硝酸铵,化学式为NH4NO3,是铵阳离子的硝酸盐,通常为白色结晶固体。极易溶于水,易吸湿结块,溶解时吸收大量热。受猛烈撞击或受热可爆炸性分解,遇碱分解。主要用作肥料及工业用和军用炸药。
研究简史
1659年,德国人J.R.格劳贝尔首次制得硝酸铵。19世纪末期,欧洲人用
硫酸铵与
智利硝石进行
复分解反应生产硝酸铵。后由于合成氨工业的大规模发展,硝酸铵生产获得了丰富的原料,于20世纪中期得到迅速发展,
第二次世界大战期间,一些国家专门建立了硝酸铵厂,用以制造炸药。60年代,硝酸铵曾是
氮肥的领先品种。中国在50年代建立了一批硝酸铵工厂。
1940年代,为防止农用硝酸铵吸湿和结块,用石蜡等有机物进行
涂敷处理,曾在船运中发生过因火种引爆的爆炸事件。因此,一些国家制定了有关农用硝酸铵生产、贮运的管理条例,有些国家甚至禁止硝酸铵的运输和直接作肥料使用,只允许使用它与
硝酸钙混合制成的硝酸铵钙。后由于掌握了硝酸铵的使用规律,一些国家如
法国、
苏联、
罗马尼亚、
美国和
英国,允许硝酸铵直接用作肥料,但对产品的安全使用制定了标准。
理化性质
物理性质
化学性质
纯净的硝酸铵是无色无臭的透明结晶或呈白色的小颗粒结晶,与碱反应有氨气生成,且吸收热量。有潮解性,易结块。易溶于水同时吸热,还易溶于丙酮、氨水,微溶于乙醇,不溶于乙醚。
热分解
硝酸铵受热分解温度不同,分解产物也不同。
在110°C时:NH4NO3→NH3+HNO3 (无氧化还原反应)
在185~200°C时:NH4NO3→N2O+2H2O
在230°C以上时,同时有弱光:2NH4NO3→2N2+O2+4H2O
在400°C以上时,剧烈分解发生爆炸:4NH4NO3→3N2+2NO2+8H2O
纯硝酸铵在常温下是稳定的,对打击、碰撞或摩擦均不敏感。但在高温、高压和有可被氧化的物质(还原剂)存在及电火花下会发生爆炸,硝酸铵在含水3%以上时无法
爆轰,但仍会在一定温度下分解,在生产、贮运和使用中必须严格遵守安全规定。
全球资源生产情况
据统计,2019年全球硝酸铵
产能6376万吨,产量为4786万吨(实物量),同比增加6万吨,
开工率75%。其中EECA(俄罗斯、乌克兰、乌兹别克斯坦等)是硝酸铵生产最大地区,达到1746万吨,占比36%;北美是第二大地区,946万吨,占比20%;据统计,全球硝酸铵产量在一百万吨以上的国家主要有俄罗斯、美国、中国、澳大利亚、波兰、乌克兰、法国、乌兹别克斯坦、南非、加拿大、埃及与立陶宛。
制备方法
1.由氨水与硝酸作用制成
NH3·H2O(aq)+HNO3(aq)→NH4NO3(aq)+H2O(l)
2.把氨气吸收在硝酸中制成
NH3(g)+HNO3(aq)→ NH4NO3(s)
3.硝酸与铵盐反应制备硝酸铵
硝酸与铵盐反应是另一种常用的硝酸铵制备方法,其基本原理是将硝酸与铵盐反应生成硝酸铵。
具体步骤如下:
(1)将硝酸与铵盐混合,反应生成硝酸铵。NH4Cl+HNO3 → NH4NO3+HCl
(2)将反应液加热,使其蒸发浓缩
(3)将浓缩后的液体冷却、结晶,得到纯净的硝酸铵晶体。
4.氨气与硝酸钙、二氧化碳和水反应制备硝酸铵
Ca(NO3)2+2NH3+CO2+H2O→ 2NH4NO3+CaCO3
5.复分解反应制备硝酸铵
(NH4)2SO4+Ba(NO3)2→ NH4NO3+BaSO4 ↓ (s)
NH4Cl+AgNO3 → NH4NO3+AgCl(s)
应用领域
硝酸铵用途比较广泛,主要用于配置工业炸药、农业硝基复合肥生产等行业。因其产品多样性,硝酸铵的应用领域可进行多维度的细分:低密度硝酸铵,适用于炸药制造和特殊化工过程;高密度硝酸铵,因其高稳定性而常用于安全炸药成分,广泛应用于矿山开采、铁路道路建设等多个领域;农业级硝酸铵,作为高效的氮肥广泛应用于提高土壤氮含量和促进植物生长;工业级硝酸铵,专用于制造炸药和其他工业化学品。此外,在商业制冷中,硝酸铵溶解时吸收大量热量的特性使其成为制冷系统的关键成分,同时硝酸铵还用于制造特定种类的玻璃和作为分析试剂的成分。
