Ammonium Nitrat -Ammonium nitrate
Navn | |
---|---|
IUPAC navn
Ammonium Nitrat
|
|
Identifikatorer | |
3D-modell ( JSmol )
|
|
ChEBI | |
ChEMBL | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.026.680 |
EC-nummer | |
PubChem CID
|
|
RTECS-nummer | |
UNII | |
FN-nummer |
0222 – med > 0,2 % brennbare stoffer 1942 – med ≤ 0,2 % brennbare stoffer 2067 – gjødsel 2426 – flytende |
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
|
|
Eiendommer | |
NH 4 NO 3 | |
Molar masse | 80,043 g/mol |
Utseende | hvitt krystallinsk fast stoff |
Tetthet | 1,725 g/cm 3 (20 °C) |
Smeltepunkt | 169,6 °C (337,3 °F; 442,8 K) |
Kokepunkt | ca. 210 °C (410 °F; 483 K) spaltes |
Endotermisk 118 g/100 ml (0 °C) 150 g/100 ml (20 °C) 297 g/100 ml (40 °C) 410 g/100 ml (60 °C) 576 g/100 ml (80 °C ) ) 1024 g/100 ml (100 °C) |
|
-33,6·10 −6 cm 3 /mol | |
Struktur | |
trigonal | |
Eksplosive data | |
Sjokkfølsomhet | veldig lav |
Friksjonsfølsomhet | veldig lav |
Detonasjonshastighet | 2500 m/s |
Farer | |
Arbeidssikkerhet og helse (OHS/OSH): | |
Hovedfarer
|
Eksplosiv, oksidasjonsmiddel |
GHS- merking : | |
Fare | |
H201 , H271 , H319 | |
P220 , P221 , P264 , P271 , P280 , P372 | |
NFPA 704 (branndiamant) | |
Dødelig dose eller konsentrasjon (LD, LC): | |
LD 50 ( median dose )
|
2085–5300 mg/kg (oral hos rotter, mus) |
Beslektede forbindelser | |
Andre anioner
|
Ammoniumnitritt |
Andre kationer
|
Natriumnitrat Kaliumnitrat Hydroxylammoniumnitrat |
Beslektede forbindelser
|
Ammoniumperklorat |
Med mindre annet er angitt, er data gitt for materialer i standardtilstand (ved 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
Ammoniumnitrat er en kjemisk forbindelse med den kjemiske formelen NH 4 NO 3 . Det er et hvitt krystallinsk salt som består av ioner av ammonium og nitrat . Det er svært løselig i vann og hygroskopisk som et fast stoff, selv om det ikke danner hydrater . Det brukes hovedsakelig i landbruket som gjødsel med høyt nitrogeninnhold . Global produksjon ble estimert til 21,6 millioner tonn i 2017.
Dens andre hovedbruk er som en komponent i eksplosive blandinger som brukes i gruvedrift, steinbrudd og sivil konstruksjon. Det er hovedbestanddelen av ANFO , et populært industrielt eksplosiv som står for 80 % av eksplosivene som brukes i Nord-Amerika; lignende formuleringer har blitt brukt i improviserte eksplosive enheter .
Mange land faser ut bruken i forbrukerapplikasjoner på grunn av bekymring over potensialet for misbruk. Tilfeldige ammoniumnitrateksplosjoner har drept tusenvis av mennesker siden begynnelsen av 1900-tallet.
Hendelse
Ammoniumnitrat finnes som det naturlige mineralet gwihabaitt (tidligere kjent som nitrammitt) – ammoniumanalogen av salpeter (mineralogisk navn: niter) – i de tørreste områdene i Atacama-ørkenen i Chile , ofte som en skorpe på bakken eller i forbindelse med andre nitrat-, jodat- og halogenidmineraler . Ammoniumnitrat ble utvunnet der inntil Haber–Bosch-prosessen gjorde det mulig å syntetisere nitrater fra atmosfærisk nitrogen, og dermed gjøre nitratutvinning foreldet.
