探究添加劑對(duì)硝酸銨熱穩(wěn)定性及爆炸性的影響

王北鋒 劉展利 張婭（前進(jìn)民爆股份有限公司 郵編 471600）

探究添加劑對(duì)硝酸銨熱穩(wěn)定性及爆炸性的影響

王北鋒 劉展利 張婭（前進(jìn)民爆股份有限公司 郵編 471600）

硝酸銨是高效、優(yōu)良的氮肥，通過在農(nóng)作物中添加硝酸銨能夠提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，使農(nóng)民增收。農(nóng)用硝酸銨具有一個(gè)特性就是制作炸藥，所以對(duì)于當(dāng)前硝酸銨生產(chǎn)廠商來說，改變硝酸銨可能發(fā)生爆炸的特性，并且確保硝酸銨的爆炸性不會(huì)還原成為其了亟待解的問題。本文主要分析了添加劑對(duì)硝酸銨熱穩(wěn)定性及爆炸性的影響

添加劑；硝酸銨；熱穩(wěn)定性；爆炸性；影響

一、添加劑對(duì)硝酸銨熱穩(wěn)定性的影響

1.鹵化物的影響

從一些研究中我們可以發(fā)現(xiàn)，氯化物的加入造成了硝酸銨熱穩(wěn)定性的降低。氯離子與酸結(jié)合才會(huì)起到催化硝酸銨分解的作用，但有一個(gè)問題就是硝酸銨本身通過分解也可能產(chǎn)生酸。通常氯化物存在時(shí)會(huì)產(chǎn)生酸，而硝酸銨經(jīng)過分解產(chǎn)生的是氮?dú)舛且谎趸?，氯離子對(duì)硝酸銨熱穩(wěn)定性的影響研究還未在機(jī)理上達(dá)成一致。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，硝酸銨熱穩(wěn)定性受到鹵化物的影響與氯化物本身的酸性有關(guān)，HBr、Hcl、HI的 pKa 值分別是 -9.5、-7.0、-10.0，HF的pKa值則是3.2，從中我們可以看出不同氯化物對(duì)硝酸銨的熱穩(wěn)定性產(chǎn)生不同程度的影響。但是我們可以得到這樣的結(jié)論即在鹵化物里，除了氟化物以外的其它物質(zhì)都對(duì)硝酸銨的熱穩(wěn)定性產(chǎn)生了影響，降低了它的熱穩(wěn)定性，尤其氯化物影響最大，使其熱穩(wěn)定性降了約70度。

2.含氧酸及其鹽的影響

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把磷酸、硫酸以及硝酸加入到硝酸銨中，加入量的增加則感應(yīng)期縮短，硝酸銨熱穩(wěn)定性也隨之下降。經(jīng)反復(fù)加量測(cè)試，可以得出這樣的結(jié)論即在硝酸銨中加入磷酸、硫酸以及硝酸則會(huì)降低它的熱穩(wěn)定性，加入量增加則熱穩(wěn)定性隨之降低。含氧酸鹽能夠影響到硝酸銨的熱穩(wěn)定性，多數(shù)含氧酸鹽都能使硝酸銨的熱穩(wěn)定性得到提高，尤其以碳酸鹽影響最大，而硝酸鹽則幾乎不會(huì)影響，硫酸氫鹽有部分會(huì)使其穩(wěn)定性降低，除此之外，一些加入量也會(huì)影響到它的穩(wěn)定性。這些現(xiàn)象與添加劑酸性影響硝酸銨熱穩(wěn)定性的規(guī)律相符。

3.有機(jī)氮雜環(huán)化合物的影響

據(jù)相關(guān)報(bào)道證實(shí)，胸腺嘧啶、尿嘧啶、尿素等有機(jī)化合物對(duì)硝酸銨熱穩(wěn)定性有明顯影響，通過加入一些化合物，其熱穩(wěn)定能夠顯著提高。其中感化效果最為明顯的就是氰尿酸與三聚氰胺。在化合物中，尿素是廉價(jià)且無毒害的物質(zhì)，因此在硝酸銨中常使用尿素作為它的穩(wěn)定劑。

