Nitrat d'amonio

De WikiLingua.net

Nitrato de amonio
Nitrat d'amonio
Nom (IUPAC) sistemàtic
Trioxonitrato(V) d'amonio
General
Fórmula semidesarrollada NH4NO3
Fórmula estructural Veure imatge.
Fórmula molecular N2H4O3
Identificadores
Nombre CAS [6484-52-2 [6484-52-2]]
Nombre RTECS BR9050000
Propietats físiques
Estat d'agregación Sòlid
Aparença Sòlid blanc
Densitat 1,7 × 103 kg/m3; 1,7 g/cm3
Massa 80 o
Punt de fusió 442 K ( °C)
Punt d'ebullición 483 K ( °C)
Punt de descomposición 483 K ( °C)
Propietats químiques
Solubilidad en aigua 190 g/100 ml (20 °C)
KPS n/d
Moment dipolar 0 D
Termoquímica
ΔfH0líquid -359,6 kJ/mol
ΔfH0sòlid -366 kJ/mol
S0sòlid 151 J·mol-1·K-1
Perillositat
NFPA 704

0
2
3
OX
Nombre RTECS BR9050000
Riscos
Ingestió Perillós en grans quantitats.
Inhalació Molt perillós, pot ser fatal.
Pell Pot causar irritació.
Ulls Pot causar irritació.
Més informació Hazardous Chemical Database (En anglès)
Valors en el SI i en condicions normals
(0 °C i 1 atm), tret que s'indiqui el contrari.

Exempcions i referències

El nitrat amónico o nitrat d'amonio és una sal formada per iones de nitrat i d'amonio. La seva fórmula és NH4NO3.

Es tracta d'un compost incoloro i higroscópico, altament soluble en l'aigua.

Taula de continguts

[editar] Dades físic-químiques

  • Fórmula: NH4NO3
  • Massa molecular: 80,04 g/mol
  • Punt de fusió: 169,6 °C
  • Punt d'ebullición: 210 °C (descomposición)
  • Densitat: 1,72 g/ml
  • Nº CAS: 6484 - 52 -2
  • LD50: 2,217 mg/kg (rata)

[editar] Síntesi

El nitrat amónico s'obté per neutralización d'àcid nítrico amb amoníaco després de l'evaporación de l'aigua :

NH_3 + HNO_3 \rightarrow NH_4NO_3 \,\!

[editar] Aplicacions

El nitrat d'amonio s'utilitza sobretot com fertilizante pel seu bon contingut en nitrogen. El nitrat és aprofitat directament per les plantes mentre que l'amonio és oxidado pels microorganismes presents en el sòl a nitrit o nitrat i serveix d'abonament de més llarga durada.

Una part de la producció es dedica a la producció de l'óxido nitroso (N2O) mitjançant la termólisis controlada:

NH_4NO_3 \rightarrow 2 H_2O + N_2O \,\!

Aquesta reacció és exotérmica i pot ser explosiva si es duu a terme en un contenidor tancat o escalfant massa ràpid. Les barreges del nitrat amónico amb petroli s'utilitzen com explosius. Aquest compost també és responsable de la major part dels accidents greus amb els fertilizantes:

  • L'accident més greu es va registrar en l'explosió de la fàbrica de nitrogenats en Oppenau a prop de Ludwigshafen (Alemanya) en 1921 amb 561 morts.
  • El 16 d'abril de 1947 la descarrega dels vaixells "Gradcamp" i "Highflyer" ple de nitrat amónico en Texas (EUA) va provocar una detonación que va devastar gran part de la ciutat amb 486 morts, 100 desapareguts i més de 3000 ferits.
  • El 28 de juliol del mateix any el buc "Ocena Liberty" va explotar en Brest (França) provocant 21 morts i més de 100 ferits.
  • Se suposa que igualment és responsable de la catàstrofe provocat per un tren en Ryongchŏn (Corea del Nord) el 22 d'abril de 2004, amb almenys 161 morts i més de 1300 ferits.
  • La més recent a Mèxic (en l'estat de Coahuila) el dia 9 de setembre del 2007, va explotar un camió amb nitrat d'amonio causat per un xoc carretero, deixant més de 50 morts i més de 250 ferits en on les empreses responsables van ser TAKATA i Orica, aquesta última es dedica a la transportación de materials perillosos.