Produksjon, reaksjoner og krystallinske faser
Industriell produksjon av ammoniumnitrat innebærer syre-basereaksjonen av ammoniakk med salpetersyre :
- HNO 3 + NH 3 → NH 4 NO 3
Ammoniakk brukes i vannfri form (en gass) og salpetersyren konsentreres. Reaksjonen er voldsom på grunn av sin svært eksoterme natur. Etter at løsningen er dannet, typisk ved ca. 83 % konsentrasjon, fordampes overskuddsvannet for å etterlate et ammoniumnitrat (AN) innhold på 95 % til 99,9 % konsentrasjon (AN smelte), avhengig av kvalitet. AN-smelten gjøres deretter til "prills" eller små perler i et spraytårn , eller til granulat ved spraying og tumbling i en roterende trommel. Prillene eller granulatene kan tørkes ytterligere, avkjøles og deretter belegges for å forhindre kakedannelse. Disse prillene eller granulatene er de typiske AN-produktene i handelen.
Ammoniakken som kreves for denne prosessen er oppnådd ved Haber-prosessen fra nitrogen og hydrogen. Ammoniakk produsert ved Haber-prosessen kan oksideres til salpetersyre ved Ostwald-prosessen . En annen produksjonsmetode er en variant av nitrofosfatprosessen :
- Ca(NO 3 ) 2 + 2 NH 3 + CO 2 + H 2 O → 2 NH 4 NO 3 + CaCO 3
Produktene, kalsiumkarbonat og ammoniumnitrat, kan renses separat eller selges kombinert som kalsiumammoniumnitrat .
Ammoniumnitrat kan også lages via metatesereaksjoner :
- (NH 4 ) 2 SO 4 + Ba(NO 3 ) 2 → 2 NH 4 NO 3 + BaSO 4
- NH4Cl + AgNO3 → NH4NO3 + AgCl _ _ _ _ _
Reaksjoner
Siden ammoniumnitrat er et salt , kan både kationet, NH 4 + , og anionet, NO 3 − , delta i kjemiske reaksjoner.
Fast ammoniumnitrat brytes ned ved oppvarming. Ved temperaturer under rundt 300 °C produserer nedbrytningen hovedsakelig lystgass og vann:
- NH4NO3 → N2O + 2H2O _ _ _ _
Ved høyere temperaturer dominerer følgende reaksjon.
- 2NH4NO3 → 2N2 + O2 + 4H2O _ _ _ _
Begge dekomponeringsreaksjonene er eksoterme og produktene deres er gass. Under visse forhold kan dette føre til en løpsreaksjon , hvor nedbrytningsprosessen blir eksplosiv. Se § Katastrofer for detaljer. Mange ammoniumnitratkatastrofer , med tap av liv, har skjedd.
Den rød-oransje fargen i en eksplosjonssky skyldes nitrogendioksid , et sekundært reaksjonsprodukt.
Krystallinske faser
En rekke krystallinske faser av ammoniumnitrat er observert. Følgende forekommer under atmosfærisk trykk.
Fase Temperatur (°C) Symmetri (væske) (over 169,6) Jeg 169,6 til 125,2 kubikk II 125,2 til 84,2 tetragonal III 84,2 til 32,3 α-rombisk IV 32,3 til -16,8 β-rombisk V under -16,8 tetragonal
Overgangen mellom β-rombiske til α-rombiske former (ved 32,3°C) skjer ved omgivelsestemperatur i mange deler av verden. Disse formene har en forskjell på 3,6 % i tetthet, og overgang mellom dem forårsaker derfor en endring i volum. En praktisk konsekvens av dette er at ammoniumnitrat ikke kan brukes som et fast rakettmotordrivmiddel , da det utvikler sprekker. Stabilisert ammoniumnitrat (PSAN) ble utviklet som en løsning på dette og inneholder metallhalogenider stabilisatorer, som forhindrer tetthetssvingninger.
applikasjoner
Gjødsel
Ammoniumnitrat er en viktig gjødsel med NPK-rating 34-0-0 (34 % nitrogen). Det er mindre konsentrert enn urea (46-0-0), noe som gir ammoniumnitrat en liten transportulempe. Ammoniumnitrats fordel fremfor urea er at det er mer stabilt og mister ikke raskt nitrogen til atmosfæren.
