Nitratu d'amoniu

El nitratu d'amoniu llograr por neutralización d'acedu nítrico con hidróxidu d'amoniu tres la evaporación de l'agua:

${\displaystyle NH_{4}OH+HNO_{3}\rightarrow NH_{4}NON_{3}+H_{2}O\,\!}$ 

Nel llaboratoriu puede llograse por doble descomposición ente sulfatu d'amoniu (NH₄)₂SO₄ y nitratu de estroncio [Sr(NON₃)₂], en disolución. En bastiando'l sulfatu de estroncio y penerar la disolución que depués se evapora, llógrase'l nitratu d'amoniu en cristales o polvu blanco.

${\displaystyle {(NH_{4})_{2}SO_{4}}_{(aq)}+{SrNO_{3}}_{(aq)}\rightarrow 2{NH_{4}NON_{3}}_{(aq)}+SrSO_{4}\downarrow (blancu)}$ 

El nitratu d'amoniu utilízase sobremanera como fertilizante pol so bon conteníu en nitróxenu. El nitratu ye aprovecháu direutamente poles plantes ente que el amoniu ye ferruñosu polos microorganismos presentes nel suelu a nitrito o nitratu y sirve d'abonu de más llargo duración.

Una parte de la producción dedicar a la producción del óxidu nitroso (N₂O) por aciu la termólisis controlada:

${\displaystyle {\rm {NH_{4}NON_{3}\rightarrow 2H_{2}O+N_{2}O\,\!}}}$ 

Esta reacción ye exotérmica y puede ser esplosiva si llevar a cabu nun contenedor zarráu o caleciendo demasiáu rápidu. Nel añu 2000 realizar por parte de EFMA, un compendiu d'ocho volumen que presentaben los "Meyores procedimientos industriales disponibles pa la prevención de la producción y el control na industria de fertilizantes europea", en respuesta a les normatives europees^[2] y españoles.^[3]

Na actualidá, esisten n'Europa, según EFMA, en redol a diez métodos distintes pa la producción industrial del nitratu d'amoniu nes sos distintes riqueces, nun esiste un únicu procedimientu que pueda ser consideráu como'l más ventaxosu respectu al restu, debíu fundamentalmente a dos razones:

• Les considerancies comerciales van influyir na eleición d'un procesu o otru.
• Puede llograse el mesmu productu, con carauterístiques similares por aciu l'usu de métodos distintos.

Por ello incidiráse en primer llugar de manera xeneral sobre cada unu de los pasos del procesu, estableciendo de siguío les meyores soluciones qu'esisten pa resolver los problemes plantegaos.

En Méxicu, ye un productu reguláu pola "Secretaria de Defensa Nacional" (SEDENA) con midíes clares y rigoroses so la "Llei Federal d'Armes de Fueu y Esplosivos"^[4] según el so Reglamentu.^[5]

Usu n'industria

El nitratu d'amoniu utilizar pa cambéu de la zeolita . Nel intercambiu d'iones, les zeolitas de UZM tienen los sos iones del sodiu camudaos col protón nel NH4+ en nitratu d'amoniu. Esto forma la zeolita catalizadores cuálos tienen munches aplicaciones en dellos campos, incluyíu refinamientu de petroleu.

Usu en fertilizante

El sal altamente soluble n'agua ye la fonte preferida de nitróxenu en fertilizantes. La mayor parte del nitratu d'amoniu producíu termina polo tanto na producción de fertilizantes. Sicasí, la salida d'escesu del nitratu d'amoniu ye una fonte principal de la basura ambiental. Mientres Los apuros, el fertilizante del nitratu d'amoniu yera illegal n'Irlanda del Norte porque foi utilizáu como oxidante pa los esplosivos por IRA (vease embaxo).

Usu n'esplosivos

Como axente qu'aferruña fuerte, el nitratu d'amoniu fai un amiestu esplosivo cuando ta combináu con un hidrocarburu, xeneralmente combustible diésel (aceite), o dacuando Querosenu. El Nitratu d'amoniu y fuel-oil (ANFO) los amiestos utilizáronse según infórmase pa bombes en terrorismu, por casu el Bombardéu de la ciudá d'Oklahoma, porque'l nitratu d'amoniu ye fácilmente disponible en bultu.

