आटे की बोरी आसानी से नहीं जलती। उसी आटे का बादल पूरी इमारत गिरा सकता है

मुट्ठी भर आटे के पास माचिस ले जाइए और कुछ ख़ास नहीं होता। वह थोड़ा झुलसता है, बेमन से सुलगता है, और ज़्यादातर जलने से इनकार कर देता है। आटा उन चीज़ों में नहीं है जिन्हें कोई ख़तरनाक समझता हो।

अब वही आटा किसी बंद कमरे में महीन बादल की तरह हवा में उछालिए और वही माचिस लाइए। नतीजा वह कमरा और उसमें मौजूद हर आदमी ख़त्म कर सकता है। चीनी मिलें, अनाज के साइलो, मसाला चक्कियाँ, लकड़ी की वर्कशॉप, धातु घिसाई की दुकानें और दवा कारख़ाने — सब यह बार-बार और भारी क़ीमत पर दिखा चुके हैं।

रसायन में कुछ नहीं बदला। आटे की बनावट वही है और प्रति किलो वह उतनी ही ऊर्जा छोड़ता है, दोनों हालात में। बदला यह कि उसकी कितनी सतह एक साथ ऑक्सीजन से मिल सकती है — और इसलिए वह ऊर्जा कितनी तेज़ी से बाहर आती है।

यह वही सतह-से-आयतन वाला तर्क है जिससे इस साइट के हर दूसरे लेख ने समझाया है कि नैनोमटेरियल उपयोगी क्यों हैं। यहाँ वह उलटी दिशा में चलता है, और इसे समझना इसीलिए ज़रूरी है कि यह उसी भौतिकी का क़ीमत वाला पहलू है।

दहन सतह पर होता है, इसलिए बँटवारा ही सब कुछ है

ठोस अपने पूरे आयतन में नहीं जलता। वह उस सरहद पर जलता है जहाँ ईंधन ऑक्सीजन से मिलता है, और भीतरी हिस्सा तभी शामिल होता है जब बाहरी हिस्सा जल चुका हो या उसे इतना गरम कर चुका हो कि वाष्पशील पदार्थ निकलने लगें।

इसलिए ढेला धीरे जलता है — अभिक्रिया करने वाला क्षेत्रफल उसके पीछे पड़े द्रव्यमान के मुक़ाबले छोटा है और ऑक्सीजन को बाहर से आना पड़ता है। उसी ढेले को दसियों माइक्रोमीटर के कणों में बाँटकर हवा में तैरा दीजिए, और हर कण अलग-अलग ऑक्सीकारक से घिरा है, बीच में कुछ नहीं। अभिक्रिया करने वाली कुल सतह कई गुना बढ़ चुकी है, और वह पूरी की पूरी एक साथ उपलब्ध है।

निकलने वाली ऊर्जा वही है। बदलती है दर — मिनटों से मिलीसेकंडों तक। विस्फोट कोई रासायनिक श्रेणी नहीं है; वह एक दर है। एक रोटी जितनी ऊर्जा घंटे भर में निकले तो वह दोपहर का खाना है, और वही ऊर्जा बंद जगह में दो मिलीसेकंड में निकले तो वह दाब-तरंग है।

इसीलिए घिरा होना इतना मायने रखता है। खुले में धूल का बादल जले तो फ़्लैश फ़ायर बनता है — हिंसक, उसमें खड़े हर आदमी के लिए जानलेवा, पर गरम गैस आज़ादी से फैल जाती है। साइलो, नाली, चक्की के घेरे या कमरे के भीतर फैलती गैस के पास जाने की जगह नहीं होती और दाब इतनी तेज़ी से चढ़ता है कि ढाँचा फट जाए। बहुत सारे औद्योगिक बर्तन उस दाब पर टूट जाते हैं जहाँ तक धूल का दहन आराम से पहुँच जाता है।

पंचभुज, और वह विस्फोट जो असली तबाही करता है

आग को तीन चीज़ें चाहिए: ईंधन, ऑक्सीजन, प्रज्वलन। धूल के विस्फोट को पाँच चाहिए — वही तीन, और साथ में धूल का बादल बनकर फैलना तथा उस बादल का घिरा होना। इसे आम तौर पर विस्फोट पंचभुज के रूप में बनाया जाता है, और इसका व्यावहारिक मूल्य यह है कि किसी भी एक पाए को हटा देने से घटना रुक जाती है — यानी दख़ल देने की पाँच अलग जगहें मिल जाती हैं।

