stringtranslate.com

Нитрат аммония

Нитрат аммонияхимическое соединение с формулой NH4NO3 . Это белая кристаллическая соль, состоящая из ионов аммония и нитрата . Она хорошо растворима в воде и гигроскопична в твердом состоянии, хотя не образует гидратов . Она в основном используется в сельском хозяйстве как удобрение с высоким содержанием азота . [5]

Другое его основное применение — компонент взрывчатых смесей, используемых в горнодобывающей промышленности, карьерах и гражданском строительстве. Он является основным компонентом ANFO , популярного промышленного взрывчатого вещества, на долю которого приходится 80% взрывчатых веществ, используемых в Северной Америке; похожие составы использовались в самодельных взрывных устройствах .

Многие страны постепенно отказываются от его использования в потребительских целях из-за опасений относительно его потенциального нецелевого использования. [6] Случайные взрывы нитрата аммония унесли жизни тысяч людей с начала 20-го века. [6] [7] Мировое производство оценивалось в 21,6 млн тонн в 2017 году. [8] К 2021 году мировое производство нитрата аммония сократилось до 16,7 млн ​​тонн. [7]

Происшествие

Нитрат аммония встречается в виде природного минерала гвихабаита (ранее известного как нитрамит) [9] – аммиачного аналога селитры (минералогическое название: селитра) [10] [11] – в самых засушливых районах пустыни Атакама в Чили , часто в виде корки на земле или в сочетании с другими нитратными, иодатными и галогенидными минералами . Нитрат аммония добывался там 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 включает кислотно-щелочную реакцию аммиака с азотной кислотой : [12]

HNO3 + NH3NH4NO3

Аммиак, необходимый для этого процесса, получают с помощью процесса Габера из азота и водорода. Аммиак, полученный с помощью процесса Габера, можно окислить до азотной кислоты с помощью процесса Оствальда . Аммиак используется в безводной форме (газ), а азотная кислота концентрируется. Реакция является бурной из-за ее высокоэкзотермической природы . После образования раствора, обычно с концентрацией около 83%, избыток воды испаряется, оставляя содержание нитрата аммония (AN) с концентрацией от 95% до 99,9% (расплав AN), в зависимости от марки. Затем расплав AN превращается в «гранулы» или небольшие шарики в распылительной башне или в гранулы путем распыления и галтовки во вращающемся барабане. Гранулы или гранулы могут быть дополнительно высушены, охлаждены, а затем покрыты для предотвращения спекания. Эти гранулы или гранулы являются типичными продуктами AN в торговле.

Другой метод производства представляет собой вариант нитрофосфатного 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 по отдельности или проданы вместе как известково-аммиачная селитра .

Нитрат аммония также можно получить с помощью 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
NH4Cl + AgNO3NH4NO3 + AgCl​​​​

Реакции

Поскольку нитрат аммония является солью , то катион NH+4, и анион, NO3, могут принимать участие в химических реакциях.

Твердый нитрат аммония разлагается при нагревании. При температурах ниже 300 °C разложение в основном приводит к образованию закиси азота и воды:

NH4NO3 → N2O + 2H2O

При более высоких температурах преобладает следующая реакция. [13]

2NH4NO3 → 2N2 + O2 + 4H2O

Обе реакции разложения экзотермичны , а их продукты — газы. При определенных условиях это может привести к неконтролируемой реакции , при которой процесс разложения становится взрывоопасным. [14] Подробности см. в разделе Катастрофы. Произошло много катастроф с аммиачной селитрой , в результате которых погибли люди.

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

Кристаллические фазы

Наблюдалось несколько кристаллических фаз нитрата аммония. Следующие происходят при атмосферном давлении.

Переход между β-ромбическими и α-ромбическими формами (при 32,3 °C) происходит при температуре окружающей среды во многих частях мира. Эти формы имеют разницу в плотности 3,6%, и, следовательно, переход между ними вызывает изменение объема. Одним из практических последствий этого является то, что нитрат аммония не может использоваться в качестве твердого ракетного топлива, так как в нем образуются трещины. Стабилизированный нитрат аммония (PSAN) был разработан как решение этой проблемы и включает в себя стабилизаторы галогенидов металлов, которые предотвращают колебания плотности. [16]

Приложения

Удобрение

Нитрат аммония является важным удобрением с рейтингом NPK 34-0-0 (34% азота). [17] Он менее концентрирован, чем мочевина (46-0-0), что дает нитрату аммония небольшое неудобство при транспортировке. Преимущество нитрата аммония перед мочевиной заключается в том, что он более стабилен и не так быстро теряет азот в атмосферу.