El nitratu d'amoniu utilizar n'esplosivos militares tales como cortador de la margarita bomba, y como componente de amatol. Los amiestos militares son de cutiu claveteadas col ~20% aluminiu pulverícese tamién, aumentando la enerxía de la rabasera, pero con una cierta perda de brisance. Un exemplu d'esto ye amonal, que contién el nitratu d'amoniu, trinitrotoluenu (TNT) y aluminiu. Los amiestos de Aluminised son confinamientu inferior bien eficaz, como na baltadera subacuática, torpedos, y l'arruinar de la roca. Los amiestos qu'arruinen bien baratu a base d'agua cuten llixeramente la enerxía d'una reacción del aluminiu-agua con bastante nitratu d'amoniu amestáu pa consumir l'hidróxenu que resulta.

El nitratu d'amoniu ye tamién un esplosivu na so forma más pura anque ye inusualmente insensible. Les carauterístiques esplosives apuerten a muncho más evidentes nes temperatures elevaes. Cuando'l nitratu d'amoniu ta fundíu y “fervíu” pa xenerar óxidu nitroso, demandóse pa ser tan sensible como la dinamita na temperatura de funcionamientu de 240 ~°C.

Esto exotérmico la reacción puede funcionar lloñe y algamar velocidaes de la detonación (ensin controles de la temperatura apropiáu). El grau d'esta posibilidá demostróse delles vegaes, lo más notablemente posible na planta química d'Ohio en Montreal en 1966.

Millones de llibres del nitratu d'amoniu relativamente puru (por fuercia) españáronse cuando tán suxetaos al calor y/o a los choques severos; vea los desastres” embaxo. El nitratu d'amoniu tamién atopó usu como a cohete sólidu propulsor, pero mientres dalgún tiempu perclorato del amoniu con frecuencia yera consideráu preferible por cuenta de un rendimientu más altu y a tarifes de quemadura más rápides. Últimamente, el favor tuvo faciendo pivotar detrás escontra'l nitratu d'amoniu en rocketry, pos apurre casi tantu emburriada ensin producir un jet del estractor por completu de gaseosu cloruru d'hidróxenu (HCl) y ensin los peligros adicionales del costu y de la sensibilidá.

El nitratu d'amoniu grau fertilizante (FGAN) fabricar nuna forma más compacta, con una porosidá muncho más baxa, p'algamar más estabilidá y menos sensibilidá a la detonación, ente que los gránulos de nitratu d'amoniu grau téunicu (TGAN) fáense más porosos pa una absorción meyor del combustible y una reactividá más alta.

Otres aplicaciones

El nitratu d'amoniu tamién s'utiliza adientro envases en fríu inmediatu. Nesti usu, el nitratu d'amoniu entemecer con agua en reacción endotérmica, qu'absuerbe 25.69 kilojoules de calor per topu del reactivu. Los productos de les reacciones del nitratu d'amoniu utilizar en bolses d'aire. Cuando la azida del sodiu (NaN3) utilizar en bolses d'aire, descomponer a Na (s) y a N2 (g), el sodiu forma un polvu fino integráu polos sales del sodiu, que nun ye preferíu polos productores de la bolsa d'aire.

El nitratu d'amoniu utilizar nel tratamientu de dalgunu titaniu minerales.

El nitratu d'amoniu utilizar na preparación d'óxidu nitroso (N2O):

El nitratu d'amoniu utilizar nos kits de sobrevivencia entemecíos con cinc polvu y cloruru d'amoniu porque va encender en contautu con agua.

El nitratu d'amoniu puede utilizase pa faer amoniacu anhidro, un productu químicu d'usu frecuente na producción de metanfetamina.

La reacción ente l'amoniacu y l'ácidu nítrico ye irreversible, completa, instantánea, exotérmica y almite cualquier termodinámica o discutiniu cinéticu. El calor de reacción depende de la concentración d'acedu nítrico usáu y de la solución producida de nitratu d'amoniu, pos la disolución cuanto más concentrada ta, mayor ye'l calor de reacción. Dichu calor de reacción puede utilizase pa producir la evaporación de l'agua de la solución de nitratu d'amoniu y amás pa producir vapor.

