 때 대기중의 습기가 침투하여 용기 내에수소기체가 있을 수 있으므로 용기를 해머 등으로 충격을 주어 뚜껑을 여는 것을금지한다.

소화약제로 물, 질소, 이산화탄소, 사염화탄소, 탄산칼슘, 포말 또는 분말 소화약제를 사용해서는 안 된다. 누출된 물질과 반응으로 생성된 물질이 피부에 닿으면화상 및 염증을 일으키며 눈에 들어가면 점막을 심하게 해치고 화상 또는 실명의위험성이 있다. 그러므로 취급시에는 반드시 장갑, 보안경 등 개인보호구를 착용한다.

금수성 금속 분말을 취급·가공·저장하는 경우는 분진폭발 재해방지를 위해 폭발압력 방산구를 설치하고, 모든 공정장치와 건물 내의 금속 등은 정전기 재해를방지하기 위해 등전위 접지가 되어야 한다.

금속화재에 사용하기 위해 개발된 건조분말, 건조염화나트륨, 건조소다회, 팽창질석 그리고 완전히 건조된 모래로 타고 있는 금속을 덮어 공기와 수분의 접촉을 일시적으로 차단하여야 한다. 하지만, 대기 중에 누출된 모든 물질은 수분과 반응이 끝나 안전한 물질로 변화되어야 안전조치가 끝날 수 있다. 분말상태의 알칼리금속은 공기 중에서 분진폭발을 일으킬 수 있는 분진운의 생성에 주의한다. 소화 작업 시에는 금속산화물이 물과 반응해 알칼리로 변하므로 호흡보호구, 보안경 등을 착용한다.

물반응성 물질, 인화성 고체는 화제나 누출 시 물이나 공기와 접촉할 때 일어나는 화학반응과 생성물질이 다양하여 소화설비는 물질안전보건자료를 참조해 취급량, 보관방법 등을 고려한다. 적절한 소화설비 설치 및 사고 시 적절한 대응을 위해 안전보건표지판 및 비상시 대응방법 등을 현장에 게시하고 지속적인 교육과 훈련을 실시한다.

Reference : KOSHA 화공안전 기술편람

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