産業現場の粉じんの爆発と火災について
独立行政法人労働者健康安全機構 労働安全衛生総合研究所
化学安全研究グループ統括研究員・部長代理

八島正明 Masaaki Yashima

1．粉じん爆発と火災の発生状況と背景点で減少を示しているが、図に示していない
2017年頃からの発生件数には増加傾向が見られる。2019年に報道された粉じん爆発と産業現場において、1952年以降2015年ま火災の発生状況を表1に示す。必ずしも粉じでの64年間で把握されているだけでも373ん爆発とはいえない可能性はあるが、赤字で件の粉じん爆発火災が国内で発生している。

示した粉を扱っている産業現場での爆発や火

ただし、炭じん爆発は除く。死傷者は869人災が増加しているようである。

（死亡132人、負傷737人）である。図1の折1987年以降2010年までに発生した粉じん

れ線で示されるように、発生件数は増減を繰

爆発 · 火災の災害について、当研究所の調査り返し、減る傾向は見られない。2015年時

結果より、原因となった粉じんを整理したも

図1

粉じん爆発・火災の発生状況（1952〜2015 年）

SE 201 December 2020 15

表12019 年の発生状況

月場所

1

愛媛

製紙工場で燃料として使う木などを粉砕する機械から出火し、紙の原料のパルプを運ぶベルトコンベヤーの一部を焼いた。（死傷者0人）

2

埼玉

リサイクル工場で廃プラスチックを砕いて粉にしてタンクにためる作業中、タンクから火が出た。作業を行っていた3人にけがはなし。（死傷者0人）

2

富山

炭素を製造する工場で粉状の製品原材料（ポリシラン）を焼いた。けが人はいなかった。この工場では飛行機のエンジン部品などを製造していた。（死傷者0人）

5

福井

合金工場の金属片の粉砕エリアで爆発が発生し、2人が負傷した。（死傷者2人、うち死者0人）

5

長野

ぬかやもみ殻といった穀物の製粉工場の倉庫で粉じん爆発が発生した。
（死傷者0人）5

滋賀アルミニウムの製造工場でアルミニウムの加工中に、設備の一部が爆発し、2人が負傷した。粉じん爆発かどうかは不明。（死傷者2人、うち死者0人）

7

三重

ポリアセタール樹脂製造プラントにおいて、ポリアセタール樹脂の中間保管ミキサーで爆発し、内部での火災が発生した。（死傷者0人）

7

茨城

アルミ材料乾燥前処理設備にて火災が発生した。粉じんの爆発あるいは火災かどうかは不明。別の工場ではこの5月に火災があった。（死傷者0人）

10

兵庫

金属シリコンを粉砕し、集じんする作業中に爆発が発生した。（死傷者2人、うち死者0人）

11

香川

飼料用のトウモロコシ粉を貯蔵したサイロのそばで、バケットエレベーターを溶接で修理していたところ、サイロが爆発した。（死傷者2人、うち死者0人）

表2

概

爆発・火災災害の原因となった可燃性粉体の種類と件数（1987～2015 年）

粉

16

要体

件数

粉体

件数

アルミニウム粉及びその合金粉

28 松脂（ガムロジン）

1

マグネシウム粉及びその合金粉

19 ゴム

2タンタル粉2 ビスフェノール A

3

チタン粉

3 ABS 樹脂粉

1亜鉛粉

1 ポリエチレン粉

1クロム粉

1 ポリスチレン粉

1ジルコニウム粉

2 粉体塗料

1フェロマンガン粉

2 ポリビニルアルコール

1希土類金属粉（合金粉）

2 トナー

5ステンレス粉

1 樹脂粉（詳細不明）

1金属粉（詳細不明）

3 有機化合物粉体

1ケイ素粉

6 ステアリン酸亜鉛粉

1紙粉

4 ステアリン酸鉛粉

1石炭粉

5 テレフタル酸

1活性炭

2 パラニトロフェノキシアセトン

1小麦粉

2 ベンゾグアナミン粉

1穀物粉（詳細不明）

1 メチルセルロース粉

1飼料粉

1 硫黄

2ショ糖エステル

1おから乾燥粉

1件数の合計1294.4件/年のを表2に示す。粉じん爆発を起こした粉の粉じんによる爆発・火災は相変わらず存在す

種類は時代によって変化しているが、古くかる。石炭は燃料用として一定の需要があり、ら見られる農産物、木材などの天然有機物の貯蔵中に爆発や火災が発生している。原因物

質としては金属粉じんの割合が全体の半分をは5件と少ないが、実際の災害は多いのではな

占め、特にアルミニウム、マグネシウムおよいかと推測される。このほか、最近の爆発事びその合金の割合が高い。これら軽金属の粉例は文献1）に掲載されているので参照されは浮遊しやすく、融点が低く、また火炎を形たい。