El nitratu d'amoniu puru sufre una descomposición endotérmica a 169 °C y tien un puntu de bullidura de 230 °C. La concentración del ácidu nítrico usáu de normal ye de 55 a 65 %, mientres el so puntu de bullidura a presión atmosférica ye de 120 °C, más baxu por tantu que la solución producida de nitratu d'amoniu, soluciones altamente concentraes manifiesten altos puntos d'ebullición y de conxelación. Lo primero puede causar altes temperatures y por tanto operaciones peligroses y lo segundo bloquéu de les tuberíes.

El nitratu d'amoniu calteníu a 100 °C por un llargu periodu de tiempu sufre una descomposición termal escontra amoniacu y acedu nítrico, descomposición qu'a más de 185 °C puede producir una esplosión peligrosa. La solubilidá d'amoniacu n'agua escai rápido cuando aumenta la temperatura y l'alta volatilidá de los componentes y la descomposición del sal producíu conduz fácilmente a perdes ambientales y problemes d'escomiu. El control de les variables de la reacción (temperatura, presión, calor utilizáu y concentraciones d'acedu nítrico y nitratu d'amoniu) y los detalles de construcción, llogren l'usu del máximu calor, xenerándose un amiestu fundíu ensin adición de calor esterno que coles mesmes asegura unes condiciones, tou col mesmu equipu y consumu d'enerxía, nes que se consigue la mayor producción posible y una alta calidá del productu.

El procesu de llogru de nitratu d'amoniu básicamente consta de los siguientes pasos:

1. La neutralización del amoniacu col ácidu nítrico.
2. La evaporación de la solución neutralizada.
3. El control del tamañu de les partícules na cristalización y les carauterístiques del productu secu.

Ye una reacción instantánea y altamente exotérmica, como se vio enantes, con un productu de reacción inestable pero podemos llograr una bona realización industrial cuando se dan les siguientes condiciones:

1. Amiestu escelente de los reactivos.
2. Control estrictu del pH, los sistemes modernos utilicen un control automáticu del mesmu, por aciu dos válvules automatizadas, va controlándose la proporción teórica que precisamos d'amoniacu y d'acedu nítrico nel reactor.
3. Control de la temperatura nel reactor, pa evitar sobrecalentamientos locales pos cuanto mayor ye la temperatura nel reactor, más importante ye caltener el valor de pH constante y d'evitar la introducción nel mesmu de cloruros, metales pesaos y compuestos orgánicos, pos esiste riesgu d'esplosión. Tamién s'hai de controlar para:
   • Evitar perdes nos reactivos, una y bones dambos especialmente l'amoniacu son considerablemente volátiles y podríen por tanto, escapase xunto al vapor d'agua xeneráu si la temperatura xubiera indebidamente.
   • Torgar que se presenten riesgos de descomposición del productu.

La temperatura de reacción controlar por mediu de la debida regulación de la adición de los reactivos, por estracción del calor xeneráu y en casos estremos, añadiendo agua (entestaos) al conteníu del neutralizador. Magar pueden esaniciase práuticamente les perdes del ácidu namái per mediu del control de la temperatura de reacción, nun asocede lo mesmo coles perdes d'amoniacu, por cuenta de la so mayor volatilidá. Por esto, ye necesariu tomar midíes adicionales. En dellos procesos añader, pa esti propósitu un llixeru escesu d'acedu sobre la cantidá estequiométricamente riquida. N'otros, el neutralizador funciona totalmente llenu de líquidu, lo cual fai facederu, caltener nél una presión de delles atmósferes, bien percima de la presión de vapor de la solución.

Na práutica los procesos comerciales difieren en dos puntos principales, nel amiestu y en -y control de la temperatura, siendo ésta la carauterística más importante. Los parámetros de la reacción y la construcción adoptada na neutralización definen toa una llinia de producción: acedu precalentado, evaporación d'amoniacu y evaporación de l'agua restante (parcial o totalmente) pue ser realizaos por aciu el calor recuperáu na neutralización.

Estrémense los neutralizadores en tres grupos acordies cola temperatura de la zona de reacción, que pueden trabayar:

1. Per debaxo del puntu de bullidura atmosféricu.
2. Nel puntu de bullidura atmosféricu.
3. Sobre'l puntu de bullidura de les soluciones de nitratu d'amoniu.

Neutralizadores que trabayen per debaxo del puntu de bullidura atmosféricu, son métodos de baxa temperatura y presenten ventayes tales como:

• La baxa temperatura anicia menores problemes d'escomiu.
• La perda material ye menor y la seguridá operacional ye bona.

