農(nóng)用硝酸銨的熱穩(wěn)定性剖析

1、農(nóng)用硝酸銨水溶液熱穩(wěn)定性機(jī)理研究程 松，東臺市安監(jiān)局，江蘇 東臺 景奇佳 , 賽鼎工程有限公司，山西 太原 曹 雄 , 中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西 太原 引言 硝酸銨在國防工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的用途，它既是制備多種炸藥( 黑索今、奧克托今、硝基胍等) 的重要原料，又是一種重要的氮肥。但是，由于硝酸銨具有自反應(yīng)特性，在其被廣泛使用的同時 ,也曾經(jīng)發(fā)生過多起重大事故 。 國內(nèi)外學(xué)者對于固體硝酸銨的熱分解和熱穩(wěn)定性做了大量的研究。相對來說，對于生產(chǎn)過程中存在的高溫、高濃度硝酸銨水溶液的熱穩(wěn)定性機(jī)理研究得很少引言 采用自行設(shè)計(jì)的測試裝置從臨界爆炸溫度的角度入手，對高濃度農(nóng)用硝酸銨水溶液的臨界爆炸

2、溫度進(jìn)行了測試，對比分析了硫酸和氯離子共同存在時對硝酸銨水溶液臨界爆炸溫度的影響，從反應(yīng)動力學(xué)的角度對其影響因素進(jìn)行了分析。研究結(jié)果對于保證乳化炸藥生產(chǎn)化肥廠的硝酸銨安全生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義.實(shí)驗(yàn)部分1 實(shí)驗(yàn)試劑：農(nóng)用硝酸銨、濃硫酸、氯化鉀2 實(shí)驗(yàn)方法及原理結(jié)果與分析 2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果硝酸銨水溶液中硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 80% ; cl質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 4 10-6 、6 10-6 、8 10-6 、10 10-6 、20 10-6 ; pH 值為 1.0、2.0 和 3.0。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。結(jié)果與分析結(jié)果與分析 從擬合的結(jié)果來看，臨界爆炸溫度隨 Cl -質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化呈良好的指數(shù)關(guān)系，其數(shù)學(xué)

3、模型為下式 t=mexp（-x/c）+ t0 式中: t 為臨界爆炸溫度， ; c、m 和 t0為常數(shù); x 為 cl質(zhì)量分?jǐn)?shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論硫酸含量( pH 值) 一定時，硝酸銨臨界爆炸溫 度隨著 Cl -質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低; 當(dāng)達(dá)到一定值 時，隨著 Cl -質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其臨界爆炸溫度的下降速度趨緩。Cl -質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時，硝酸銨水溶液臨界爆炸 溫度隨著硫酸含量( pH 值) 的減小而降低，且 Cl -質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，其臨界爆炸溫度值變化越為明顯。 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)查閱可知僅有 Cl -存在時，隨著溫度的升高，其對硝酸銨分解有一定的抑制作用; 當(dāng) Cl -與酸 共存時，Cl -與酸反應(yīng)的中間產(chǎn)物極

4、大地促進(jìn)了硝酸銨的分解。對臨界爆炸溫度 t 取對數(shù)，Cl -質(zhì)量分?jǐn)?shù) x 取倒 數(shù)，用 origin8.0 進(jìn)行擬合，得到的擬合直線如圖 3所示。 從圖 3 可以看出，臨界爆炸溫度的對數(shù)和 Cl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的倒數(shù)呈良好的線性增長關(guān)系，其變化趨 勢和圖 2 的結(jié)果相一致。機(jī)理分析由相關(guān)文獻(xiàn)可知，80% 硝酸銨水溶液分解反應(yīng) 的主要?dú)怏w產(chǎn)物為 NO，當(dāng) NO 濃度高時，進(jìn)一步 分解為 N和 O，此時有爆炸式分解的特點(diǎn)。反應(yīng) 機(jī)理如反應(yīng)式( ) ( ) 。 硝酸銨水溶液的熱爆炸和熱分解有著非常密切的聯(lián)系，其是否發(fā)生爆炸，主要生成 NO 氣體之 前的反應(yīng)決定。因此，可用生成 NO 的反應(yīng)機(jī)理 來對其進(jìn)行

5、分析。從化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的角度來 看，硝酸銨水溶液熱分解生成 NO的總反應(yīng)機(jī)理為NHNONO + 2HO。假定 NHHSO 和 NO的濃度不變，對其反應(yīng)進(jìn)行近似處理，近似為穩(wěn)態(tài)，則可推導(dǎo)出公式如下 由式( 2) 可以看出，硝酸銨及硫酸的濃度不變 時，其分解速率隨著氯離子濃度的增加而增加; 而氯 離子及硝酸銨的濃度不變時，其分解速率隨著 pH值的減小( 硫酸濃度的增加) 而增加。其分解速率 的變化與臨界爆炸溫度的變化非常一致，可以很好 地解釋氯離子濃度和硫酸對 80% 硝酸銨臨界爆炸 溫度的影響。 高溫條件下硝酸銨水溶液發(fā)生的反應(yīng)非常復(fù)雜，故得出的反應(yīng)機(jī)理只適用于濃度不是非常高的情況。原作者也對 90% 和 96