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Nitrato de amonio

El nitrato de amonio es un compuesto químico con la fórmula NH 4 NO 3 . Es una sal cristalina blanca que consiste en iones de amonio y nitrato . Es altamente soluble en agua e higroscópico como sólido, aunque no forma hidratos . Se utiliza predominantemente en la agricultura como fertilizante con alto contenido de nitrógeno . [5]

Su otro uso principal es como componente de mezclas explosivas utilizadas en minería, canteras y construcción civil. Es el componente principal del ANFO , un explosivo industrial popular que representa el 80% de los explosivos utilizados en América del Norte; se han utilizado formulaciones similares en dispositivos explosivos improvisados .

Muchos países están eliminando gradualmente su uso en aplicaciones de consumo debido a las preocupaciones sobre su potencial uso indebido. [6] Las explosiones accidentales de nitrato de amonio han matado a miles de personas desde principios del siglo XX. [6] [7] La ​​producción mundial se estimó en 21,6 millones de toneladas en 2017. [8] Para 2021, la producción mundial de nitrato de amonio se redujo a 16,7 millones de toneladas. [7]

Aparición

El nitrato de amonio se encuentra como el mineral natural gwihabaíta (antes conocido como nitramita) [9] – el análogo de amonio del salitre (nombre mineralógico: nitro) [10] [11] – en las regiones más secas del desierto de Atacama en Chile , a menudo como una costra en el suelo o junto con otros minerales de nitrato, yodato y haluros . El nitrato de amonio se extraía allí hasta que el proceso Haber-Bosch hizo posible sintetizar nitratos a partir del nitrógeno atmosférico, lo que hizo obsoleta la minería de nitrato.

Producción, reacciones y fases cristalinas.

La producción industrial de nitrato de amonio implica la reacción ácido-base del amoníaco con ácido nítrico : [12]

HNO3 + NH3NH4NO3

El amoniaco necesario para este proceso se obtiene mediante el proceso Haber a partir de nitrógeno e hidrógeno. El amoniaco producido por el proceso Haber se puede oxidar a ácido nítrico mediante el proceso Ostwald . El amoniaco se utiliza en su forma anhidra (un gas) y el ácido nítrico se concentra. La reacción es violenta debido a su naturaleza altamente exotérmica . Una vez formada la solución, normalmente a una concentración de alrededor del 83%, el exceso de agua se evapora para dejar un contenido de nitrato de amonio (AN) de entre el 95% y el 99,9% de concentración (fundición de AN), según el grado. La fusión de AN se convierte entonces en "gránulos" o pequeñas perlas en una torre de pulverización , o en gránulos mediante pulverización y volteo en un tambor giratorio. Los gránulos o gránulos se pueden secar, enfriar y recubrir aún más para evitar que se apelmacen. Estos gránulos o gránulos son los productos de AN típicos en el comercio.

Otro método de producción es una variante del proceso de nitrofosfato :

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

Los productos, carbonato de calcio y nitrato de amonio, pueden purificarse por separado o venderse combinados como nitrato de calcio y amonio .

El nitrato de amonio también se puede producir mediante reacciones de metátesis :

(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​​​​

Reacciones

Como el nitrato de amonio es una sal , tanto el catión, NH+4, y el anión, NO3, pueden participar en reacciones químicas.

El nitrato de amonio sólido se descompone al calentarlo. A temperaturas inferiores a 300 °C, la descomposición produce principalmente óxido nitroso y agua:

NH4NO3 → N2O + 2H2O

A temperaturas más altas predomina la siguiente reacción: [13]

2NH4NO3 → 2N2 + O2 + 4H2O

Ambas reacciones de descomposición son exotérmicas y sus productos son gases. En determinadas condiciones, esto puede provocar una reacción descontrolada , con un proceso de descomposición que se vuelve explosivo. [14] Véase el apartado Desastres para más detalles. Han ocurrido muchos desastres relacionados con el nitrato de amonio , con pérdida de vidas.

El color rojo anaranjado de una nube de explosión se debe al dióxido de nitrógeno , un producto de reacción secundario. [14]

Fases cristalinas

Se han observado varias fases cristalinas del nitrato de amonio. Las siguientes se producen bajo presión atmosférica.

La transición entre las formas β-rómbicas y α-rómbicas (a 32,3 °C) se produce a temperatura ambiente en muchas partes del mundo. Estas formas tienen una diferencia de densidad del 3,6% y, por lo tanto, la transición entre ellas provoca un cambio de volumen. Una consecuencia práctica de esto es que el nitrato de amonio no se puede utilizar como propulsor sólido para motores de cohetes , ya que desarrolla grietas. El nitrato de amonio estabilizado (PSAN) se desarrolló como una solución a esto e incorpora estabilizadores de haluros metálicos, que evitan las fluctuaciones de densidad. [16]

Aplicaciones

Fertilizante

El nitrato de amonio es un fertilizante importante con un índice NPK de 34-0-0 (34 % de nitrógeno). [17] Es menos concentrado que la urea (46-0-0), lo que le da una ligera desventaja en el transporte. La ventaja del nitrato de amonio sobre la urea es que es más estable y no pierde rápidamente nitrógeno a la atmósfera.