成して燃焼するものであり、さらに燃焼時の発熱量は大きく、燃焼温度も高く、激しい爆2．着火源について発となりやすいことから、事故が公になるような大きな災害が発生する。

当研究所の調査結果より1987〜2015年に電子機器などでは、軽量化、小型化、リサ発生した粉じん爆発・火災の着火源と件数をイクル化を図るため、軽金属の使用が増えて表3に示す。着火源としては、摩擦（熱）といる。代表的な軽金属であるマグネシウムに摩擦火花、静電気火花、衝撃火花が多く、最ついては、1980年代のダイカスト技術の開近では静電気火花が多くなっている。粉じん発、1990年代のチクソモールディング ※1の爆発が生じやすい工程としては投入作業が挙携帯用電子機器製造への利用、その後自動車げられ、サイロや混合器に投入する工程、あ部品への適用量が増加している。1990年代

るいはそれから排出する工程も含んでいる。

から2000年代初めには、携帯用電子機器製

この作業では空間に粉が舞い上がる状態とな造の際に生じたマグネシウム合金研磨粉じんるため、最も危険性が高い。集じん工程でもによる爆発・火災が頻発した。近年、難燃性粉が舞い上がることが多いため、爆発がよくマグネシウム合金が開発され、航空機や新幹発生している。非定常作業では保守にかかる線の構造材料の一つとしての利用が検討されガス溶断とアーク溶接が多い。ているという。筆者らが調べたところによると、この合金の機械加工で生じた研磨粉は可燃性であるので、難燃性にとらわれて爆発・3．金属粉じんの爆発や火災の事例

火災の対策を怠ると、大きな事故につながる可能性がある。

金属材料は空気中では燃えにくいが、薄片レーザープリンターやコピー機の高性能や粒子状になると、空気中でも短時間に酸化、化、低価格化が進み、トナー（粉）の使用量燃焼しやすくなる。表2に示したもののほかが増えている。トナーは基剤樹脂、顔料、電に真ちゅうの粉も空気中で燃焼し、爆発や火荷調整剤、ワックス、表面処理剤などからな災の原因物質となりえる。一般にニッケルのる混合物で、8〜9割は基剤のプラスチック

粉は酸化被膜を形成しやく、燃焼しにくいも樹脂からなり、カーボンブラックなどの顔料のである。しかし、不活性雰囲気中でサブミの割合は少ない。粉の大きさがそろっていて、クロン（1μm 付近の大きさで、0.5〜3μm

平均粒径も10μm（1μm＝1/1,000 mm）程程度のもの）からナノ（1μm よりもさらに度と小さく浮遊しやすい。また、トナーの最小さいもの）サイズで製造された粉体で、保小着火エネルギー※2は小さく、人体帯電によ護的に作用する酸化膜（不働態）が形成される静電気放電レベルでも着火しうる。トナーなければ、空気に触れただけで着火すること

は化学製品で有機物の一つではあるがマグネがある。2019年、触媒用のニッケル粉を廃棄・シウム、アルミニウムに続いて危険性が高い

保管中に自然発火による火災が発生している粉じんの一つに数えられる。公になった事例

が、これは反応防止のためニッケル表面を※1
チクソモールディング
米国のチクソ社が開発したマグネシウム合金を半溶融状態で射出成形する方法とその装置。鋳造法のダイカストに比べ溶融温度が低いため、寸法精度や 機 械 的 性 質が 向 上する。
※2
最小着火エネルギー
粉じん爆発の着火に関しては、電気的に火花放電で着火しうる放電エネル
ギーの最小値をいう。

