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Articulo de referencia

nitrato de amonio

0.2% combustible substances'' [[List of UN Numbers 1901 to 2000|1942]] – ''with ≤ 0.2% combustible substances'' [[List of UN Numbers 2001 to 2100|2067]] – ''fertilizers'' [[List...

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El nitrato de amonio es un compuesto químico con la fórmula NH₄NO₃ . Es una sal cristalina blanca compuesta por iones de amonio y nitrato . Es altamente soluble en agua e higroscópico en estado sólido, pero no forma hidratos . Se utiliza principalmente en la agricultura como fertilizante con alto contenido de nitrógeno . [ 5 ]

Su otro uso principal es como componente de mezclas explosivas empleadas en minería, canteras y construcción civil. Es el principal componente del ANFO , un explosivo industrial que representa el 80% de los explosivos utilizados en Norteamérica; formulaciones similares se han empleado en artefactos explosivos improvisados .

Muchos países están eliminando gradualmente su uso en aplicaciones de consumo debido a la preocupación por su potencial de mal uso. [ 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 había reducido a 16,7 millones de toneladas. [ 7 ]

Aparición

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

Producción, reacciones y fases cristalinas

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

HNO₃ + NH₃ → NH₄NO₃​​​

El amoníaco necesario para este proceso se obtiene mediante el proceso Haber a partir de nitrógeno e hidrógeno. El amoníaco producido por el proceso Haber puede oxidarse a ácido nítrico mediante el proceso Ostwald . El amoníaco se utiliza en su forma anhidra (gas) y el ácido nítrico se concentra. La reacción es violenta debido a su naturaleza altamente exotérmica . Una vez formada la solución, generalmente con una concentración de alrededor del 83%, el exceso de agua se evapora para obtener una solución de nitrato de amonio (AN) con una concentración del 95% al ​​99,9% (AN fundido), según el grado. El AN fundido se transforma en perlas o pequeñas esferas en una torre de pulverización , o en gránulos mediante pulverización y agitación en un tambor giratorio. Las perlas o gránulos pueden secarse, enfriarse y recubrirse para evitar que se apelmacen. Estas perlas o gránulos son los productos de AN típicos en el mercado.

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 amonio y calcio .

El nitrato de amonio también se puede obtener 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 + AgNO₃ → NH₄NO₃ + AgCl​​​​​

Reacciones

Como el nitrato de amonio es una sal , tanto el catión, NH + 4 , como el anión, NO − 3 , pueden participar en reacciones químicas.

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

NH₄NO₃ → N₂O + 2 H₂O​​​

A temperaturas más elevadas, predomina la siguiente reacción. [ 13 ]

2 NH₄NO₃ → 2 N₂ + O₂ + 4 H₂O​

Ambas reacciones de descomposición son exotérmicas y sus productos son gases. En determinadas condiciones, esto puede provocar una reacción descontrolada , en la que el proceso de descomposición se vuelve explosivo. [ 14 ] Véase §  Desastres para más detalles. Se han producido numerosos desastres relacionados con el nitrato de amonio , con pérdida de vidas humanas.

El color rojo anaranjado en 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 presentan bajo presión atmosférica.

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

Aplicaciones

Fertilizante

El nitrato de amonio es un fertilizante importante con una clasificación NPK de 34-0-0 (34% de nitrógeno). [ 17 ] Si bien es menos concentrado que la urea (46-0-0), el nitrato de amonio es más estable y no pierde nitrógeno rápidamente 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

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 del carbón , canteras , minería de metales y construcción civil en aplicaciones poco exigentes donde las ventajas del bajo costo, la relativa seguridad y la facilidad de uso de ANFO son más importantes que los beneficios que ofrecen 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

En el atentado con bomba de Sterling Hall en Madison, Wisconsin, en 1970, en el atentado de Oklahoma City en 1995, en los atentados de Delhi de 2011 , en el atentado de Oslo de 2011 , en el atentado de Myrmanni y en los atentados de Hyderabad de 2013 se utilizaron explosivos a base de nitrato de amonio .

En noviembre de 2009, el gobierno de la provincia de Khyber Pakhtunkhwa (anteriormente conocida como Provincia de la Frontera Noroeste) de Pakistán prohibió el uso de sulfato de amonio , nitrato de amonio y nitrato de calcio amónico como fertilizantes en la antigua División de Malakand , que comprendía los distritos de Upper Dir , Lower Dir , Swat , Chitral y Malakand de la Provincia de la Frontera Noroeste, tras informes de que estos productos químicos eran utilizados por militantes para fabricar explosivos. Debido a estas prohibiciones, " el clorato de potasio , el material que permite que los fósforos de seguridad se enciendan , ha superado al fertilizante como el explosivo preferido por los insurgentes". [ 19 ]   

Usos específicos

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 disolver nitrato de amonio en agua para sistemas de refrigeración fuera de la red eléctrica y como refrigerante. Sugirieron que el agua podría destilarse y reutilizarse utilizando energía solar para evitar el desperdicio de agua en entornos extremos. [ 20 ]