Взрывчатые вещества

Нитрат аммония легко образует взрывчатые смеси с различными свойствами при смешивании с такими взрывчатыми веществами, как тротил, или с такими видами топлива, как алюминиевый порошок или мазут. Примеры взрывчатых веществ, содержащих нитрат аммония, включают:

Смесь с мазутом

ANFO представляет собой смесь 94% аммиачной селитры («AN») и 6% мазута («FO»), широко используемую в качестве промышленного взрывчатого вещества . [18] : 1  Он используется в угольной промышленности , карьерах , горнодобывающей промышленности и гражданском строительстве в нетребовательных областях применения, где преимущества низкой стоимости, относительной безопасности и простоты использования ANFO важнее преимуществ, предлагаемых обычными промышленными взрывчатыми веществами, такими как водостойкость, кислородный баланс , высокая скорость детонации и эффективность в малых диаметрах. [18] : 2 

Терроризм

Взрывчатые вещества на основе аммиачной селитры использовались при взрыве в Стерлинг-холле в Мэдисоне, штат Висконсин, в 1970 году, в Оклахома-Сити в 1995 году, в Дели в 2011 году , в Осло в 2011 году , в Мьюрманни и в Хайдарабаде в 2013 году .

В ноябре 2009 года правительство Северо-Западной пограничной провинции (СЗПП) Пакистана ввело запрет на сульфат аммония , нитрат аммония и кальциево-аммиачные удобрения в бывшем округе Малаканд  , включающем округа Верхний Дир , Нижний Дир , Сват , Читрал и Малаканд СЗПП, после сообщений о том, что эти химикаты использовались боевиками для изготовления взрывчатых веществ. Из-за этих запретов « хлорат калия  — материал, который позволяет безопасным спичкам загораться — превзошел удобрения в качестве взрывчатого вещества, выбранного повстанцами». [19]

Ниша использует

Нитрат аммония используется в некоторых мгновенных холодных пакетах , поскольку его растворение в воде является высокоэндотермическим . В 2021 году Университет науки и технологий короля Абдаллы в Саудовской Аравии провел эксперименты по изучению потенциала 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 независимыми взрывчатыми «топливами», такими как нитрат гуанидина , [21] [22] как более дешевая (но менее стабильная) альтернатива 5-аминотетразолу в нагнетателях подушек безопасности, производимых Takata Corporation , которые были отозваны как небезопасные после гибели 14 человек. [23] Текущее общее количество смертей в США составляет 27. [24]

Безопасность, обращение и хранение

Существует множество инструкций по безопасности для хранения и обращения с нитратом аммония. Данные по охране труда и технике безопасности приведены в паспортах безопасности, которые можно получить у поставщиков и от различных правительств. [25] [26] [27]

Чистый нитрат аммония не горит, но как сильный окислитель он поддерживает и ускоряет горение органических (и некоторых неорганических) материалов. [25] [28] [29] Его нельзя хранить рядом с горючими веществами.

Хотя нитрат аммония стабилен при температуре и давлении окружающей среды во многих условиях, он может детонировать от сильного инициирующего заряда. Его не следует 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. [30] [25]

Контакт с некоторыми веществами, такими как хлораты , минеральные кислоты и сульфиды металлов , может привести к бурному или даже сильному разложению, способному воспламенить близлежащие горючие материалы или детонировать. [31] [32]

Нитрат аммония начинает разлагаться после плавления , выделяя NOx , HNO3 , NH3и H 2 O. Его нельзя нагревать в замкнутом пространстве. [25] Получающееся в результате разложения тепло и давление увеличивают чувствительность к детонации и увеличивают скорость разложения. Детонация может произойти при 80 атмосферах . Загрязнение может снизить это до 20 атмосфер. [30]

Нитрат аммония имеет критическую относительную влажность 59,4% при 30 °C. При более высокой влажности он будет поглощать влагу из атмосферы. Поэтому важно хранить нитрат аммония в плотно закрытой таре. В противном случае он может слеживаться в большую твердую массу. Нитрат аммония может поглощать достаточно влаги, чтобы превратиться в жидкость. Смешивание нитрата аммония с некоторыми другими удобрениями может снизить критическую относительную влажность. [33]

