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铁粉末作为能源载体优势显著，但粉尘处理等环节存在爆炸风险。研究人员针对 3 种还原法制备的 4 种铁粉尘，依据 ISO/IEC 等标准测试安全特性，发现 3 种粉尘可爆炸，均属 St1 类，成果为规模化应用提供参考。
在能源转型的浪潮中，寻找安全高效的储能载体成为全球关注的焦点。氢气和氨虽被广泛研究，但其易燃易爆、有毒性等安全隐患始终令人担忧。铁粉末作为一种碳 - free、成本低廉且储量丰富的材料，逐渐进入研究者的视野。它不仅能通过与氧气反应释放热量，还能与蒸汽作用产生氢气，在能源存储与转化中展现出巨大潜力。然而，当铁粉尘在空气环境中意外扩散时，可能引发燃烧甚至爆炸，这成为其大规模应用的 “拦路虎”。目前，粉尘安全特性受粒径分布、化学性质、水分含量和颗粒形态等多重因素影响，不同生产工艺制备的铁粉特性差异显著，导致安全标准难以统一，制约了技术的工业化进程。
为突破这一瓶颈，来自国外的研究人员开展了相关研究，成果发表在《Fuel》。
研究人员选用了三种不同还原方法制备的四种铁粉尘样本，包括流化床还原法（FLB）、熔炼还原法（SR）结合水雾化工艺，以及带式炉制备的两种不同粒径（BF-Fine 和 BF-Coarse）的铁粉。研究通过 20 升球体装置，依据 ISO/IEC 80079–20-2:2016–12 标准测试粉尘的爆炸性，进一步按照 EN 14034–1 和 EN 14034–2 标准测定了可爆粉尘的最大爆炸压力和最大压力上升速率。同时，利用扫描电子显微镜（SEM）和 X 射线衍射（XRD）分析了粉末的微观形貌和物相组成，测定了粒径分布和水分含量。
材料与方法
研究选取四种氢还原铁粉尘：流化床还原装置（FLB）产物、熔炼还原装置（SR）经水雾化处理的样本，以及带式炉产出的两种粒径（BF-Fine 和 BF-Coarse）粉末，后者分别处于铁粉尘可爆临界粒径的上下区间。所有粉末均来自当前研究的还原工艺。
安全特性测试
通过 20 升球体实验发现，四种粉尘中三种具有爆炸性。进一步测试表明，这些可爆粉尘均被归类为 St1 级（轻度爆炸性）。数据显示，其最大爆炸压力和压力上升速率处于相对较低水平，说明在适当控制条件下风险可控。
微观结构与粒径分析
扫描电子显微镜观察显示，不同还原方法制备的粉末颗粒形态差异显著，有的呈不规则多孔结构，有的则为致密球形。X 射线衍射分析证实，粉末主要成分为金属铁，伴有少量氧化产物。粒径分布测定表明，BF-Fine 的中位粒径（d50）低于 75μm，BF-Coarse 则超过 175μm，这与粉尘的爆炸性表现高度相关 —— 细颗粒粉尘更容易形成爆炸性云团。
水分与化学性质影响
实验中所有样本的水分含量均低于 0.5 wt%，排除了水分对爆炸特性的显著影响。化学分析显示，粉末中的金属铁含量直接影响其理论能量密度，氧化程度较高的样本能量释放能力略低，但整体仍具备作为能源载体的潜力。
研究结果表明，铁粉尘的爆炸性与粒径密切相关：中位粒径低于 75μm 时通常具有爆炸性，超过 175μm 则可视为非爆炸性。颗粒形态和化学组成虽影响爆炸强度，但粒径是关键决定因素。这一发现为铁粉尘的安全评估提供了关键依据 —— 仅通过测定 d50并结合粒径分布（如 d10），即可快速预判粉尘的爆炸风险，无需对每种粉末进行全面测试，显著降低了工业化应用的安全评估成本。
此外，研究首次系统整合了铁粉的安全特性与制备工艺，为标准化铁燃料的开发奠定了基础。通过将安全考量纳入材料设计初期，有望推动铁基储能技术从实验室走向规模化应用，为全球能源脱碳提供兼具安全性与经济性的解决方案。未来研究可进一步扩大样本范围，探索不同表面改性技术对粉尘爆炸特性的调控，完善标准化评估体系，加速这一绿色能源载体的商业化进程。
