El nitrato de amonio es un compuesto químico con la fórmula NH4NO3 . 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]
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.
La producción industrial de nitrato de amonio implica la reacción ácido-base del amoníaco con ácido nítrico : [12]
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 :
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 :
Como el nitrato de amonio es una sal , tanto el catión, NH+4, y el anión, NO−3, 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:
A temperaturas más altas predomina la siguiente reacción: [13]
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]
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]
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.
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:
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
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]
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]
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 detonantes.
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.
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 .
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:
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".