stringtranslate.com

Нитрат аммония

Нитрат аммония – химическое соединение с формулой NH 4 NO 3 . Это белая кристаллическая соль, состоящая из ионов аммония и нитрата . Он хорошо растворим в воде и гигроскопичен в твердом состоянии, хотя не образует гидратов . Его преимущественно используют в сельском хозяйстве в качестве удобрения с высоким содержанием азота . [4]

Другое его основное применение — в качестве компонента взрывчатых смесей, используемых в горнодобывающей промышленности, карьерах и гражданском строительстве. Это основной компонент ANFO , популярного промышленного взрывчатого вещества, на долю которого приходится 80% взрывчатых веществ, используемых в Северной Америке; аналогичные составы использовались в самодельных взрывных устройствах .

Многие страны постепенно отказываются от его использования в потребительских приложениях из-за опасений по поводу возможности его неправильного использования. [5] С начала 20 века в результате случайных взрывов нитрата аммония погибли тысячи людей. [5] [6] Мировое производство в 2017 году оценивалось в 21,6 миллиона тонн. [7] К 2021 году мировое производство аммиачной селитры сократилось до 16,7 миллиона тонн. [8]

Вхождение

Нитрат аммония встречается в виде природного минерала гвихабаита (ранее известного как нитрамит) [9] — аммониевого аналога селитры (минералогическое название: селитра) [10] [11] — в самых засушливых районах пустыни Атакама в Чили , часто как корка на земле или в сочетании с другими нитратными, йодатными и галогенидными минералами . Здесь добывали нитрат аммония до тех пор, пока процесс Габера-Боша не позволил синтезировать нитраты из атмосферного азота, что сделало добычу нитратов устаревшей.

Производство, реакции и кристаллические фазы

Промышленное производство аммиачной селитры предполагает кислотно-основную реакцию аммиака с азотной кислотой : [ 12]

HNO 3 + NH 3 → NH 4 NO 3

Необходимый для этого процесса аммиак получают методом Габера из азота и водорода. Аммиак, полученный процессом Габера, можно окислить до азотной кислоты процессом Оствальда . Аммиак используется в безводной форме (газ), а азотная кислота концентрируется. Реакция бурная из-за ее сильно экзотермической природы. После образования раствора, обычно с концентрацией около 83%, избыток воды выпаривают, в результате чего остается концентрация нитрата аммония (АН) от 95% до 99,9% (расплав АН), в зависимости от марки. Затем расплав АН превращают в «гранулы» или маленькие шарики в распылительной башне или в гранулы путем распыления и галтовки во вращающемся барабане. Гранулы или гранулы могут быть дополнительно высушены, охлаждены и затем покрыты покрытием для предотвращения слеживания. Эти гранулы или гранулы являются типичными продаваемыми продуктами AN.

Другим методом производства является вариант нитрофофорного процесса :

Ca(NO 3 ) 2 + 2 NH 3 + CO 2 + H 2 O → 2 NH 4 NO 3 + CaCO 3

Продукты, карбонат кальция и нитрат аммония, могут быть очищены отдельно или проданы в сочетании как нитрат кальция-аммония .

Нитрат аммония также можно получить посредством реакций метатезиса :

(NH 4 ) 2 SO 4 + Ba(NO 3 ) 2 → 2 NH 4 NO 3 + BaSO 4
(NH 4 ) 2 SO 4 + Ca(NO 3 ) 2 → 2 NH 4 NO 3 + CaSO 4
NH 4 Cl + AgNO 3 → NH 4 NO 3 + AgCl

Реакции

Поскольку нитрат аммония представляет собой соль , оба катиона NH+4, а анион НЕТ−3, могут принимать участие в химических реакциях.

Твердая нитрат аммония разлагается при нагревании. При температуре ниже 300 °C в результате разложения в основном образуются закись азота и вода:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2 H 2 O

При более высоких температурах преобладает следующая реакция. [13]

2 NH 4 NO 3 → 2 N 2 + O 2 + 4 H 2 O

Обе реакции разложения экзотермичны , и их продуктами являются газы. При определенных условиях это может привести к неконтролируемой реакции , при этом процесс разложения становится взрывоопасным. [14] Подробности см. в § Бедствия. Произошло множество катастроф, связанных с аммиачной селитрой , с человеческими жертвами.

Красно-оранжевый цвет облака взрыва обусловлен диоксидом азота , вторичным продуктом реакции. [14]

Кристаллические фазы

Обнаружен ряд кристаллических фаз нитрата аммония. Следующие процессы происходят при атмосферном давлении.