Sprengstoff
Ammoniumnitrat danner lett eksplosive blandinger med varierende egenskaper når det kombineres med eksplosiver som TNT eller med drivstoff som aluminiumpulver eller fyringsolje. Eksempler på eksplosiver som inneholder ammoniumnitrat inkluderer:
- Astrolitt (ammoniumnitrat og hydrazin rakettdrivstoff)
- Amatol (ammoniumnitrat og TNT )
- Ammonal (ammoniumnitrat og aluminiumspulver)
- Amatex (ammoniumnitrat, TNT og RDX )
- ANFO (ammoniumnitrat og fyringsolje )
- DBX (ammoniumnitrat, RDX , TNT og aluminiumspulver)
- Tovex (ammoniumnitrat og metylammoniumnitrat )
- Minol (eksplosiv) (ammoniumnitrat, TNT og aluminiumspulver)
- Goma-2 (ammoniumnitrat, nitroglykol , nitrocellulose , dibutylftalat og drivstoff )
Blanding med fyringsolje
ANFO er en blanding av 94% ammoniumnitrat ("AN") og 6% fyringsolje ("FO") mye brukt som industrielt eksplosiv i bulk . Den brukes i kullgruvedrift , steinbrudd , metallgruvedrift og sivil konstruksjon i lite krevende bruksområder der fordelene med ANFOs lave kostnader, relative sikkerhet og brukervennlighet betyr mer enn fordelene som tilbys av konvensjonelle industrielle eksplosiver, som vannmotstand, oksygen balanse, høy detonasjonshastighet og ytelse i små diametre.
Terrorisme
Ammoniumnitratbaserte eksplosiver ble brukt i Sterling Hall-bombingen i Madison, Wisconsin, 1970, Oklahoma City-bombingen i 1995, Delhi-bombingen i 2011, bombingen i 2011 i Oslo og Hyderabad-eksplosjonene i 2013 .
I november 2009 innførte regjeringen i North West Frontier Province (NWFP) i Pakistan et forbud mot ammoniumsulfat- , ammoniumnitrat- og kalsiumammoniumnitratgjødsel i den tidligere Malakand-divisjonen - bestående av Upper Dir , Lower Dir , Swat , Chitral , og Malakand -distriktene i NWFP – etter rapporter om at disse kjemikaliene ble brukt av militante til å lage eksplosiver. På grunn av disse forbudene har " Kaliumklorat - det som gjør at sikkerhetsfyrstikker tar fyr - overgått gjødsel som det foretrukne sprengstoffet for opprørere."
Nisjebruk
Ammoniumnitrat brukes i noen øyeblikkelige kaldpakker , siden oppløsningen i vann er svært endotermisk . I 2021 gjennomførte King Abdullah University of Science and Technology i Saudi-Arabia eksperimenter for å studere potensialet for å løse opp ammoniumnitrat i vann for kjølesystemer utenfor nettet og som kjølemedium. De foreslo at vannet kunne destilleres og gjenbrukes ved hjelp av solenergi for å unngå vannsløsing i alvorlige miljøer.
Det ble en gang brukt, i kombinasjon med uavhengig eksplosivt "drivstoff" som guanidinnitrat , som et billigere (men mindre stabilt) alternativ til 5-aminotetrazol i luftputene til kollisjonsputer produsert av Takata Corporation , som ble tilbakekalt som utrygge etter å ha drept 14 mennesker .
Sikkerhet, håndtering og lagring
Det finnes en rekke sikkerhetsretningslinjer for lagring og håndtering av ammoniumnitrat. Helse- og sikkerhetsdata er vist på sikkerhetsdatabladene som er tilgjengelige fra leverandører og fra ulike myndigheter.
Rent ammoniumnitrat brenner ikke, men som et sterkt oksidasjonsmiddel støtter og akselererer det forbrenningen av organisk (og noe uorganisk) materiale. Det bør ikke oppbevares i nærheten av brennbare stoffer.
Mens ammoniumnitrat er stabilt ved omgivelsestemperatur og trykk under mange forhold, kan det detonere fra en sterk initieringsladning. Det bør ikke oppbevares i nærheten av høye eksplosiver eller sprengningsmidler.
Smeltet ammoniumnitrat er svært følsomt for støt og detonasjon, spesielt hvis det blir forurenset med uforenlige materialer som brennbare stoffer, brennbare væsker, syrer, klorater, klorider, svovel, metaller, trekull og sagflis.
Kontakt med visse stoffer som klorater , mineralsyrer og metallsulfider kan føre til kraftig eller til og med voldsom nedbrytning som kan antenne nærliggende brennbart materiale eller detonere.