Explosivos

El nitrato de amonio forma fácilmente mezclas explosivas con propiedades variables cuando se combina con explosivos como el TNT o con combustibles como el polvo de aluminio o el fueloil. Algunos ejemplos de explosivos que contienen nitrato de amonio son:

Mezcla con fueloil

El ANFO es una mezcla de 94% de nitrato de amonio ("AN") y 6% de fueloil ("FO") ampliamente utilizada como explosivo industrial a granel . [18] : 1  Se utiliza en la minería de carbón , canteras , minería de metales y construcción civil en aplicaciones poco exigentes donde las ventajas del bajo costo, la seguridad relativa y la facilidad de uso del ANFO importan más que los beneficios ofrecidos por los explosivos industriales convencionales, como la resistencia al agua, el equilibrio de oxígeno , la alta velocidad de detonación y el rendimiento en diámetros pequeños. [18] : 2 

Terrorismo

Se utilizaron explosivos a base de nitrato de amonio en el atentado de Sterling Hall en Madison, Wisconsin, en 1970, el atentado de Oklahoma City en 1995, los atentados de Delhi de 2011 , el atentado de Oslo de 2011 , el atentado de Myyrmanni y las explosiones de Hyderabad de 2013 .

En noviembre de 2009, el gobierno de la provincia de la Frontera Noroeste (NWFP, por sus siglas en inglés) de Pakistán impuso una prohibición a los fertilizantes de sulfato de amonio , nitrato de amonio y nitrato de calcio y amonio en la antigua división de Malakand  (que comprende los distritos de Upper Dir , Lower Dir , Swat , Chitral y Malakand de la NWFP) tras recibir informes de que los militantes utilizaban esos productos químicos para fabricar explosivos. Debido a estas prohibiciones, " el clorato de potasio  (el material que permite que las cerillas de seguridad se prendan fuego) ha superado a los fertilizantes como el explosivo preferido por los insurgentes". [19]

Usos de nicho

El nitrato de amonio se utiliza en algunas compresas frías instantáneas , ya que su disolución en agua es altamente endotérmica . En 2021, la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita realizó experimentos para estudiar el potencial de disolución del nitrato de amonio en agua para sistemas de refrigeración fuera de la red y como refrigerante. Sugirieron que el agua podría destilarse y reutilizarse utilizando energía solar para evitar el desperdicio de agua en entornos severos. [20]

En su día se utilizó, en combinación con "combustibles" explosivos independientes como el nitrato de guanidina , [21] [22] como una alternativa más barata (pero menos estable) al 5-aminotetrazol en los infladores de los airbags fabricados por Takata Corporation , que fueron retirados del mercado por inseguros después de matar a 14 personas. [23] El total actual de muertos en Estados Unidos es de 27. [24]

Seguridad, manipulación y almacenamiento

Existen numerosas pautas de seguridad para el almacenamiento y la manipulación del nitrato de amonio. Los datos sobre salud y seguridad se muestran en las hojas de datos de seguridad que ofrecen los proveedores y los distintos gobiernos. [25] [26] [27]

El nitrato de amonio puro no arde, pero como es un oxidante fuerte, favorece y acelera la combustión de material orgánico (y algunos inorgánicos). [25] [28] [29] No debe almacenarse cerca de sustancias combustibles.

Si bien el nitrato de amonio es estable a temperatura y presión ambiente en muchas condiciones, puede detonar con una carga de iniciación fuerte. No debe almacenarse cerca de explosivos de alta potencia o agentes explosivos.

El nitrato de amonio fundido es muy sensible a los golpes y a la detonación, en particular si se contamina con materiales incompatibles como combustibles, líquidos inflamables, ácidos, cloratos, cloruros, azufre, metales, carbón y aserrín. [30] [25]

El contacto con ciertas sustancias como cloratos , ácidos minerales y sulfuros metálicos , puede provocar una descomposición vigorosa o incluso violenta capaz de encender material combustible cercano o detonar. [31] [32]

El nitrato de amonio comienza a descomponerse después de fundirse, liberando NO x , HNO 3 , NH3y H 2 O . No debe calentarse en un espacio confinado. [25] El calor y la presión resultantes de la descomposición aumentan la sensibilidad a la detonación y aumentan la velocidad de descomposición. La detonación puede ocurrir a 80 atmósferas . La contaminación puede reducir esto a 20 atmósferas. [30]