计算化学数据
危险特性
硝酸铵具有遇火、高温、猛烈撞击发生爆炸的危险特性。历史上,国内外曾多次发生硝酸铵爆炸事故,教训极其深刻。2020年8月4日,
黎巴嫩贝鲁特港发生硝酸铵爆炸事故,造成至少190人死亡、6500人受伤,约30万人无家可归。2015年8月,天津市滨海新区天津港瑞海国际物流有限公司存有800吨硝酸铵的危险货物
堆场发生火灾爆炸事故,造成165人遇难、8人失踪、798人受伤。1998年1月,陕西兴化集团有限责任公司硝酸铵溶液槽被油和
氯离子污染而发生燃烧爆炸事故,造成22人死亡、58人受伤。1993年8月,深圳市清水河危险化学品仓库特大爆炸火灾事故中4号仓内大量硝酸铵燃烧爆炸造成15人死亡、200多人受伤。
硝酸铵的危险特性具体可分为以下四点:
1.火灾危险:硝酸铵本身不燃烧,但硝酸铵有一个潜在的致命缺点:这种化合物被认为是一种
氧化剂,即在原子水平上,它会在化学反应中让其他物质失去电子。从更实际的意义上说,这意味着它可以通过增加氧气,促进火灾的发生并加剧可燃材料的火灾。当接触到破布、木制物品和衣物时,溶液会引发火灾。据了解,其他含有硝酸铵的可燃材料放在热表面时会自燃。类似地,被油或可燃物污染的产品在热的时候会引发火灾。由于现场提供氧气,涉及硝酸铵的火灾不能通过防止空气进入来扑灭。
2.爆炸危险:通常情况下,硝酸铵性质稳定,不易引爆。但是在高温、高压和有
还原剂存在的情况下会发生爆炸。不过,硝酸铵其实非常钝感,在常温常压下,它对打击、碰撞、摩擦都不敏感,但是如果温度升高,它发生爆炸的可能性也越来越高。如果环境受限,这些热量和气体不能快速释放,温度和压力就会骤然攀升,硝酸铵加速分解而导致爆炸。此外,如果混有燃料(如油)或者吸潮结块,遇到火灾时可能发生爆轰。特别需要注意的是,硝酸铵如果长期在通风不良的场所储存,它自己也会发生反应产生热量,导致温度升高、燃烧,从而引发爆炸。
3.分解危险:固体硝酸铵在110℃开始分解,当温度达到170℃时,硝酸铵开始融化并分解,产生氨气、氮氧化物等有毒气体,其中氮氧化物支持燃烧。230℃以上时分解加速,400℃以上时剧烈分解、发生爆炸。所以企业必须将硝酸铵的风险管理视为重中之重。而贝鲁特事件中,爆炸后升空的橙色蘑菇云,就是硝酸盐爆炸后形成的有毒
二氧化氮气体。
安全信息
在我国,硝酸铵属于重点监管的危险化学品,被列入了2010年发布的《首批重点监管的危险化学品名录》,2020年5月应急管理部等四部门发布的《特别管控危险化学品目录(第一版)》。相关安全信息如下:
1.安全事宜
硝酸铵作为
强氧化剂,遇可燃物着火时,能助长火势。与可燃物粉末混合能发生激烈反应而爆炸。受强烈震动也会起爆。急剧加热时可发生爆炸。严禁与酸类、
易燃物、
有机物、还原剂、
自燃物品、
遇湿易燃物品等并车混运。
2.安全术语与风险术语
S17:Keep away from combustiblematerial.
远离可燃物料。
S26:In case of contact with eyes,rinse immediately with plenty of water and seek medical advice.
眼睛接触后,立即用大量水冲洗并征求医生意见。
S36:Wear suitable protectiveclothing.
穿戴适当的防护服。
R8:Contact with combustible materialmay cause fire.
与可燃物料接触可能引起火灾。
R36/37/38:Irritating to eyes, respiratorysystem and skin.
刺激眼睛、呼吸系统和皮肤。