Переход от β-ромбической формы к α-ромбической (при 32,3 °C) происходит при температуре окружающей среды во многих частях мира. Эти формы имеют разницу в плотности на 3,6%, и, следовательно, переход между ними вызывает изменение объема. Одним из практических последствий этого является то, что нитрат аммония нельзя использовать в качестве топлива для твердотопливных двигателей , поскольку в нем образуются трещины. Стабилизированная нитрат аммония (ПСАН) была разработана как решение этой проблемы и включает в себя стабилизаторы на основе галогенидов металлов, которые предотвращают колебания плотности. [16]

Приложения

Удобрения

Аммиачная селитра является важным удобрением с рейтингом NPK 34-0-0 (34% азота). [17] Он менее концентрирован, чем мочевина (46-0-0), что делает нитрат аммония небольшим недостатком при транспортировке. Преимущество аммиачной селитры перед мочевиной состоит в том, что она более стабильна и не теряет быстро азот в атмосферу.

взрывчатые вещества

Нитрат аммония легко образует взрывчатые смеси с различными свойствами в сочетании с взрывчатыми веществами, такими как тротил, или с топливом, таким как алюминиевый порошок или мазут. Примеры взрывчатых веществ, содержащих нитрат аммония, включают:

Смесь с мазутом

ANFO представляет собой смесь 94% нитрата аммония («AN») и 6% мазута («FO»), широко используемую в качестве промышленного взрывчатого вещества . [18] : 1  Он используется в добыче угля , карьерах , металлургии и гражданском строительстве в нетребовательных приложениях, где преимущества низкой стоимости ANFO, относительной безопасности и простоты использования имеют большее значение, чем преимущества, предлагаемые обычными промышленными взрывчатыми веществами, такими как как водостойкость, кислородный баланс , высокая скорость детонации и производительность при малых диаметрах. [18] : 2 

Терроризм

Взрывчатка на основе нитрата аммония использовалась при взрыве в Стерлинг-холле в Мэдисоне, штат Висконсин, в 1970 году, при взрыве в Оклахома-Сити в 1995 году, при взрыве в Дели в 2011 году , при взрыве в Осло в 2011 году и при взрыве в Хайдарабаде в 2013 году .

В ноябре 2009 года правительство Северо-Западной пограничной провинции (СЗПП) Пакистана ввело запрет на сульфат аммония , аммиачную селитру и кальциево-аммиачную селитру на территории бывшего округа Малаканд  , включающего Верхний Дир , Нижний Дир , Сват , Читрал , и Малакандском районах СЗПП – после сообщений о том, что эти химикаты использовались боевиками для изготовления взрывчатки. Благодаря этим запретам « хлорат калия  – материал, который позволяет загораться спичкам – превзошел удобрения в качестве взрывчатого вещества, которое выбирают повстанцы». [19]

Нишевое использование

Нитрат аммония используется в некоторых мгновенных холодных компрессах , поскольку его растворение в воде сильно эндотермично . В 2021 году Университет науки и технологий имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии провел эксперименты по изучению возможности растворения нитрата аммония в воде для автономных систем охлаждения и в качестве хладагента. Они предположили, что воду можно дистиллировать и повторно использовать с использованием солнечной энергии, чтобы избежать потерь воды в суровых условиях. [20]

Когда-то он использовался в сочетании с самостоятельным взрывчатым «топливом», таким как нитрат гуанидина , [21] [22] в качестве более дешевой (но менее стабильной) альтернативы 5-аминотетразолу в надувных устройствах подушек безопасности производства Takata Corporation , которые были отозваны. как небезопасный после убийства 14 человек. [23]

Безопасность, обращение и хранение

Существуют многочисленные рекомендации по безопасности при хранении и обращении с нитратом аммония. Данные по охране здоровья и безопасности приведены в паспортах безопасности , которые можно получить у поставщиков и различных правительств. [24] [25] [26]

Чистая аммиачная селитра не горит, но как сильный окислитель поддерживает и ускоряет горение органических (и некоторых неорганических) материалов. [24] [27] [28] Не следует хранить рядом с горючими веществами.

Хотя нитрат аммония стабилен при температуре и давлении окружающей среды во многих условиях, он может взорваться от сильного инициирующего заряда. Его нельзя хранить рядом с взрывчатыми веществами или взрывчатыми веществами.