Ammoniumnitrat begynner nedbrytning etter smelting og frigjør NO x , HNO 3 , NH
3og H20 . _ _ Det bør ikke varmes opp i et trangt rom. Den resulterende varmen og trykket fra dekomponering øker følsomheten for detonasjon og øker nedbrytningshastigheten. Detonasjon kan skje ved 80 atmosfærer . Forurensning kan redusere dette til 20 atmosfærer.
Ammoniumnitrat har en kritisk relativ fuktighet på 59,4 % ved 30°C. Ved høyere luftfuktighet vil den absorbere fuktighet fra atmosfæren. Derfor er det viktig å oppbevare ammoniumnitrat i en tett lukket beholder. Ellers kan den smelte sammen til en stor, solid masse. Ammoniumnitrat kan absorbere nok fuktighet til å bli flytende. Blanding av ammoniumnitrat med visse andre gjødsel kan senke den kritiske relative fuktigheten.
Potensialet for bruk av materialet som eksplosiv har ført til regulatoriske tiltak. I Australia trådte for eksempel Dangerous Goods Regulations i kraft i august 2005 for å håndheve lisensiering ved håndtering av slike stoffer. Lisenser gis kun til søkere (industri) med passende sikkerhetstiltak på plass for å forhindre misbruk. Ytterligere bruk som utdanning og forskningsformål kan også vurderes, men individuell bruk vil ikke. Ansatte til de som har lisenser til å håndtere stoffet må fortsatt ha tilsyn av autorisert personell og må bestå en sikkerhets- og nasjonal politikontroll før lisens kan gis.
Helsefarer
Ammoniumnitrat er ikke helsefarlig og brukes vanligvis i gjødselprodukter.
Ammoniumnitrat har en LD 50 på 2217 mg/kg, som til sammenligning er omtrent to tredjedeler av bordsalt .
Katastrofer
Ammoniumnitrat spaltes, ikke-eksplosivt, til gassene lystgass og vanndamp ved oppvarming. Imidlertid kan det bli indusert til å dekomponere eksplosivt ved detonasjon . Store lagre av materialet kan også utgjøre en stor brannrisiko på grunn av deres støttende oksidasjon , en situasjon som lett kan eskalere til detonasjon. Eksplosjoner er ikke uvanlig: relativt små hendelser forekommer de fleste årene, og flere store og ødeleggende eksplosjoner har også skjedd. Eksempler inkluderer Oppau-eksplosjonen i 1921 (en av de største kunstige ikke-atomeksplosjonene ), Texas City-katastrofen i 1947, Tianjin-eksplosjonene i Kina i 2015 og Beirut-eksplosjonen i 2020 .
Ammoniumnitrat kan eksplodere gjennom to mekanismer:
- Overgang mellom sjokk og detonasjon. En eksplosiv ladning i eller i kontakt med en masse ammoniumnitrat får ammoniumnitratet til å detonere. Eksempler på slike katastrofer er Kriewald , Morgan (dagens Sayreville, New Jersey ), Oppau og Tessenderlo .
- Deflagrasjon til detonasjonsovergang . Ammoniumnitrateksplosjonen skyldes en brann som sprer seg inn i ammoniumnitraten ( Texas City, TX ; Brest ; West, TX ; Tianjin ; Beirut ), eller fra ammoniumnitrat som blandes med et brennbart materiale under brannen ( Gibbstown , Cherokee, Nadadores ) . Brannen må begrenses minst til en viss grad for vellykket overgang fra brann til eksplosjon.
Se også
Referanser
Kilder
- Egenskaper: UNIDO og International Fertilizer Development Center (1998), Fertilizer Manual , Kluwer Academic Publishers, ISBN 0-7923-5032-4 .
Eksterne linker
- Internasjonalt kjemikaliesikkerhetskort 0216
- "Oppbevaring og håndtering av ammoniumnitrat" , Storbritannias helse- og sikkerhetspublikasjon INDG230 (1986)
- Kjemisk råd: sikker lagring, håndtering og håndtering av ammoniumnitrat USAs miljøvernbyrå
- Kalkulatorer: overflatespenninger og tettheter, molariteter og molaliteter av vandig ammoniumnitrat