El nitrat d'amonio s'ha emprat també en diversos atacs terroristes, com per exemple a Irlanda del Nord; en l'atemptat a l'AMIA, a Argentina, en 1994; contra l'edifici federal d'Oklahoma, Estats Units, en 1995; contra l'Ambaixada nord-americana en Nairobi, en 1998; contra un complex turístic en Bali, en 2002; i més recentment, en un doble atemptat suïcida dirigit contra el Consulat de Gran Bretanya i dos locals del banc HSBC a Istanbul, al novembre de 2003.

En l'any 2000 es va realitzar per part d'EFMA, un compendio de vuit volums que presentaven els" Millors procediments industrials disponibles per a la prevenció de la producció i el control en la indústria de fertilizantes europea", en resposta a les normatives europees[1] i espanyoles.[2]

En l'actualitat, existeixen a Europa, segons EFMA, entorn de deu mètodes diferents per a la producció industrial del nitrat amónico en les seves diferents riqueses, no existeix un únic procediment que pugui ser considerat com el més avantatjós respecte a la resta, hagut de fonamentalment a dues raons:

  • Les consideracions comercials influiran en l'elecció d'un procés o un altre.
  • Es pot obtenir el mateix producte, amb característiques similars mitjançant la utilització de mètodes distints.

Per això s'incidirà en primer lloc de manera general sobre cadascun dels passos del procés, establint a continuació les millors solucions que existeixen per a resoldre els problemes plantejats.

[editar] Processos de fabricació

La reacció entre l'amoníaco i l'àcid nítrico és irreversible, completa, instantània, exotérmica i admet qualsevol termodinámica o discussió cinética. La calor de reacció depèn de la concentració d'àcid nítrico usat i de la solució produïda de nitrat amónico, doncs la dissolució quant més concentrada està, major és la calor de reacció. Dit calor de reacció es pot utilitzar per a produir l'evaporación de l'aigua de la solució de nitrat amónico i a més per a produir vapor.

El nitrat amónico pur sofreix una descomposición endotérmica a 169 °C i té un punt d'ebullición de 230 °C. La concentració de l'àcid nítrico usat normalment és de 55 a 65 %, mentre el seu punt d'ebullición a pressió atmosférica és de 120 °C, més baix per tant que la solució produïda de nitrat amónico, solucions altament concentrades manifesten alts punts d'ebullición i de congelació. El primer pot causar altes temperatures i per tant operacions perilloses i el segon bloquejo de les canonades.

El nitrat amónico conservat a 100 °C per un llarg període de temps sofreix una descomposición termal cap a amoniaco i àcid nítrico, descomposición que a més de 185 °C pot produir una explosió perillosa. La solubilidad d'amoniaco en aigua decrece ràpidament quan augmenta la temperatura i l'alta volatilidad dels components i la descomposición de la sal produïda condueix fàcilment a pèrdues ambientals i problemes de corrosión. El control de les variables de la reacció (temperatura, pressió, calor utilitzada i concentracions d'àcid nítrico i nitrat amónico) i els detalls de construcció, assoleixen la utilització de la màxima calor, generant-se una barreja fosa sense addicció de calor externa que al mateix temps assegura unes condicions, tot amb el mateix equip i consum d'energia , en les quals s'aconsegueix la major producció possible i una alta qualitat del producte.

El procés d'obtenció de nitrat amónico bàsicament consta dels següents passos:

  1. La neutralización de l'amoníaco amb l'àcid nítrico.
  2. L'evaporación de la solució neutralitzada.
  3. El control de la grandària de les partícules en la cristalización i les característiques del producte sec.