El nitrato de amonio tiene una humedad relativa crítica del 59,4 % a 30 °C. A una humedad más alta, absorberá la humedad de la atmósfera. Por lo tanto, es importante almacenar el nitrato de amonio en un recipiente herméticamente cerrado. De lo contrario, puede fusionarse y formar una gran masa sólida. El nitrato de amonio puede absorber suficiente humedad para licuarse. Mezclar el nitrato de amonio con otros fertilizantes puede reducir la humedad relativa crítica. [33]

El potencial de uso del material como explosivo ha dado lugar a la adopción de medidas reglamentarias. Por ejemplo, en Australia, en agosto de 2005 entró en vigor el Reglamento sobre Mercancías Peligrosas, que obliga a exigir licencias para el manejo de esas sustancias. [34] Las licencias se conceden únicamente a los solicitantes (industria) que hayan adoptado las medidas de seguridad adecuadas para evitar cualquier uso indebido. [35] También se pueden considerar otros usos, como fines educativos y de investigación, pero no se considerará el uso individual. Los empleados de las empresas con licencia para manejar la sustancia siguen estando obligados a ser supervisados ​​por personal autorizado y a pasar un control de seguridad y de la policía nacional antes de que se les conceda una licencia.

Peligros para la salud

El nitrato de amonio no es peligroso para la salud y se utiliza habitualmente en productos fertilizantes. [36] [37] [38]

El nitrato de amonio tiene una DL 50 de 2217 mg/kg, [39] que, a modo de comparación, es aproximadamente dos tercios de la de la sal de mesa .

Desastres

El nitrato de amonio se descompone, de forma no explosiva, en los gases óxido nitroso y vapor de agua cuando se calienta. Sin embargo, puede inducirse su descomposición explosiva mediante detonación . [40] Las grandes reservas de este material también pueden suponer un importante riesgo de incendio debido a su oxidación , una situación que puede derivar fácilmente en una detonación. Las explosiones no son infrecuentes: casi todos los años se producen incidentes relativamente menores, y también se han producido varias explosiones grandes y devastadoras. Entre los ejemplos se incluyen la explosión de Oppau de 1921 (una de las mayores explosiones artificiales no nucleares ), el desastre de Texas City de 1947, las explosiones de Tianjin de 2015 en China y la explosión de Beirut de 2020. [41 ]

El nitrato de amonio puede explotar a través de dos mecanismos:

Véase también

Referencias

  1. ^ Pradyot Patnaik. Manual de productos químicos inorgánicos . McGraw-Hill, 2002, ISBN  0-07-049439-8
  2. ^ Kaniewski, Maciej; Huculak-Mączka, Marta; Zieliński, Jakub; Biegun, Marcin; Hoffmann, Krystyna; Hoffmann, Józef (2021). "Transiciones de fase cristalina y reactividad del nitrato de amonio en sistemas que contienen sales de carbonato seleccionadas". Cristales . 11 (10): 1250. doi : 10.3390/cryst11101250 . ISSN  2073-4352.
  3. ^ Martel, B.; Cassidy, K. (2004). Análisis de riesgo químico: un manual práctico . Butterworth–Heinemann. pág. 362. ISBN 1-903996-65-1.
  4. ^ "Información sobre la clasificación de riesgos de los diamantes resistentes al fuego de la NFPA". Archivado desde el original el 17 de febrero de 2015. Consultado el 13 de marzo de 2015 .
  5. ^ Zapp, Karl-Heinz (2012). "Compuestos de amonio". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a02_243. ISBN 9783527303854.
  6. ^ ab El nitrato de amonio se vende por toneladas mientras la regulación estadounidense se ve obstaculizada. Archivado el 28 de febrero de 2018 en Wayback MachineThe Dallas Morning News
  7. ^ ab "Producción de nitrato de amonio por país, 2023 - knoema.com". Knoema .
  8. ^ "Producción de nitrato de amonio por país, 2019". Knoema . Consultado el 14 de agosto de 2020 .
  9. ^ "Gwihabaita". www.mindat.org .
  10. ^ "Nitro". www.mindat.org .
  11. ^ "Lista de minerales". www.ima-mineralogy.org . 21 de marzo de 2011.
  12. ^ US 4927617, Villard, Alexandre & Cotonea, Yves, "Proceso de producción de soluciones concentradas de nitrato de amonio", publicado el 22 de mayo de 1990, asignado a Societe Chimique des Charbonnages SA 
  13. ^ Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann . pág. 469. ISBN 978-0-08-037941-8.
  14. ^ ab "La química detrás de la explosión de Beirut". Noticias de ingeniería y química .
  15. ^ Choi, CS; Prask, HJ (1983). "La estructura de la fase V de ND4NO3 por difracción de polvo de neutrones". Acta Crystallographica B . 39 (4): 414–420. Código Bibliográfico :1983AcCrB..39..414C. doi : 10.1107/S0108768183002669 .
  16. ^ Kumar, Pratim (diciembre de 2019). "Avances en las técnicas de estabilización de fase de AN utilizando KDN y otros compuestos químicos para preparar oxidantes verdes". Tecnología de defensa . 15 (6): 949–957. doi : 10.1016/j.dt.2019.03.002 .
  17. ^ "Contenido de nutrientes de los materiales fertilizantes" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 24 de diciembre de 2012 . Consultado el 27 de junio de 2012 .
  18. ^ ab Cook, Melvin A. (1974). La ciencia de los explosivos industriales . IRECO Chemicals. pág. 1. ASIN  B0000EGDJT.
  19. ^ Brook, Tom Vanden. "Los fabricantes de bombas afganos están cambiando a nuevos explosivos para los artefactos explosivos improvisados". USA TODAY .
  20. ^ Coxworth, Ben (20 de septiembre de 2021). "La luz solar y el agua salada unen fuerzas en un sistema de refrigeración sin electricidad". New Atlas . Gizmag Pty Ltd . Consultado el 21 de septiembre de 2021 .
  21. ^ US 5531941, Poole, Donald R., "Proceso para preparar una composición generadora de gas sin azida", publicado el 2 de julio de 1996, asignado a Automotive Systems Laboratory 
  22. ^ El compuesto del airbag ha preocupado a Takata durante años – The New York Times
  23. ^ Un airbag más barato y el camino de Takata hacia una crisis mortal. – The New York Times
  24. ^ "Takata Spotlight". NHTSA.gov . Consultado el 31 de mayo de 2024 .
  25. ^ abcd Aviso químico: almacenamiento, manipulación y gestión seguros del nitrato de amonio Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos
  26. ^ "Almacenamiento y manipulación de nitrato de amonio" (PDF) . Archivado (PDF) del original el 4 de julio de 2011 . Consultado el 22 de marzo de 2006 .
  27. ^ "Ficha de datos de seguridad del nitrato de amonio". Archivado desde el original el 18 de agosto de 2011. Consultado el 25 de enero de 2012 .
  28. ^ Pradyot Patnaik (2002). Manual de productos químicos inorgánicos . McGraw-Hill. ISBN 0-07-049439-8.
  29. ^ "Nitrato de amonio". PubChem . Consultado el 6 de agosto de 2020 .
  30. ^ ab "Informe de actualización de la isla Kooragang PHA MOD1". Orica Mining Services . 1 de abril de 2012. Archivado desde el original el 12 de agosto de 2014 . Consultado el 6 de agosto de 2020 .
  31. ^ "Chemical Engineering Transactions" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 14 de abril de 2016.
  32. ^ "Nitrato de amonio". webwiser.nlm.nih.gov . Consultado el 6 de agosto de 2020 .
  33. ^ Fertilizers Europe (2006). "Guía para la compatibilidad de los materiales de mezcla de fertilizantes" (PDF) . Archivado (PDF) del original el 8 de junio de 2015.
  34. ^ "Reglamento sobre mercancías peligrosas (HCDG)" (PDF) . Archivado (PDF) del original el 23 de marzo de 2012.
  35. ^ Nitrato de amonio: regulación de su uso, equilibrio entre el acceso y la protección, de "Worksafe Victoria". Archivado desde el original el 11 de marzo de 2011.
  36. ^ CF Industries. "Ficha de datos de seguridad del nitrato de amonio" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 27 de marzo de 2014.
  37. ^ "Chemicalland21 – Nitrato de amonio". Archivado desde el original el 10 de enero de 2012.
  38. ^ "Nitrato de amonio". Paton Fertilizers Pty Ltd. 2005.
  39. ^ "Hoja de datos de seguridad del material, nitrato de amonio MSDS". Archivado desde el original el 18 de agosto de 2011 . Consultado el 25 de enero de 2012 .
  40. ^ Chaturvedi, Shalini; Dave, Pragnesh N. (enero de 2013). "Revisión sobre la descomposición térmica del nitrato de amonio". Journal of Energetic Materials . 31 (1): 1–26. Bibcode :2013JEnM...31....1C. doi :10.1080/07370652.2011.573523. S2CID  94427830.
  41. ^ "El presidente del Líbano pide un estado de emergencia de dos semanas en Beirut tras la explosión". Reuters . Beirut. 4 de agosto de 2020 . Consultado el 4 de agosto de 2020 . Aoun, en declaraciones publicadas en la cuenta de Twitter de la Presidencia, dijo que era "inaceptable" que 2.750 toneladas de nitrato de amonio estuvieran almacenadas en un almacén durante seis años sin medidas de seguridad y prometió que los responsables se enfrentarían a los "castigos más severos".

Fuentes

Enlaces externos