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表3

着火源と件数（1987～2015 年）

着火源件数

割合（％）

衝撃火花 ･ 摩擦火花

3123

高温熱面

1814

裸火

43

静電気火花

3627

電気火花

32

ガス溶断，電気溶接

97自然発火129

くすぶり ･ 燃焼粒子

75

不明

129132100

合計覆っていたコーティング層が劣化し、ニッケ

4．金属粉の反応性ル表面が空気に触れ、酸化・発熱したことが原因であった。

（1）金属と水との反応

鉄の粉は空気中でも燃焼する。鉄粉を保管

危険性評価のため、各種金属粉について発中に雨水が混入すると、発熱し、蓄熱して発熱挙動などが調べられている2）〜4）。金属粉に火することが知られている。ステンレス鋼はは消防法の禁水性物質（GHS 分類では水反表面に不動態を形成して化学的には安定では応可燃性化学品）に該当するものもある。消あるが、細かい研磨材を素材の表面に打ちつ防法危険物第3類に定める水との反応性試験けて行うショットブラスト加工で生じたステはよく知られている。マグネシウム粉とアルンレス鋼の微粉が加工直後に発火する事故がミニウム粉の発熱性に関して高感度の熱量分連続して起きている。比重の大きな金属粉で析を行った結果によると、湿度が高くなるには浮遊状態で爆発しなくとも、堆積状態で火つれて発熱速度が大きくなることが明らかに災になる場合も多い。鉄やステンレス鋼の粉なっている5）。金属粉を保管する際には水がの燃焼は表面燃焼を呈し、アルミニウムやマ混入しないように注意が必要である。

グネシウムとは異なり火炎は形成されず、粉表面が赤熱した状態で燃える。

（2）水素の発生2018年9月、台風21号による神戸港内の常温で水と反応し、水素を発生する金属と六甲アイランドの高潮により、マグネシウムしては、リチウム、ナトリウム、カリウム、混合物を貯蔵したコンテナから出火し、火災

マグネシウム、カルシウム、鉄などがある。

が発生している。水との反応で発熱し、自然リチウム、ナトリウム、カリウムは禁水性物発火が原因であった。同年7月には、西日本質としてよく知られ、水と激しく反応する。

豪雨により岡山県総社市のアルミ工場で水蒸

マグネシウムや鉄の反応性は粉状のもので気爆発が発生している。近年、自然災害に起は、粉の大きさに依存する。高温の水や水蒸因する爆発や火災が産業災害のキーワードの気と反応する金属にはマグネシウムやカルシ一つになっている。

ウムのほか、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、タンタルなどがある。いずれも反応性は粉の大きさと温度に依存する。最近製造される電子材料用の金属粉については性能向18上のため微細化が施され、比表面積※3の増加によって、従来データ

1）よりも危険性が高のとき水素が発生しているが）、脱水して乾燥した粉に種火を与えると着火し、むしろ激しく燃焼する場合がある。

まっているようである。
ここで、一例として、マグネシウム合金研

また、水素が発生するとなれば、閉空間に磨粉（平均粒径90μm）と水との反応によるガスが滞留することでガス爆発の危険性が加水素の発生量を図2に示す6）。ただし、このわる。粉の表面から水素が長時間発生してい測定では容器に水と粉を入れて、初めにかくるという状況では、粉自体では着火しないではんした後は静置し、その後は粉の塊をほぐあろうレベルよりも小さいエネルギーで着火す程度で連続的なかくはんは行っていない。

しうる危険性がある。

この図より、温度が高いと水素の発生が速いこと、長い時間水素を発生し続けることがわ（3）爆発の危険性評価

か る。 こ こ で の 水 素 の 発 生 量 は 理 論 値 の粉じん爆発では、平均粒径に対して、爆発1/12〜1/20である。マグネシウムは水との下限濃度、最大爆発圧力、最大昇圧速度、爆反応で水素を発生し、水酸化マグネシウムと発指数 ※4、最低着火温度、最小着火エネルなる。しかし、この程度の大きさの粉となるギーなどを測定し、危険性が評価される。こと粉の中心まで反応が進みにくく、粉の内部のとき注意しなければならないのは、同じ物が未反応で、マグネシウムのまま残る。水酸質名の粉じんであっても爆発の危険性が粉の化マグネシウムは不燃であるが、マグネシウ大きさ、形状、粒径分布に強く依存するため、ムは可燃である。産業現場で、廃棄のための実測が基本であるということである。ガスに粉を水に浸して不燃化を図ったつもりが（こ比べて危険性に影響する因子が多いといえ

図2

マグネシウム合金研磨粉の時間経過に対する水素の発生量 6）（平均粒径 90μm）

109
気体の発生量 (mL)