En el pasado 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 las bolsas de aire fabricadas por Takata Corporation , que fueron retiradas del mercado por considerarse inseguras tras causar la muerte de 14 personas. [ 23 ] El número actual de muertos en EE. UU. es de 27. [ 24 ]

Seguridad, manipulación y almacenamiento

Existen numerosas directrices de seguridad para el almacenamiento y la manipulación del nitrato de amonio. Los datos de salud y seguridad se muestran en las fichas de datos de seguridad disponibles de los proveedores y de diversos gobiernos. [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]

El nitrato de amonio puro no arde, pero como oxidante fuerte, favorece y acelera la combustión de materiales orgánicos (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 iniciadora potente. No debe almacenarse cerca de explosivos de alta potencia ni de agentes explosivos.

El nitrato de amonio fundido es muy sensible a los golpes y a la detonación, especialmente si se contamina con materiales incompatibles como combustibles, líquidos inflamables, ácidos, cloratos, cloruros, azufre, metales, carbón vegetal y serrín. [ 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 , NH3 yH₂O.No debe calentarse en un espacio confinado. [ 25 ] El calor y la presión resultantes de la descomposición aumentan la sensibilidad a la detonación y la velocidad de descomposición. La detonación puede ocurrir a 80 atmósferas .La contaminación puede reducirla a 20 atmósferas. [ 30 ]

El nitrato de amonio tiene una humedad relativa crítica del 59,4 % a 30  °C. A mayor humedad, absorbe la humedad del ambiente. Por lo tanto, es importante almacenar el nitrato de amonio en un recipiente herméticamente cerrado. De lo contrario, puede coalescer formando una gran masa sólida. El nitrato de amonio puede absorber suficiente humedad como para licuarse. Mezclar nitrato de amonio con otros fertilizantes puede reducir la humedad relativa crítica. [ 33 ]

El potencial uso del material como explosivo ha motivado medidas regulatorias. Por ejemplo, en Australia, el Reglamento de Mercancías Peligrosas entró en vigor en agosto de 2005 para exigir licencias para el manejo de dichas sustancias. [ 34 ] Las licencias se otorgan únicamente a solicitantes (industrias) que cuenten con las medidas de seguridad adecuadas para prevenir cualquier uso indebido. [ 35 ] También se pueden considerar usos adicionales, como fines educativos y de investigación, pero no el uso individual. Los empleados de quienes poseen licencias para manipular la sustancia deben seguir siendo supervisados ​​por personal autorizado y deben pasar una verificación de seguridad y de antecedentes policiales nacionales antes de que se les otorgue la licencia.

Riesgos para la salud

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

El nitrato de amonio tiene una LD50 de 2217  mg/kg, [ 38 ] que, en comparación , es aproximadamente dos tercios de la de la sal de mesa .

Desastres

El nitrato de amonio se descompone, de forma no explosiva, en óxido nitroso y vapor de agua cuando se calienta. Sin embargo, puede descomponerse de forma explosiva mediante detonación . [ 39 ] Grandes reservas de este material también pueden representar un grave riesgo de incendio debido a su oxidación , situación que puede escalar fácilmente a una detonación. Las explosiones no son infrecuentes: la mayoría de los años se producen incidentes relativamente menores, y también se han producido varias explosiones grandes y devastadoras. Algunos ejemplos son 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. [ 40 ]

El nitrato de amonio puede explotar mediante 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. Bibcode : 2021Cryst..11.1250K . doi : 10.3390/cryst11101250 . ISSN 2073-4352 . 
  3. ↑ Martel, B.; Cassidy, K. (2004). Análisis de riesgos químicos: Un manual práctico . Butterworth–Heinemann. pág. 362. ISBN  1-903996-65-1.
  4. "Información sobre la clasificación de riesgos para los diamantes de fuego de la NFPA" . Archivado del 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. 1 2 El nitrato de amonio se vende por toneladas debido al estancamiento de la regulación estadounidense. Archivado el 28 de febrero de 2018 en Wayback Machine – The Dallas Morning News
  7. 1 2 "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 .
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  12. ↑ US 4927617 , Villard, Alexandre y 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. p. 469. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN   978-0-08-037941-8.
  14. 1 2 "La química detrás de la explosión de Beirut" . Chemical & Engineering News . 21 de enero de 2025.
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  17. ↑ "Contenido de nutrientes de los materiales fertilizantes" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 24 de diciembre de 2012. Consultado el 27 de junio de 2012 .
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  19. ↑ Brook, Tom Vanden. "Los fabricantes de bombas afganos están cambiando a nuevos explosivos para artefactos explosivos improvisados" . USA TODAY .
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  22. ↑ El compuesto de los airbags ha sido un quebradero de cabeza para 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
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  40. ↑ "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 2750 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

  • Propiedades: UNIDO y Centro Internacional para el Desarrollo de Fertilizantes (1998), Manual de Fertilizantes , Kluwer Academic Publishers, ISBN 0-7923-5032-4.