Потенциал использования материала в качестве взрывчатого вещества побудил к принятию регулирующих мер. Например, в Австралии в августе 2005 года вступили в силу Правила по опасным грузам, обеспечивающие лицензирование при работе с такими веществами. [34] Лицензии выдаются только заявителям (отрасли), принявшим соответствующие меры безопасности для предотвращения любого неправомерного использования. [35] Также могут рассматриваться дополнительные варианты использования, такие как образовательные и исследовательские цели, но индивидуальное использование не будет. Сотрудники тех, у кого есть лицензии на работу с веществом, по-прежнему должны находиться под надзором уполномоченного персонала и должны пройти проверку безопасности и национальной полиции, прежде чем лицензия может быть выдана.

Опасности для здоровья

Нитрат аммония не опасен для здоровья и обычно используется в удобрениях. [36] [37] [38]

Нитрат аммония имеет ЛД50 2217 мг/кг [39] , что для сравнения составляет около двух третей от таковой у поваренной соли .

Катастрофы

Нитрат аммония разлагается, не взрывоопасно, на газы закись азота и водяной пар при нагревании. Однако его можно вызвать взрывоопасным разложением путем детонации . [40] Большие запасы материала также могут представлять серьезную опасность пожара из-за их поддерживающего окисления , ситуации, которая может легко перерасти в детонацию. Взрывы не являются редкостью: относительно небольшие инциденты происходят почти каждый год, а также произошло несколько крупных и разрушительных взрывов. Примерами являются взрыв Оппау 1921 года (один из крупнейших искусственных неядерных взрывов ), катастрофа в Техас-Сити 1947 года, взрывы в Тяньцзине в Китае в 2015 году и взрыв в Бейруте в 2020 году . [41]