पर जो बात सबसे ज़्यादा मायने रखती है और सबसे कम जानी जाती है, वह आगे की है।

ज़्यादातर धूल विस्फोट दो चरणों में होते हैं। प्राथमिक विस्फोट अक्सर छोटा होता है — कोई बेयरिंग ज़्यादा गरम हो गई, कोई नाली सुलग गई, किसी मशीन में कुछ मामूली फट गया। उस छोटी घटना की झटका-तरंग इमारत में दौड़ती है और हर क्षैतिज सतह हिला देती है: छत के गर्डर, केबल ट्रे, कगारें, लाइट के फ़िटिंग, मशीनों के ऊपरी हिस्से।

उन सतहों पर महीनों से धूल जमा होती रही है। झटका उस पूरी धूल को एक साथ हवा में उठा देता है, और ऐसा बादल बन जाता है जो पहले वाले से कहीं बड़ा है — और जो पहले से लपटों से घिरा है।

उसके बाद आने वाला द्वितीयक विस्फोट ही इमारतें गिराता है और लोगों की जान लेता है। इसीलिए धूल भरे कारख़ाने में सबसे असरदार उपाय कोई दमन प्रणाली नहीं, साफ़-सफ़ाई है — क्योंकि जिस इमारत की सतहों पर धूल जमा ही नहीं है, वहाँ दूसरे चरण के लिए ईंधन ही नहीं बचता; और जिस इमारत की छत के लोहे पर सेंटीमीटरों धूल पड़ी है, वह असली ख़तरा ठीक वहाँ जमा कर रही है जहाँ कोई देखता ही नहीं।

धूल विस्फोट किसी मटेरियल का गुण नहीं है। वह एक मटेरियल, एक कण-आकार, एक सांद्रता, एक ऑक्सीजन आपूर्ति, एक प्रज्वलन स्रोत और एक कमरे — इन सबका मिला-जुला गुण है। और जानलेवा वाला रूप आम तौर पर उसी धूल से बनता है जिसके पास से लोग सालों से गुज़र रहे थे।

कोई धूल दूसरी से ज़्यादा ख़तरनाक क्यों

धूल के ख़तरे बनावट से अनुमान लगाकर नहीं, नापकर तय किए जाते हैं, और तीन राशियाँ ज़्यादातर काम करती हैं।

न्यूनतम विस्फोटी सांद्रता वह सबसे कम धूल-मात्रा है जिस पर हवा में लपट आगे बढ़ सकती है। उससे नीचे कण इतने दूर-दूर हैं कि लपट छलाँग नहीं लगा पाती। आँकड़े सहज-बुद्धि से कम हैं — अक्सर कुछ दसियों ग्राम प्रति घन मीटर, यानी ऐसा बादल जिसमें देखना मुश्किल हो जाए, पर जिसे ज़्यादातर लोग घना नहीं कहेंगे।

न्यूनतम प्रज्वलन ऊर्जा यह है कि प्रज्वलन स्रोत को कितनी ऊर्जा देनी पड़ेगी। कण महीन होते जाने के साथ यही आँकड़ा नाटकीय रूप से गिरता है, और इसीलिए महीन पाउडर मोटे पाउडर से अलग समस्या हैं। कई महीन कार्बनिक धूलों के लिए न्यूनतम प्रज्वलन ऊर्जा इतनी कम होती है कि बिना ग्राउंड किए आदमी या उपकरण से निकली स्थैतिक चिंगारी ही काफ़ी है — इसीलिए पाउडर संभालने में स्थैतिक नियंत्रण औपचारिकता नहीं, केंद्रीय बात है।

Kst, यानी डिफ़्लैग्रेशन सूचकांक, नापता है कि मानक परीक्षण-पात्र में दाब कितनी तेज़ी से चढ़ता है, और उसी से धूलें श्रेणियों में बँटती हैं: कमज़ोर के लिए St 1, मज़बूत के लिए St 2, और सबसे हिंसक के लिए St 3। विस्फोट वेंट और दमन प्रणालियाँ इसी के हिसाब से नापी जाती हैं। धातु की धूलें — ऐलुमिनियम, मैग्नीशियम, टाइटेनियम — गंभीर सिरे पर बैठती हैं और इतनी गरम जलती हैं कि कुछ सामान्य दमन तरीक़े बेअसर हो जाएँ; इसीलिए धातु की आग के लिए अलग बुझाने वाले पदार्थ चाहिए।