[editar] Neutralización

És una reacció instantània i altament exotérmica, com s'ha vist anteriorment, amb un producte de reacció inestable però podem obtenir una bona realització industrial quan es donen les següents condicions:

  1. Barreja excel·lent dels reactius.
  2. Control estricte del pH, els sistemes moderns utilitzen un control automàtic del mateix, mitjançant dues vàlvules automatizadas, es va controlant la proporció teòrica que necessitem d'amoníaco i d'àcid nítrico en el reactor.
  3. Control de la temperatura en el reactor, per a evitar sobrecalentamientos locals doncs quant major és la temperatura en el reactor, més important és mantenir el valor de pH constant i d'evitar la introducció en el mateix de cloruros, metalls pesats i compostos orgànics, doncs existeix risc d'explosió. També s'ha de controlar per a:
    • Evitar pèrdues en els reactius, ja que ambdós especialment l'amoniaco són considerablement volátiles i podrien per tant, escapar-se al costat del vapor d'aigua generat si la temperatura pugés indebidamente.
    • Impedir que es presentin riscos de descomposición del producte.

La temperatura de reacció es controla per mitjà de la deguda regulació de l'addicció dels reactius, per extracció de la calor generada i en casos extrems, afegint aigua (condensados) al contingut del neutralizador. Si bé poden eliminar-se pràcticament les pèrdues de l'àcid només per mitjà del control de la temperatura de reacció, no ocorre el mateix amb les pèrdues d'amoniaco, a causa del seu major volatilidad. Per això, és necessari prendre mesures addicionals. En alguns processos s'afegeix, per a aquest propòsit un lleuger excés d'àcid sobre la quantitat estequiométricamente requerida. En uns altres, el neutralizador funciona totalment ple de líquid, la qual cosa fa factible, mantenir en ell una pressió de diverses atmosferes, molt per sobre de la pressió de vapor de la solució.

En la pràctica els processos comercials difereixen en dos punts principals, en la barreja i en li control de la temperatura, sent aquesta la característica més important. Els paràmetres de la reacció i la construcció adoptada en la neutralización defineixen tota una línia de producció: àcid precalentado, evaporación d'amoniaco i evaporación de l'aigua restant (parcial o totalment) pot ser realitzats mitjançant la calor recuperada en la neutralización.

[editar] Tipus de neutralizadores

[editar] Segons la temperatura de la zona de reacció

Es divideixen els neutralizadores en tres grups d'acord amb la temperatura de la zona de reacció, els quals poden treballar:

  1. Per sota el punt d'ebullición atmosférico.
  2. En el punt d'ebullición atmosférico.
  3. Sobre el punt d'ebullición de les solucions de nitrat amónico.

Neutralizadores que treballen per sota el punt d'ebullición atmosférico, són mètodes de baixa temperatura i presenten avantatges tals com:

  • La baixa temperatura origina menors problemes de corrosión.
  • La pèrdua material és menor i la seguretat operacional és bona.

També tenen alguns inconvenients, com:

  • El buit flash complica alguna cosa l'equip i depenent de la seva complexitat, augmenta la inversió i el consum d'energia.
  • La utilització de la calor de reacció és necessària a causa de que la temperatura de funcionament és molt baixa.

Neutralizadores que treballen en el punt d'ebullición atmosférico, no utilitzen recirculación de la solució de nitrat amónico, per tant la reacció estarà menys controlada al ser molt exotérmica i brusca, si es recircula la solució aquesta absorbeix part de la calor i es controla aquesta brusquedad, evitant-se les pèrdues de nitrogen que podrien originar-se. Encara que la seva temperatura és major que la dels neutralizadores anteriors, entorn de 150 i 200 °C, presenta avantatges com:

  • Eficiència química bona.
  • Pèrdues materials baixes.

L'inconvenient principal és la contaminació del vapor de procés amb amoniaco i àcid nítrico, amb el que es necessiten equips d'acer inoxidable. Els neutralizadores sobre el punt d'ebullición atmosférico són els més adients per a un bon procés de producció.

Els neutralizadores que treballen sobre el punt d'ebullición atmosférico, la característica comuna de tot disseny en aquest grup és que la pressió aplicada generalment entre 2 i 6 bar s'empra per a aixecar la temperatura en el neutralizador fins a 180 °C aproximadament. A pressions i temperatures més elevades es causen majors pèrdues i més corrosión, sent necessaris equips especials.