Tamién tienen dellos inconvenientes, como:

• El vacíu flax complica daqué l'equipu y dependiendo de la so complexidá, aumenta la inversión y el consumu d'enerxía.
• L'usu del calor de reacción ye necesaria por cuenta de que la temperatura de funcionamientu ye bien baxa.

Neutralizadores que trabayen nel puntu de bullidura atmosféricu, nun utilicen recirculación de la solución de nitratu d'amoniu, polo tanto la reacción va tar menos controlada al ser bien exotérmica y sópita, si se recircula la solución ésta absuerbe parte del calor y contrólase esta brusquedá, evitándose les perdes de nitróxenu que podríen aniciase. Anque la so temperatura ye mayor que la de los neutralizadores anteriores, en redol a 150 y 200 °C, presenta ventayes como:

• Eficiencia química bona.
• Perdes materiales baxes.

L'inconveniente principal ye la contaminación del vapor de procesu con amoniacu y acedu nítrico, colo que se precisen equipos d'aceru inoxidable. Los neutralizadores sobre'l puntu de bullidura atmosféricu son los más fayadizos pa un bon procesu de producción.

Los neutralizadores que trabayen sobre'l puntu de bullidura atmosféricu, la carauterística común de too diseñu nesti grupu ye que la presión aplicada xeneralmente ente 2 y 6 bar emplegar pa llevantar la temperatura nel neutralizador hasta 180 °C aproximao. A primas y temperatures más elevaes cáusense mayores perdes y más escomiu, siendo necesarios equipos especiales.

Estrémense los siguientes tipos de neutralizadores:

1. Procesos ensin l'usu de calor.
2. Procesos con usu de calor, onde s'usa'l calor de reacción pa llevar l'amiestu reactante hasta'l puntu de bullidura y evaporar parcialmente l'agua introducida col ácidu débil.
3. Procesos con usu doble de calor, el calor de reacción usar pa evaporar parcialmente l'agua introducida col ácidu nítrico y pa producir vapor. El calor latente de dichu vapor va usase más tarde pa precalentar los reactivos y pa la preconcentración de la solución de nitratu d'amoniu.

Los dos primeros casos nun s'usen en plantes modernes, esto ye, a lo menos una parte de los vapores producíos son utilizaos en procesos de la mesma planta.

Como'l factor determinante na recuperación de calor ye'l neutralizador, les condiciones d'operación del neutralizador van definir la presión de los vapores nel mesmu y por tanto'l so temperatura de condensación, que ye'l parámetru usáu na anterior clasificación. Polo tanto paez más apropiáu arrexuntar los procesos acordies cola presión de los vapores producíos nel neutralizador, asina van esistir:

1. Procesos de flax a vacíu:
   • Más simples, cola menor recuperación posible de calor, como'l Procesu Udhe IG Farbenindustrie.
   • Más complexos, cola máxima recuperación de calor, como'l Procesu Kestner.
2. Procesos con neutralización a presión atmosférica:
   • Procesu ICI.
   • Procesu Kaltenbach Nitrablock.
3. Procesos con neutralización so presión:
   • Procesu Fauser.
   • Procesu Stamicarbon.
   • Procesu Kaltenbach d'alta concentración.
   • Procesu SBA.
   • Procesu UCB.
   • Procesu Stengel.

Nesti tipu de neutralizadores, cuando l'amoniacu y l'ácidu nítrico reaccionen, el calor de reacción empieza a aumentar amontando la temperatura del amiestu escontra'l so puntu de bullidura, onde va empezar la evaporación y la temperatura va siguir la so medría hasta'l puntu onde l'agua presente, se evapore consumiendo'l calor de la reacción sobrante del calentamientu del amiestu.