दो और बातें हर जगह मायने रखती हैं। नमी प्रज्वलन ऊर्जा काफ़ी बढ़ा देती है और उपलब्ध सबसे सस्ता उपाय है — इसीलिए सीलन भरे हालात सचमुच ख़तरा घटाते हैं और इसीलिए सुखाने वाले काम कारख़ाने के ज़्यादा ख़तरनाक चरणों में गिने जाते हैं। और कण-आकार वितरण नाममात्र आकार से ज़्यादा मायने रखता है, क्योंकि वितरण की महीन पूँछ ही प्रज्वलन का बर्ताव तय करती है, चाहे ज़्यादातर द्रव्यमान मोटा ही क्यों न हो — वही सबक़ जो आकार-वितरण इस क्षेत्र में हर जगह सिखाता है।

भारत में प्रभावित क्षेत्र फैले हुए और अक्सर असंगठित हैं: आटा और चावल की मिलें, चीनी संयंत्र, मसाला पिसाई, दाल प्रसंस्करण, गुड़ इकाइयाँ, लकड़ी और फ़र्नीचर की वर्कशॉप, धातु घिसाई और बफ़िंग की दुकानें, कोयला हैंडलिंग, और दवा के पाउडर वाले काम। ख़तरा उसी अनुपात में बढ़ता है कि उत्पाद कितना महीन पीसा जाता है और उसका कितना हिस्सा बोरियों के बजाय सतहों पर पहुँच जाता है।

नैनो वाला सिरा, जहाँ यह अलग समस्या बन जाती है

ऊपर की हर बात कण छोटे होने के साथ तीखी होती जाती है, और नैनो पैमाने पर इसका चरित्र ही बदल जाता है।

कण का आकार घटने पर प्रति इकाई द्रव्यमान सतही क्षेत्रफल तेज़ी से चढ़ता है, न्यूनतम प्रज्वलन ऊर्जा गिरती है, और वह तापमान भी गिरता है जिस पर पाउडर ख़ुद गरम होने लगता है। काफ़ी नीचे ले जाइए और धातु के पाउडर को प्रज्वलन स्रोत की ज़रूरत ही नहीं रहती: वह हवा के संपर्क में इतनी तेज़ी से ऑक्सीकृत होता है कि ख़ुद को जलने की हद तक गरम कर ले। ऐसे मटेरियल को पायरोफ़ोरिक कहते हैं, और नैनो पैमाने के ऐलुमिनियम, टाइटेनियम, ज़र्कोनियम तथा लोहे — सब ऐसा बर्ताव कर सकते हैं।

ठीक इसीलिए क्रियाशील धातु नैनोपाउडर खुली सूखी शक्ल में डिब्बे में नहीं भेजे जाते। वे पैसिवेट करके दिए जाते हैं — यानी जान-बूझकर ऊपर एक पतला नियंत्रित ऑक्साइड खोल उगाया जाता है जो नीचे की धातु को बचाता है, इस क़ीमत पर कि कुछ धातु अब धातु नहीं ऑक्साइड है — या फिर किसी विलायक में परिक्षेपण या लेई के रूप में, ताकि हवा दूर रहे। क्रियाशील नैनोपाउडर का डिब्बा कमरे की हवा में खोलना तटस्थ काम नहीं है, और डेटाशीट का भंडारण व हैंडलिंग वाला हिस्सा ही सबसे ज़्यादा मायने रखता है।

जहाँ यही क्रियाशीलता चाहिए, वहाँ यह ख़ूबी है। नैनो ऐलुमिनियम जान-बूझकर प्रणोदकों और थर्माइट संरचनाओं में ऊर्जावान योजक के रूप में इस्तेमाल होता है, ठीक इसलिए कि सतही क्षेत्रफल के साथ जलने की दर बढ़ती है। "ऑक्सीजन से बहुत तेज़ अभिक्रिया करता है" ख़तरा है या उत्पाद-विनिर्देश, यह सिर्फ़ इस पर टिका है कि आप करना क्या चाह रहे थे।

यहाँ की ईमानदार समरूपता साफ़ कह देनी चाहिए। इस साइट ने नैनोमटेरियल के पक्ष में जो भी दलील दी है — कि उत्प्रेरकों को बिखराव चाहिए, कि अधिशोषकों को सतह चाहिए, कि सुपरकैपेसिटर सतह ही हैं — वही दलील महीन पाउडर को ख़तरनाक बनाती है। जो मटेरियल अपने आसपास से आसानी से अभिक्रिया करता है, वह उपयोगी और ख़तरनाक दो वजहों से नहीं, एक ही वजह से होता है।