[editar] D'acord amb la recuperació de calor de reacció

Es distingeixen els següents tipus de neutralizadores:

  1. Processos sense la utilització de calor.
  2. Processos amb utilització de calor, on s'usa la calor de reacció per a portar la barreja reactante fins al punt d'ebullición i evaporar parcialment l'aigua introduïda amb l'àcid feble.
  3. Processos amb utilització doble de calor, la calor de reacció s'usa per a evaporar parcialment l'aigua introduïda amb l'àcid nítrico i per a produir vapor. La calor latent de dit vapor s'usarà més tard per a precalentar els reactius i per a la preconcentración de la solució de nitrat amónico.

Els dos primers casos no s'usen en plantes modernes, és a dir, almenys una part dels vapors produïts són utilitzats en processos de la mateixa planta.

[editar] Segons la pressió dels vapors produïts en el neutralizador

Com el factor determinant en la recuperació de calor és el neutralizador, les condicions d'operació del neutralizador definiran la pressió dels vapors en el mateix i per tant la seva temperatura de condensación, que és el paràmetre usat en l'anterior classificació. Per tant sembla més apropiat agrupar els processos d'acord amb la pressió dels vapors produïts en el neutralizador, així existiran:

  1. Processos de flash a buit:
    • Més simples, amb la menor recuperació possible de calor, com el Procés Udhe IG Farbenindustrie.
    • Més complexos, amb la màxima recuperació de calor, com el Procés Kestner.
  2. Processos amb neutralización a pressió atmosférica:
    • Procés ICI.
    • Procés Kaltenbach Nitrablock.
  3. Processos amb neutralización sota pressió:
    • Procés Fauser.
    • Procés Stamicarbon.
    • Procés Kaltenbach d'alta concentració.
    • Procés SBA.
    • Procés UCB.
    • Procés Stengel.

[editar] Tipus de neutralizaciones

[editar] Neutralización a pressió inferior a l'atmosférica (a buit)

En aquest tipus de neutralizadores, quan l'amoniaco i l'àcid nítrico reaccionen, la calor de reacció comença a augmentar incrementant la temperatura de la barreja cap al seu punt d'ebullición, on començarà l'evaporación i la temperatura seguirà el seu increment fins al punt on l'aigua present, s'evapore consumint la calor de la reacció sobrant de l'escalfament de la barreja.

Per a treballar entorn d'aquest punt, tots els processos utilitzen sistemes de recirculación, on una part del nitrat amónico produït es refreda i és recirculado al neutralizador, provocant així un control més fi de la temperatura en el neutralizador. Dit refredament i la relació de recirculación definiran la temperatura en el neutralizador. Aquest tipus de neutralizadores manté la temperatura entorn de 100 i 120 °C, però es fa necessari utilitzar la calor de la reacció per a evaporar una part de l'aigua continguda en el producte, és a dir, s'obtenen concentracions baixes de productes. Aquest tipus de neutralizadores solen ser del tipus neutralizadores vacuum flash o a buit, podent-se dur a terme en una o diverses etapes, així es poden distingir:

  • Neutralización a buit en un sol pas: amoníaco, àcid nítrico i nitrat amónico recirculado s'alimenten a un neutralizador que treballa a pressió atmosférica, on es controla la bona distribució, barreja i control de pH. El producte format passa a un post-neutralizador o evaporador flash, on té lloc un control més exhaustiu del pH. Part de la calor de la reacció continguda en la solució recirculada s'usa per a l'evaporación parcial de l'aigua continguda en el nitrat amónico produït, refredant-se al seu torn el corrent recirculada. La concentració del corrent resultant dependrà de la concentració de l'àcid i l'escalfament de les matèries primeres.
  • Neutralización a buit multipaso: similar a l'anterior, excepte per que es disposen diversos evaporadores flash en sèrie, assolint obtenir solucions de concentració entorn del 98% w de nitrat amónico.