Расплавленный нитрат аммония очень чувствителен к ударам и детонации, особенно если он загрязнен несовместимыми материалами, такими как горючие вещества, легковоспламеняющиеся жидкости, кислоты, хлораты, хлориды, сера, металлы, древесный уголь и опилки. [29] [24]

Контакт с некоторыми веществами, такими как хлораты , минеральные кислоты и сульфиды металлов , может привести к энергичному или даже бурному разложению, способному привести к воспламенению близлежащих горючих материалов или детонации. [30] [31]

Нитрат аммония после плавления начинает разлагаться с выделением NO x , HNO 3 , NH.3и Н 2 О. _ Его нельзя нагревать в замкнутом пространстве. [24] Возникающие в результате разложения тепло и давление повышают чувствительность к детонации и увеличивают скорость разложения. Детонация может произойти при давлении 80 атмосфер . Загрязнение может снизить это давление до 20 атмосфер. [29]

Нитрат аммония имеет критическую относительную влажность 59,4% при 30 °C. При более высокой влажности он будет поглощать влагу из атмосферы. Поэтому важно хранить аммиачную селитру в плотно закрытой таре. В противном случае он может слиться в большую твердую массу. Нитрат аммония может поглотить достаточно влаги, чтобы перейти в жидкое состояние. Смешивание нитрата аммония с некоторыми другими удобрениями может снизить критическую относительную влажность. [32]

Возможность использования этого материала в качестве взрывчатого вещества побудила принять меры регулирования. Например, в Австралии в августе 2005 года вступили в силу Положения об опасных грузах, обеспечивающие лицензирование обращения с такими веществами. [33] Лицензии выдаются только заявителям (отраслям) при наличии соответствующих мер безопасности для предотвращения любого неправомерного использования. [34] Дополнительные виды использования, такие как образовательные и исследовательские цели, также могут быть рассмотрены, но индивидуальное использование не допускается. Сотрудники компаний, имеющих лицензии на работу с этим веществом, по-прежнему должны находиться под наблюдением уполномоченного персонала и должны пройти проверку безопасности и национальной полиции, прежде чем может быть выдана лицензия.

Опасности для здоровья

Нитрат аммония не опасен для здоровья и обычно используется в удобрениях. [35] [36] [37]

У нитрата аммония ЛД 50 составляет 2217 мг/кг, [38] что для сравнения составляет примерно две трети от показателя поваренной соли .

Катастрофы

Нитрат аммония при нагревании разлагается безвзрывоопасно на газы закись азота и водяной пар . Однако его можно вызвать взрывное разложение в результате детонации . [39] Большие запасы материала также могут представлять серьезную опасность пожара из-за того, что они способствуют окислению , ситуация, которая может легко перерасти в детонацию. Взрывы нередки: в большинстве лет происходят относительно небольшие инциденты, но также произошло несколько крупных и разрушительных взрывов. Примеры включают взрыв Оппау 1921 года (один из крупнейших искусственных неядерных взрывов ), катастрофу в Техас-Сити 1947 года, взрывы в Тяньцзине в Китае в 2015 году и взрыв в Бейруте в 2020 году . [40]

Нитрат аммония может взорваться по двум механизмам:

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Прадьот Патнаик. Справочник неорганических химикатов . МакГроу-Хилл, 2002, ISBN  0-07-049439-8
  2. ^ Мартель, Б.; Кэссиди, К. (2004). Анализ химического риска: Практическое руководство . Баттерворт-Хайнеманн. п. 362. ИСБН 1-903996-65-1.
  3. ^ «Информация о рейтинге опасности для огненных алмазов NFPA» . Архивировано из оригинала 17 февраля 2015 года . Проверено 13 марта 2015 г.
  4. ^ Запп, Карл-Хайнц (2012). «Соединения аммония». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a02_243. ISBN 9783527303854.
  5. ^ ab Нитрат аммония продается тоннами, поскольку регулирование США зашло в тупик. Архивировано 28 февраля 2018 года в Wayback Machine – The Dallas Morning News.
  6. ^ https://knoema.com//atlas/topics/Agricultural/Fertilizers-Production-Quantity-in-Nutrients/Ammonium-nitrate-production
  7. ^ «Производство аммиачной селитры по странам, 2019» . Кноэма . Проверено 14 августа 2020 г.
  8. ^ https://knoema.com//atlas/topics/Agricultural/Fertilizers-Production-Quantity-in-Nutrients/Ammonium-nitrate-production
  9. ^ "Гвихабайте". www.mindat.org .
  10. ^ "Нитра". www.mindat.org .
  11. ^ «Список минералов». www.ima-mineralogy.org . 21 марта 2011 г.
  12. ^ US 4927617, Виллар, Александр и Котонеа, Ив, «Процесс производства концентрированных растворов нитрата аммония», опубликован 22 мая 1990 г., передан Societe Chimique des Charbonnages SA. 
  13. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 469. ИСБН 978-0-08-037941-8.
  14. ^ ab «Химия взрыва в Бейруте».
  15. ^ Чой, CS; Праск, HJ (1983). «Структура V фазы ND4NO3 по данным порошковой нейтронографии». Акта Кристаллографика Б. 39 (4): 414–420. Бибкод : 1983AcCrB..39..414C. дои : 10.1107/S0108768183002669 .
  16. ^ Кумар, Пратим (декабрь 2019 г.). «Достижения в области методов фазовой стабилизации АН с использованием КДН и других химических соединений для получения зеленых окислителей». Оборонные технологии . 15 (6): 949–957. дои : 10.1016/j.dt.2019.03.002 .
  17. ^ «Содержание питательных веществ в материалах удобрений» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 декабря 2012 года . Проверено 27 июня 2012 г.
  18. ^ аб Кук, Мелвин А. (1974). Наука о промышленных взрывчатых веществах . ИРЕКО Химикаты. п. 1. АСИН  B0000EGDJT.
  19. ^ Брук, Том Ванден. «Афганские производители бомб переходят на новую взрывчатку для СВУ». США СЕГОДНЯ .
  20. ↑ Коксворт, Бен (20 сентября 2021 г.). «Солнечный свет и соленая вода объединяют усилия в системе охлаждения без электричества». Новый Атлас . Гизмаг Пти Лтд . Проверено 21 сентября 2021 г.
  21. ^ US 5531941, Пул, Дональд Р., «Процесс приготовления композиции, не содержащей азидов», опубликованный 2 июля 1996 г., передан Лаборатории автомобильных систем. 
  22. ^ Состав подушек безопасности уже много лет раздражает Такату - The New York Times
  23. ^ Более дешевая подушка безопасности и путь Такаты к смертельному кризису. - Нью-Йорк Таймс
  24. ^ abcd Chemical Advisory: Безопасное хранение, обращение и обращение с нитратом аммония, Агентство по охране окружающей среды США.
  25. ^ «Хранение и обращение с нитратом аммония» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 4 июля 2011 года . Проверено 22 марта 2006 г.
  26. ^ «Паспорт безопасности нитрата аммония» . Архивировано из оригинала 18 августа 2011 года . Проверено 25 января 2012 г.
  27. ^ Прадьот Патнаик (2002). Справочник неорганических химикатов . МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-049439-8.
  28. ^ «Аммиачная селитра». ПабХим . Проверено 6 августа 2020 г.
  29. ^ ab «Отчет об обновлении отчета PHA MOD1 об острове Кураганг» . Орика Майнинг Сервисез . 1 апреля 2012 года. Архивировано из оригинала 12 августа 2014 года . Проверено 6 августа 2020 г.
  30. ^ «Операции в области химического машиностроения» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 апреля 2016 года.
  31. ^ «Аммиачная селитра». webwiser.nlm.nih.gov . Проверено 6 августа 2020 г.
  32. ^ Удобрения Европы (2006). «Руководство по совместимости материалов для смесей удобрений» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 8 июня 2015 года.
  33. ^ «Правила об опасных грузах (HCDG)» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 23 марта 2012 года.
  34. ^ Нитрат аммония - регулирование его использования, баланс доступа и защиты от «Worksafe Victoria». Архивировано из оригинала 11 марта 2011 года.
  35. ^ CF Industries. «Паспорт безопасности нитрата аммония» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 марта 2014 года.
  36. ^ "Chemicalland21 - Нитрат аммония" . Архивировано из оригинала 10 января 2012 года.
  37. ^ «Аммиачная селитра». Патон Удобрения Pty Ltd. 2005.
  38. ^ «Паспорт безопасности материала, паспорт безопасности нитрата аммония» . Архивировано из оригинала 18 августа 2011 года . Проверено 25 января 2012 г.
  39. ^ Чатурведи, Шалини; Дэйв, Прагнеш Н. (январь 2013 г.). «Обзор термического разложения нитрата аммония». Журнал энергетических материалов . 31 (1): 1–26. Бибкод : 2013JEnM...31....1C. дои : 10.1080/07370652.2011.573523. S2CID  94427830.
  40. ^ «Президент Ливана призывает ввести двухнедельное чрезвычайное положение в Бейруте после взрыва» . Рейтер . Бейрут. 4 августа 2020 г. Проверено 4 августа 2020 г. Аун в комментариях, опубликованных в Twitter-аккаунте президента, заявил, что «неприемлемо» то, что 2750 тонн аммиачной селитры хранились на складе в течение шести лет без мер безопасности, и пообещал, что виновные понесут «самое суровое наказание».

Источники

Внешние ссылки