87

● 30℃
◎ 23℃ ○ 23℃□ 16℃ ○ 16℃6※3
比表面積
単位質量の粉体（群）あたりの全粒子の表面積。
単 位［cm2/g あ る い はm2/kg］。比表面積測定装置で求められるが、個々の粒子の値ではなく、平均化したものである。

543210010203040

経過時間 (min)50※4
爆発指数
耐圧製の爆発容器内で粉じん濃度を変えて爆発試験を行い、爆発の際の圧力変化より（、最大昇圧速度）×（爆発容器の容1/3積）で求められる値のうち、最大の値をいう。1/3乗とするのは大小の容器の大きさを標 準 化するため。

SE 201 December 2020 19

る。粉じん爆発では爆発指数がよく使われ、いては、1990年代から2000年代初めに粉じさらに爆発指数を単純化し、4段階にクラスん爆発・火災が頻発し、産業団体と行政によ分け（「St クラス」という）されて評価される啓発活動・防止策が施され、また現場でのることもある。St クラスは、St 0：不爆、St 1：安全教育が進められ、確実に減少した。アル

弱い爆発、St 2：強い爆発、St 3：激しい爆

ミニウムについては、粉じん爆発・火災が減発とする。St 3に該当する金属粉としてはア少していないため、さらなる対策が求められルミニウム粉とマグネシウム粉で、ほかの金ている。新規化学物質が日々開発され、粉体属の多くは St 1の範ちゅうに入る。労働安全技術の進展とともに、さらに新たな合金や機衛生規則では、この二つの金属粉を爆燃性の能性が付与された粉体が作られている。粉じ粉じんとし、第282条において爆発の危険のん爆発と火災に対して、単に物質名だけではある場所で着火源となる電気機械器具を使用

どの程度の危険性があるのかわからなくなっするときは防爆性能を有するものを使用するている。粉体を取り扱う上での難しさがここように定めている。可燃性の粉じんを取り扱にある。

う場合には、全般として除じんなどを行い、爆発や火災の発生の防止が求められる。それでも爆発の危険性のある濃度に達するおそれのある場所では、防爆性能を有する電気機械器具を使用しなければならない（第281条）。

（4）燃焼における限界酸素濃度
金属が粉状になると、酸素の濃度が空気より低くとも燃える場合がある。限界酸素濃度

参考文献 1）（一社）日本粉体工業技術協会 粉じん爆発委員会編：粉じん爆発・粉体火災の安全対策-基礎から実務まで-、オーム社、2019.
2） 岩田雄策、古積博：マグネシウム粉の微少発熱挙動、第40回安全工学研究発表会講演予稿集、147-148、2007.
3） 東京消防庁：消防機関における研究活動報告-金属火災に関する検証、火災、58（2）、46-51、2008.
4） 内田浩司、新井充、清水芳忠：金属粉の発火・発熱危険性評価に関する研究、第44回安全工学研究発表会講演予稿集、185-188、2011.
5） 岩田雄策：金属粉の微少発熱挙動に与える湿度の影響、消防研究所報告、No.112、13-20、2012.
6） 八島正明：マグネシウム合金を扱う金属加工工場における粉じん爆発火災、火災66（6）、25-32、2016.とは、空気を窒素や二酸化炭素などで希釈して酸素濃度を減少していった場合に爆発しうる限界の酸素濃度をいう。金属粉の限界酸素濃度は有機物のそれよりも小さいものが多く、一般に有機物が11〜15％に対して、金属は0〜10％である。タンタルの粉は0％に近く、酸素がわずかに存在する環境下で燃焼する。

5．まとめ
以上、粉じん爆発と火災の全般の発生状況を述べ、最近の発生件数が増加していること、着火源としては静電気が多いこと、金属粉じんについて産業現場での発生状況、水との反応性、水素に発生による危険性、爆発の危険性について簡単に述べた。マグネシウムにつ20

やしま

まさあき

東京大学大学院博士課程修了。高圧ガス保安協会を経て、労働省産業安全研究所に入所、機関統合を経て2019年から現職。
機械工学、化学工学、燃焼学を専門とし、可燃性粉 体の燃焼危険性、堆積層内の燃え拡がり、火炎抑止、消火、ガス溶断器具の劣化・不具合調査、労働災害調査などに従事。