Нитрат аммония может взорваться двумя способами:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Прадьот Патнаик. Справочник по неорганическим химикатам . McGraw-Hill, 2002, ISBN  0-07-049439-8
  2. ^ Каневский, Мацей; Гуцулак-Монка, Марта; Зелинский, Якуб; Биган, Марцин; Хоффманн, Кристина; Хоффманн, Юзеф (2021). «Кристаллические фазовые переходы и реакционная способность нитрата аммония в системах, содержащих избранные карбонатные соли». Кристаллы . 11 (10): 1250. дои : 10.3390/cryst11101250 . ISSN  2073-4352.
  3. ^ Мартел, Б.; Кэссиди, К. (2004). Анализ химического риска: практическое руководство . Баттерворт–Хайнеманн. стр. 362. ISBN 1-903996-65-1.
  4. ^ "Информация о рейтинге опасности огненных алмазов NFPA". Архивировано из оригинала 17 февраля 2015 г. Получено 13 марта 2015 г.
  5. ^ Запп, Карл-Хайнц (2012). «Соединения аммония». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a02_243. ISBN 9783527303854.
  6. ^ ab Нитрат аммония продается тоннами, так как регулирование США зашло в тупик. Архивировано 28 февраля 2018 г. в Wayback MachineThe Dallas Morning News
  7. ^ ab "Производство аммиачной селитры по странам, 2023 г. - knoema.com". Knoema .
  8. ^ "Производство аммиачной селитры по странам, 2019". Knoema . Получено 14 августа 2020 .
  9. ^ "Гвихабайте". www.mindat.org .
  10. ^ "Селитра". www.mindat.org .
  11. ^ "Список минералов". www.ima-mineralogy.org . 21 марта 2011 г.
  12. ^ US 4927617, Villard, Alexandre & Cotonea, Yves, "Процесс производства концентрированных растворов нитрата аммония", опубликовано 22 мая 1990 г., передано Societe Chimique des Charbonnages SA 
  13. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 469. ISBN 978-0-08-037941-8.
  14. ^ ab "Химия взрыва в Бейруте". Новости химии и машиностроения .
  15. ^ Choi, CS; Prask, HJ (1983). «Структура фазы V ND4NO3 по данным нейтронной порошковой дифракции». Acta Crystallographica B. 39 ( 4): 414–420. Bibcode :1983AcCrB..39..414C. doi : 10.1107/S0108768183002669 .
  16. ^ Кумар, Пратим (декабрь 2019 г.). «Достижения в методах фазовой стабилизации AN с использованием KDN и других химических соединений для приготовления зеленых окислителей». Defence Technology . 15 (6): 949–957. doi : 10.1016/j.dt.2019.03.002 .
  17. ^ "Содержание питательных веществ в удобрениях" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 декабря 2012 г. . Получено 27 июня 2012 г. .
  18. ^ Кук, Мелвин А. (1974). Наука о промышленных взрывчатых веществах . IRECO Chemicals. стр. 1. ASIN  B0000EGDJT.
  19. ^ Брук, Том Ванден. «Афганские производители бомб переходят на новые взрывчатые вещества для СВУ». USA TODAY .
  20. ^ Коксворт, Бен (20 сентября 2021 г.). «Солнечный свет и соленая вода объединяют усилия в системе охлаждения без электричества». New Atlas . Gizmag Pty Ltd . Получено 21 сентября 2021 г. .
  21. ^ US 5531941, Poole, Donald R., «Процесс приготовления газогенерирующей композиции, не содержащей азида», опубликовано 02.07.1996, передано в Automotive Systems Laboratory 
  22. ^ Состав подушки безопасности беспокоит Takata уже много лет – The New York Times
  23. ^ Более дешевая подушка безопасности и путь Takata к смертельному кризису. – The New York Times
  24. ^ "Takata Spotlight". NHTSA.gov . Получено 31 мая 2024 г. .
  25. ^ abcd Химические рекомендации: безопасное хранение, обращение и управление нитратом аммония Агентство по охране окружающей среды США
  26. ^ "Хранение и обращение с нитратом аммония" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 4 июля 2011 г. . Получено 22 марта 2006 г. .
  27. ^ "Паспорт безопасности аммиачной селитры". Архивировано из оригинала 18 августа 2011 г. Получено 25 января 2012 г.
  28. ^ Прадьот Патнаик (2002). Справочник неорганических химикатов . McGraw-Hill. ISBN 0-07-049439-8.
  29. ^ "Аммоний нитрат". PubChem . Получено 6 августа 2020 г.
  30. ^ ab "Отчет об обновлении PHA MOD1 по острову Коораганг". Orica Mining Services . 1 апреля 2012 г. Архивировано из оригинала 12 августа 2014 г. Получено 6 августа 2020 г.
  31. ^ "Chemical Engineering Transactions" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 апреля 2016 г.
  32. ^ "Аммонийная селитра". webwiser.nlm.nih.gov . Получено 6 августа 2020 г. .
  33. ^ Fertilizers Europe (2006). "Руководство по совместимости материалов для смешивания удобрений" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 8 июня 2015 г.
  34. ^ "Правила перевозки опасных грузов (HCDG)" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 23 марта 2012 г.
  35. ^ Нитрат аммония — регулирование его использования, балансировка доступа и защиты из «Worksafe Victoria». Архивировано из оригинала 11 марта 2011 г.
  36. ^ CF Industries. "Паспорт безопасности аммиачной селитры" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 марта 2014 г.
  37. ^ "Chemicalland21 – Нитрат аммония". Архивировано из оригинала 10 января 2012 года.
  38. ^ "Аммонийная селитра". Paton Fertilizers Pty Ltd. 2005.
  39. ^ "Паспорт безопасности материала, Аммиачная селитра MSDS". Архивировано из оригинала 18 августа 2011 года . Получено 25 января 2012 года .
  40. ^ Чатурведи, Шалини; Дэйв, Прагнеш Н. (январь 2013 г.). «Обзор термического разложения нитрата аммония». Журнал энергетических материалов . 31 (1): 1–26. Bibcode : 2013JEnM...31....1C. doi : 10.1080/07370652.2011.573523. S2CID  94427830.
  41. ^ «Президент Ливана призывает к двухнедельному чрезвычайному положению в Бейруте после взрыва». Reuters . Бейрут. 4 августа 2020 г. . Получено 4 августа 2020 г. Аун в своих комментариях, опубликованных в аккаунте президента в Twitter, сказал, что «неприемлемо» то, что 2750 тонн аммиачной селитры хранились на складе в течение шести лет без мер безопасности, и поклялся, что виновные понесут «самое суровое наказание».

Источники

Внешние ссылки