ख़तरा सचमुच घटाता क्या है

उपाय असर के हिसाब से एक क्रम में आते हैं, और वह क्रम वह नहीं है जिसमें उन्हें आम तौर पर ख़रीदा जाता है।

बादल बनने ही मत दीजिए। घेरे में हैंडलिंग, हर स्थानांतरण बिंदु पर स्थानीय निकास वेंटिलेशन, जहाँ प्रक्रिया इजाज़त दे वहाँ गीले तरीक़े, और गिरने की ऊँचाई घटाना — ये सब यही घटाते हैं कि कितनी धूल हवा में जाती है। सबसे बड़ा असर इसी का है और चमक सबसे कम इसी में।

साफ़-सफ़ाई, जिसे सुरक्षा-महत्वपूर्ण काम माना जाए। गर्डर, कगार, नलिकाओं और मशीनों के ऊपर जमी धूल नियमित रूप से हटाना द्वितीयक विस्फोट का ईंधन ही हटा देता है। एक ख़ास नियम कहने लायक़ है क्योंकि उसका उल्लंघन लगातार होता है: धूल कभी कंप्रेस्ड हवा से मत उड़ाइए, और सूखी झाड़ू मत लगाइए। दोनों ठीक वही हवाई बादल बनाते हैं जिसे रोकने के लिए यह सारी क़वायद है। उस धूल और उस इलाक़े के लिए रेटेड वैक्यूम इस्तेमाल कीजिए, या गीले तरीक़े।

प्रज्वलन स्रोत क़ाबू कीजिए। स्थैतिक चिंगारी रोकने के लिए उपकरणों और कामगारों की बॉन्डिंग व ग्राउंडिंग, वर्गीकृत इलाक़े के लिए सही रेटिंग वाले बिजली उपकरण, चक्की तक पहुँचने से पहले बाहरी धातु निकालने के लिए चुंबकीय विभाजक, और गरम काम तथा बेयरिंग के तापमान पर नियंत्रण।

और फिर भी हो जाए, उसके लिए उपकरण बचाइए। विस्फोट वेंट पैनल, जो दाब को सुरक्षित जगह तक जाने का बना-बनाया रास्ता दें; दमन प्रणालियाँ, जो मिलीसेकंडों में बुझाने वाला पदार्थ छोड़ें; और आइसोलेशन वाल्व, जो लपट को नलिका से होकर अगले बर्तन तक जाने से रोकें। ये सब धूल के नापे गए Kst के हिसाब से बनाए जाते हैं — इसीलिए जाँच उपकरण चुनने के बाद नहीं, पहले होती है।

छात्रों और शोधकर्ताओं के लिए इसका महत्व

यह उन गिने-चुने विषयों में है जहाँ एक ही सीधा भौतिक विचार — अभिक्रिया सतह पर होती है, इसलिए बँटवारा दर तय करता है — औद्योगिक दुर्घटनाओं का एक पूरा वर्ग और उपयोगी मटेरियल का एक पूरा वर्ग, दोनों समझा देता है। इसे उत्प्रेरण से अलग करके नहीं, उसी के साथ पढ़ाया जाए तो छात्रों में यह समझ कहीं बेहतर बैठेगी कि महीन पाउडर सम्मान क्यों माँगते हैं।

यह बनावट से अनुमान लगाने की सीमाओं का भी अच्छा सबक़ है। किसी धूल का Kst या न्यूनतम प्रज्वलन ऊर्जा उसके रासायनिक सूत्र से निकाली नहीं जा सकती; दोनों कण-आकार वितरण, नमी, आकृति और सतह की हालत पर टिके हैं — इसीलिए ख़तरे का वर्गीकरण उसी मटेरियल पर मानक परीक्षण से होता है जिसे कारख़ाना सचमुच संभालता है। "गेहूँ के आटे" के लिए किसी सप्लायर का आम आँकड़ा उस ख़ास चक्की में जमा होने वाले ख़ास महीन कणों की जाँच का विकल्प नहीं है।