Pa trabayar en redol a esti puntu, tolos procesos utilicen sistemes de recirculación, onde una parte del nitratu d'amoniu producíu esfrezse y ye recirculado al neutralizador, provocando asina un control más finu de la temperatura nel neutralizador. Dichu enfriamientu y la rellación de recirculación van definir la temperatura nel neutralizador. Esti tipu de neutralizadores caltién la temperatura en redol a 100 y 120 °C, pero faise necesariu utilizar el calor de la reacción pa evaporar una parte de l'agua contenida nel productu, esto ye, llógrense concentraciones baxes de productos. Esti tipu de neutralizadores suelen ser del tipu neutralizadores vacuum flax o a vacíu, pudiéndose llevar a cabu nuna o delles etapes, asina pueden estremase:

• Neutralización a vacíu nun solu pasu: amoniacu, acedu nítrico y nitratu d'amoniu recirculado alimentar a un neutralizador que trabaya a presión atmosférica, onde se controla la bona distribución, amiestu y control de pH. El productu formáu pasa a un post-neutralizador o evaporador flax, onde tien llugar un control más refechu del pH. Parte del calor de la reacción contenida na solución recirculada usar pa la evaporación parcial de l'agua contenida nel nitratu d'amoniu producíu, esfreciéndose de la mesma la corriente recirculada. La concentración de la corriente resultante va depender de la concentración del ácidu y el calentamientu de les materies primes.
• Neutralización a vacíu multipaso: similar a l'anterior, sacante por que dispónense dellos evaporadores flax en serie, llogrando llograr soluciones de concentración en redol al 98% w de nitratu d'amoniu.

• Preséntense menores problemes d'escomiu de los materiales, col consecuente amenorgamientu de perdes de material y una mayor seguridá. En contraposición son equipos avolumaos y por tanto, caros.
• L'aprovechamientu del calor de reacción ye bien baxu, básicamente utilízase nel precalentamiento del ácidu nítrico, polo que la eficiencia enerxética va ser pequeña.
• Ameyorar la recuperación de calor solo ye posible por aciu equipos más sofisticaos, como neutralizadores multipaso, anque van esistir mayores problemes d'escomiu yá que la temperatura va aumentase en redol a los 160 ó 170 °C.
• Los sistemes de depuración del vapor desprendíu del neutralizador (que siempres suel dir contamináu con amoniacu y con fines partícules de nitratu d'amoniu) son tamién bien avolumaos y, por tanto, caros.

Estos equipos son más simples que los anteriores, trabayen a mayores temperatures (en redol a los 150 y 200° C) van producir una corriente de vapor que va contener la mayor parte de l'agua introducida pol ácidu nítrico, que se va utilizar pal precalentamiento de les materies primes.

Con concentraciones d'ácidu nítrico en redol al 60% w pueden llograse concentraciones en redol al 98% w de nitratu d'amoniu, anque se suel utilizar un pequeñu evaporador darréu al neutralizador. Pa llograr un meyor control de pH úsense dos neutralizadores en serie, siendo'l segundu más pequeñu que'l primeru, pa llograr un axuste más finu.

• Trabayar a temperatura moderao, polo que los materiales pueden ser menos esixentes y esiste menor riesgu de descomposición del nitratu d'amoniu qu'a sobrepresión.
• Los sistemes de depuración del vapor desprendíu del neutralizador (que siempres suel dir acompañáu con amoniacu y fines partícules de nitratu d'amoniu) son tamién bien avolumáu y, por tanto caros, pola mesma razón van ser necesarios intercambiadores de calor d'aceru inoxidable.
• La baxa temperatura del vapor acuta'l so usu n'otres aplicaciones, polo que s'utiliza'l calor namái pal calentamientu de les materies primes, polo que'l rendimientu enerxéticu ye bien baxu, precisando un apurra de calor esterno, p'algamar les concentraciones finales de trabayu.

Pueden estremase dos tipos de procesos a sobrepresión:

• Neutralizadores a presión media (hasta 4 atm absolutes), estos procesos son los más usaos na industria, yá que la so temperatura de reacción nun ye tan alta que entrañe peligru, y dexen l'aprovechamientu del vapor de reacción pa la concentración, siquier parcial, del llicor de nitratu. Dalgunos d'estos reactores van provistos de recirculación esterna de la masa reaccionante, col fin d'aumentar la homoxeneidá del ácidu nítrico na masa, de forma que la so reacción col amoniacu prodúzase uniformemente y nel senu d'un volume importante de llicor qu'actúe de tampón. Otros reactores van provistos d'un intercambiador-caldera que s'asitia nel senu de la masa reaccionante, y que nel so interior va alimentáu per agua que se evapora, produciendo vapor llimpiu en cuenta de una menor concentración del llicor resultante.
• Neutralizadores a alta presión (cimera a 4 atm absolutes), Suélense llevar

a cabu ente 4 y 6 atm, dependiendo del procesu industrial. La presión sirve p'aumentar la temperatura nel mesmu alredor de los 200 °C. Dientro d'esti grupu pueden amosase los procesos Fauser y Stengel.

