다음 중 분진폭발의 위험성이 가장 낮은 것은? 상세 페이지

핵심 개념 — 분진폭발의 성립 조건
분진폭발은 공기 중에 부유한 미세 분진이 점화원을 만나 순간적으로 연소·팽창하는 현상이다. 성립하려면 ① 분진 자체가 가연성(연소 가능)일 것, ② 공기 중 산소, ③ 점화원, ④ 적절한 부유 농도가 동시에 필요하다. 이 중 가장 근본적인 조건은 분진이 산화(연소)될 수 있는 물질이어야 한다는 점이다. 따라서 이미 완전히 산화된 무기물은 더 이상 탈 수 없어 분진폭발을 일으키지 못한다.

정답 2번(시멘트)이 위험성이 가장 낮은 이유
시멘트의 주성분은 규산칼슘·산화물계 무기 화합물로, 대표적으로 $3CaO \cdot SiO_2$(알라이트), $2CaO \cdot SiO_2$(벨라이트), $3CaO \cdot Al_2O_3$, $4CaO \cdot Al_2O_3 \cdot Fe_2O_3$ 등이며 산화칼슘 $CaO$, 이산화규소 $SiO_2$, 산화알루미늄 $Al_2O_3$, 산화철 $Fe_2O_3$로 구성된다.
이들은 모두 원소가 이미 최고 산화수까지 산화된 상태(예: Si는 +4, Ca는 +2, Al은 +3)이므로 산소와 더 반응하여 열을 낼 수 없다. 즉 연소열이 발생하지 않아 가연성이 없고, 무기 불연물이므로 아무리 미세한 분말로 공기 중에 부유시켜도 분진폭발이 일어나지 않는다. 그래서 위험성이 가장 낮다.

나머지 보기가 오답(분진폭발 위험 있음)인 이유
1) 석탄분 — 주성분이 탄소로 가연성이며, 미분탄은 대표적 분진폭발 물질이다.
$C + O_2 \rightarrow CO_2 + Q\,(\text{발열})$
실제로 탄광·화력발전 미분탄 취급 설비에서 분진폭발 사고가 빈발한다.
3) 설탕 — 탄수화물(자당, $C_{12}H_{22}O_{11}$)로 완전연소하며 발열한다.
$C_{12}H_{22}O_{11} + 12\,O_2 \rightarrow 12\,CO_2 + 11\,H_2O + Q$
제당·제과 공정의 설탕 분진은 실제 분진폭발을 일으킨 사례가 많다.
4) 커피 — 탄수화물·유지·단백질 등 유기물로 이루어진 가연성 분말이며, 볶은 커피·커피 분말도 부유 시 연소·폭발이 가능하다. 유지 성분까지 있어 발열량이 크다.

정리
석탄분·설탕·커피는 모두 탄소를 포함한 가연성 유기(또는 탄소계) 분진이라 산화 발열이 가능해 분진폭발 위험이 있다. 반면 시멘트는 이미 산화가 끝난 무기 불연성 분말이어서 연소 자체가 불가능하므로 분진폭발 위험성이 가장 낮다. 따라서 정답은 2번이다.

참고(법령 관점, 출제 당시 기준)
가연성 분진은 위험물안전관리법령상 별도의 위험물 유별(제1류~제6류)로 지정된 품명은 아니며, 분진폭발은 물질의 연소성·부유 특성에 따른 물리·화학적 위험 현상으로 판단한다. 즉 이 문제는 물질의 가연성 유무로 위험성을 비교하는 것이 핵심이며, 무기 불연물인 시멘트가 예외적으로 위험성이 없다는 점을 묻고 있다.