खुला काम असमान रूप से बँटा है। भारत में आम कई धूलों के विस्फोट-गुण — मसाले का चूर्ण, चावल की भूसी और चोकर, गुड़ की धूल, अलग-अलग दालों का आटा — गेहूँ, कोयले और ऐलुमिनियम के मुक़ाबले बहुत कम प्रकाशित हैं, और इन्हें संभालने वाले कारख़ानों के पास डिज़ाइन के लिए स्थानीय आँकड़ा अक्सर होता ही नहीं। नैनोपाउडर के ख़तरे का आकलन और भी कठिन है, क्योंकि मानक परीक्षण उपकरण माइक्रोमीटर पैमाने के मटेरियल के लिए बना था और नैनोपाउडर को दोहराए जा सकने लायक़ ढंग से फैलाना अपने आप में समस्या है। और व्यावसायिक नैनोपाउडर में पैसिवेशन परत की मोटाई, भंडारण-आयु तथा बची हुई क्रियाशीलता के आपसी रिश्ते पर जितना छपा है, उससे ज़्यादा छपना चाहिए।

अक्सर पूछे जाने वाले सवाल

क्या आटे में सचमुच विस्फोट हो सकता है?

बादल के रूप में, पर्याप्त सांद्रता पर, बंद जगह में, प्रज्वलन स्रोत के साथ — हाँ; और दुनिया भर के अनाज तथा आटा संयंत्रों का दुर्घटना-इतिहास इसका सबूत है। बोरी में, कटोरे में या ढेर के रूप में नहीं, क्योंकि ऑक्सीजन के लिए उपलब्ध सतह नगण्य है और लपट को उस पूरे द्रव्यमान में तेज़ी से फैलने का कोई रास्ता नहीं। ख़तरा बिखरी हुई अवस्था का है, पदार्थ का नहीं।

धातु नैनोपाउडर के डिब्बे पर "हवा में मत खोलिए" क्यों लिखा होता है?

क्योंकि उस कण-आकार पर धातु इतनी तेज़ी से ऑक्सीकृत हो सकती है कि बिना किसी बाहरी स्रोत के ख़ुद को जलने लायक़ गरम कर ले — यानी वह पायरोफ़ोरिक है। व्यावसायिक क्रियाशील नैनोपाउडर आम तौर पर इसी वजह से पतले ऑक्साइड खोल से पैसिवेट किए जाते हैं या परिक्षेपण के रूप में दिए जाते हैं, और उन्हें ग्लवबॉक्स में निष्क्रिय वातावरण में संभालना ज़रूरत से ज़्यादा सावधानी नहीं, सामान्य तरीक़ा है।

क्या मोबाइल फ़ोन या बिजली का स्विच धूल विस्फोट कर सकता है?

ज़्यादा आम अपराधी स्थैतिक बिजली है, क्योंकि कई महीन कार्बनिक धूलों की न्यूनतम प्रज्वलन ऊर्जा इतनी कम है कि बिना ग्राउंड किए आदमी या प्लास्टिक के डिब्बे से निकली चिंगारी ही काफ़ी हो। इसीलिए पाउडर संभालने में बॉन्डिंग और ग्राउंडिंग बुनियादी है। धूल भरे इलाक़ों में बिजली के उपकरण भी ख़ास तौर पर उसी के लिए रेटेड होने चाहिए — यह अलग और उतनी ही असली शर्त है।

क्या नमी ख़तरा घटाती है?

हाँ, और सार्थक रूप से। नमी प्रज्वलन के लिए ज़रूरी ऊर्जा बढ़ा देती है और कणों को बिखरने के बजाय आपस में चिपकने लायक़ बना देती है। यही एक वजह है कि सुखाने वाले काम कारख़ाने के ज़्यादा जोखिम वाले चरणों में हैं, और धूल विस्फोट सूखे मौसम में ज़्यादा होते हैं। यह असली राहत देने वाला कारक है, पर अकेले उस पर टिका नहीं जा सकता, क्योंकि नमी प्रक्रिया और मौसम के साथ बदलती रहती है।

धूल झाड़ने से क्यों मना किया जाता है?

क्योंकि झाड़ू — और उससे कहीं बुरा, कंप्रेस्ड हवा से उड़ाना — जमी हुई धूल को वापस हवा में फेंक देता है, यानी ठीक वही तैरता बादल बना देता है जिससे विस्फोट मुमकिन होता है। यह सुरक्षित जमी हुई अवस्था को ख़तरनाक बिखरी अवस्था में बदल देता है, अक्सर किसी बंद कमरे में। सही तरीक़े हैं उस धूल और उस इलाक़े के वर्गीकरण के लिए रेटेड वैक्यूम प्रणाली, या जहाँ मटेरियल इजाज़त दे वहाँ गीली सफ़ाई।