• L'usu de neutralizadores a alta presión, como los dos anteriores, tien ventayes tocantes a costos d'inversión, pero presenta problemes en cuanto al control del procesu de neutralización y peligros d'esplosión al operar a temperatures tan altes.
• La principal ventaya que presenten va ser el posible usu de los vapores del neutralizador (de 4 a 5 atm), tantu pal precalentamiento de les materies primes, como nel evaporador, polo que va esistir una mayor eficiencia enerxética.
• El principal problema ye qu'una mayor presión y temperatura van provocar un mayor escomiu y mayores perdes tantu de nitróxenu, como de nitratu d'amoniu, polo que'l costu de materiales va ser cimeru.

Los distintos procedimientos difieren el conteníu n'agua de los reactivos (polo tanto de la concentración de nitratu d'amoniu que sala de la seición de neutralización), de la cantidá d'agua riquida nos siguientes procesos de solidificación del productu final y del control de les temperatures.

Nos métodos utilizaos hasta 1945, la solución neutralizada de nitratu d'amoniu sufría una evaporación hasta una concentración elevada, siguida d'un enfriamientu consecutivu y la formación del productu. Otros métodos realizaben la evaporación hasta una menor concentración y completaben la mesma por aciu cristalización o evaporación continua n'aparatos diseñaos con esi envís, felicidá evaporación tamién se faía por aciu evaporadores de película (wiped filme) que teníen la ventaya de contener pesos bien baxos de materia en tratamientu.

Dempués de 1965, eficaces evaporadores qu'operen al vacíu utilizáronse en nueves fábriques, estes modernes unidaes tienen una mayor eficiencia térmica y pueden controlase con precisión. La parte de la unidá onde la concentración ye mayor al 99% w de nitratu d'amoniu, ye diseñada pa retener namái pequeñes cantidaes de solución concentrada por cuestiones de seguridá. Estos procuros son necesaries parra evitar la contaminación de la solución por materies orgániques y la so posible esplosión.

Les soluciones de nitratu d'amoniu pueden variar ente'l 78 y 98% w, y los procesos de solidificación pueden trabayar con melazas dende'l 5% w d'agua (nos granuladores de tambor) hasta de 0,3 a 0,5% w d'agua (en torres prilling), por ello que na industria esistan cientos d'evaporadores, cada unu afechu lo más posible a les necesidaes impuestes pol productu riquíu.

• Manexu: apurrir una ventilación fayadiza. Utilizar proteición de güeyos y manes.
• Almacenamientu: asitiar los tanques lloñe d'almacenamientos de sustancies combustibles. Protexer los tanques del escomiu y daños físicos. Comprobar el pH de la solución diariamente. Si'l pH de la solución al 10% ta per debaxo de 4,5 añader amoniacu gas hasta que s'algamar esti pH. El material apropiao pa los recipientes ye l'aceru inoxidable austenítico. Nun dexar fumar. Utilizar llámpares protexíes nes árees d'almacenamientu.

=== Midíes de seguridá Llendes d'esposición encamentaos: nun hai llendes oficiales especificaos. (1995-96)

• Midíes de procuru y equipos mecánicos: evitar la esposición a los vapores y aprovir al llocal de ventilación necesaria. Instalar equipos llava-güeyos y duches de seguridá en cualquier llugar onde pueda producise contautu colos güeyos y la piel.
• Proteición personal: en casos d'emerxencies, usar equipos de respiración apropiaos. Usar guantes resistentes al calor y ropa de proteición. Usar gafes de seguridá química o pantalla facial.

• Clasificación ONX: Clase 5, división 5.1 —Comburente— NᵘONX: 2426.
• RD. 1254/1999: Control de los riesgos inherentes a los accidentes graves.
• RD. 145/1989 Reglamentu Nacional d'Almisión, Manipulación y Almacenamientu de Materies Peligroses nos puertos.

• Amoniacu
• Nitróxenu
• Hidróxenu

• Hazardous Chemical Database (n'inglés)