[editar] Avantatges i inconvenients de la neutralización a buit
  • Es presenten menors problemes de corrosión dels materials, amb la conseqüent reducció de pèrdues de material i una major seguretat. En contraposició són equips voluminosos i per tant, cars.
  • L'aprofitament de la calor de reacció és molt baix, bàsicament s'utilitza en el precalentamiento de l'àcid nítrico, pel que l'eficiència energètica serà petita.
  • Millorar la recuperació de calor sola és possible mitjançant equips més sofisticats, com neutralizadores multipaso, encara que existiran majors problemes de corrosión ja que la temperatura s'augmentarà entorn dels 160 o 170 °C.
  • Els sistemes de depuració del vapor desprès del neutralizador (que sempre sol anar contaminat amb amoniaco i amb fines partícules de nitrat amónico) són també molt voluminosos i, per tant, cars.

[editar] Neutralización a pressió atmosférica

Aquests equips són més simples que els anteriors, treballen a majors temperatures (entorn dels 150 i 200 °C) produiran un corrent de vapor que contindrà la major part de l'aigua introduït per l'àcid nítrico, que s'utilitzarà per al precalentamiento de les matèries primeres.

Amb concentracions d'àcid nítrico entorn del 60% w es poden assolir concentracions entorn del 98% w de nitrat amónico, encara que se sol utilitzar un petit evaporador posteriorment al neutralizador. Per a assolir un millor control de pH s'usen dos neutralizadores en sèrie, sent el segon més petit que el primer, per a assolir un ajust més fi.

[editar] Avantatges i inconvenients de la neutralización a pressió atmosférica
  • Es treballa a temperatura moderada, pel que els materials poden ser menys exigents i existeix menor risc de descomposición del nitrat amónico que a sobrepresión.
  • Els sistemes de depuració del vapor desprès del neutralizador (que sempre sol anar acompanyat amb amoniaco i fines partícules de nitrat amónico) són també molt voluminosos i, per tant cars, per la mateixa raó seran necessaris intercambiadores de calor d'acer inoxidable.
  • La baixa temperatura del vapor restringeix el seu ús en altres aplicacions, pel que s'utilitza la calor únicament per a l'escalfament de les matèries primeres, pel que el rendiment energètic és molt baix, necessitant un aporti de calor externa, per a aconseguir les concentracions finals de treball.

[editar] Neutralización a sobrepresión

Es poden distingir dos tipus de processos a sobrepresión:

  • Neutralizadores a pressió mitja (fins a 4 atm absolutes), aquests processos són els més usats en la indústria, ja que la seva temperatura de reacció no és tan alta que comporti perill, i permeten l'aprofitament del vapor de reacció per a la concentració, almenys parcial, del licor de nitrat. Alguns d'aquests reactores van proveïts de recirculación externa de la massa reaccionante, amb la finalitat d'augmentar l'homogeneidad de l'àcid nítrico en la massa, de manera que la seva reacció amb l'amoniaco es produeixi uniformemente i en el seno d'un volum important de licor que actuï de tampón. Altres reactores van proveïts d'un intercambiador-caldera que es col·loca en el seno de la massa reaccionante, i que en el seu interior va alimentat per aigua que s'evapora, produint vapor net a canvi d'una menor concentració del licor resultant.
  • Neutralizadores a alta pressió (superior a 4 atm absolutes),

Se solen dur a terme entre 4 i 6 atm, depenent del procés industrial. La pressió serveix per a augmentar la temperatura en el mateix al voltant dels 200 °C. Dintre d'aquest grup es poden mostrar els processos Fauser i Stengel.

[editar] Avantatges i inconvenients de la neutralización a sobrepresión
  • L'ús de neutralizadores a alta pressió, com els dos anteriors, té avantatges quant a costos d'inversió, però presenta problemes quant al control del procés de neutralización i perills d'explosió a l'operar a temperatures tan altes.
  • El principal avantatge que presenten serà la possible utilització dels vapors del neutralizador (de 4 a 5 atm), tant per al precalentamiento de les matèries primeres, com en l'evaporador, pel que existirà una major eficiència energètica.
  • El principal problema és que una major pressió i temperatura provocaran una major corrosión i majors pèrdues tant de nitrogen, com de nitrat amónico, pel que el cost de materials serà superior.

[editar] Evaporación

Els distints procediments difereixen el contingut en aigua dels reactius (per tant de la concentració de nitrat amónico que surti de la secció de neutralización), de la quantitat d'aigua requerida en els següents processos de solidificación del producte final i del control de les temperatures.

En els mètodes utilitzats fins a 1945, la solució neutralitzada de nitrat d'amonio sofria una evaporación fins a una concentració elevada, seguida d'un refredament consecutiu i la formació del producte. Altres mètodes realitzaven l'evaporación fins a una menor concentració i completaven la mateixa mitjançant cristalización o evaporación contínua en aparells dissenyats a tal efecte, dita evaporación també es feia mitjançant evaporadores de pel·lícula (wiped film) que tenien l'avantatge de contenir pesos molt baixos de matèria en tractament.

Després de 1965, eficaços evaporadores que operen al buit s'han utilitzat en noves fàbriques, aquestes modernes unitats tenen una major eficiència tèrmica i poden controlar-se amb precisió. La part de la unitat on la concentració és major al 99% w de nitrat amónico, és dissenyada per a retenir únicament petites quantitats de solució concentrada per qüestions de seguretat. Aquestes precaucions són necessàries parra evitar la contaminació de la solució per matèries orgàniques i la seva possible explosió.

Les solucions de nitrat amónico poden variar entre el 78 i 98% w, i els processos de solidificación poden treballar amb melazas des del 5% w d'aigua (en els granuladores de tambor) fins a de 0,3 a 0,5% w d'aigua (en torres prilling), per això que en la indústria existeixin centenars d'evaporadores, cadascun ajustat el més possible a les necessitats imposades pel producte requerit.

[editar] Maneig i emmagatzematge

  • Maneig: proporcionar una ventilació adient. Utilitzar protecció d'ulls i mans.
  • Emmagatzematge: situar els tancs lluny d'emmagatzematges de substàncies combustibles. Protegir els tancs de la corrosión i danys físics. Comprovar el pH de la solució diàriament. Si el pH de la solució al 10% està per sota 4,5 afegir amoníaco gas fins que s'aconsegueixi aquest pH. El material apropiat per als recipients és l'acer inoxidable austenítico. No permetre fumar. Utilitzar llums protegits en les àrees d'emmagatzematge.

[editar] Mesures de seguretat

  • Límits d'exposició recomanats: no hi ha límits oficials especificats. (1995-96)
  • Mesures de precaució i equips mecànics: evitar l'exposició als vapors i proveir al local de ventilació necessària. Instal·lar equips renta-ulls i dutxes de seguretat en qualsevol lloc en on es pugui produir contacte amb els ulls i la pell.
  • Protecció personal: en casos d'emergències, usar equips de respiració apropiats. Usar guants resistents a la calor i roba de protecció. Usar ulleres de seguretat química o pantalla facial.

[editar] Informació sobre el transport

  • Classificació ONU: Classe 5, divisió 5.1 —Comburente— Nº ONU: 2426.
  • RD. 1254/1999: Control dels riscos inherents als accidents greus.
  • RD. 145/1989 Reglament Nacional d'Admissió, Manipulació i Emmagatzematge de Matèries Perilloses en els ports.

[editar] Referències

  1. Directiva 96/91/ CE del Consell de 24 de setembre de 1996 relativa a la prevenció i control integrats de la contaminació, IPPC i Decisió de la Comissió, de 17 de juliol de 2000, relativa a la realització d'un inventario europeu d'emissions contaminants conformement a l'article 15 de la Directiva 96/61/CE del Consell.
  2. Llei 16/2002 d'1 de juliol, de prevenció i control integrats de la contaminació i Real Decreto-Llei 5/2004, de 27 d'agost, pel qual es regula el règim del comerç de dret d'emissió de gasos d'efecte hivernacle.

[editar] Vegi's també

[editar] Enllaços externs