4.可燃物的影響

硝酸銨能夠作為自身發(fā)生反應(yīng)的還原劑、氧化劑，盡管如此，硝酸銨用于炸藥用途時(shí)，還必須添加一些其它的可燃物在炸藥中。從硝酸銨炸藥發(fā)展過程來看，開始添加的是炭黑，后來添加了液體碳?xì)浠衔?，此物質(zhì)被廣泛使用。其中碳?xì)浠衔锶缡团c柴油也會(huì)對(duì)硝酸銨的熱穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

（1）石油的影響

在硝酸銨中添加石油，二者會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，生成水、二氧化碳以及氮?dú)?，可見二者發(fā)生反應(yīng)實(shí)質(zhì)上就是硝酸銨與石油中的“CH”基團(tuán)發(fā)生了氧化反應(yīng)。當(dāng)石油添加量增多時(shí)，放熱曲線在DSC曲線上明顯增大，釋放的熱量也隨之增加，但有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石油添加至一定比例時(shí)（有研究提出比例為32%），體系釋放熱就會(huì)下降。

（2）柴油的影響

在硝酸銨中加入柴油與加入石油的反應(yīng)相同，都會(huì)增加硝酸銨的熱穩(wěn)定性，柴油與石油對(duì)硝酸銨熱穩(wěn)定性的影響不同在于，當(dāng)在硝酸銨中加入柴油時(shí)，隨著添加量的增加，其釋放出的熱量在不斷增加，熱穩(wěn)定性隨之降低。

對(duì)于石油與柴油這兩種可燃物來說，作為添加劑對(duì)硝酸銨熱穩(wěn)定性產(chǎn)生不同的影響?？筛鶕?jù)需要進(jìn)行添加。

（3）蔗糖的影響

蔗糖分子組成比較固定，總放熱量與硝酸銨和蔗糖發(fā)生反應(yīng)時(shí)釋放的熱量相近，由此我們也可以看出，蔗糖發(fā)生的氧化反應(yīng)較為完全。當(dāng)在硝酸銨中添加蔗糖時(shí)，分解的溫度低于加入其他物質(zhì)分解的溫度，隨著添加蔗糖量的增加，其釋放出的熱量也會(huì)隨之增加，且熱量增加的幅度超過了柴油與石油，據(jù)相關(guān)報(bào)道稱，當(dāng)在硝酸銨中添加的蔗糖量從5%逐漸增加到20%時(shí)，釋放出的熱量對(duì)于總的熱量來說從51%增加到53%。由此可見，添加蔗糖會(huì)總成硝酸銨熱量的不穩(wěn)定性。

二、硝酸銨與硝酸銨混合物二者的熱分解

在320℃與260℃時(shí)，硝酸銨與硝酸銨混合物分解的氣體主要就是二氧化氮，且在320℃比260℃分解產(chǎn)生的氣體要多一些。經(jīng)研究表明，硝酸銨與硝酸銨混合物二者的熱分解過程產(chǎn)生的氣體中，以二氧化氮為主，而且是最先產(chǎn)生的，然后就是氮?dú)?，?dāng)混合物分解達(dá)到30%時(shí)，二氧化氮與氮?dú)獾臄?shù)值將達(dá)到最終值的三倍到四倍，出現(xiàn)這種情況的原因很可能是在混合物分解后期氮?dú)馐怯捎诤砑游锿ㄟ^分解而產(chǎn)生的。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)，溫度不同，產(chǎn)生氮?dú)獾牧恳膊煌?，低溫產(chǎn)生的氮?dú)饬恳哂诟邷貢r(shí)產(chǎn)生的氮?dú)饬俊?/p>

添入碳?xì)浠衔飼r(shí)，為氮?dú)獾漠a(chǎn)生提供了有力條件。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，添加物穩(wěn)定時(shí)，二氧化碳的產(chǎn)率高，二氧化氮、氮?dú)庵档?，隨著添加物穩(wěn)定程度的提高，二氧化碳的產(chǎn)率就會(huì)越高，而二氧化氮、氮?dú)獾闹祫t越低。有機(jī)物與碳酸鹽是穩(wěn)定的添加物，尤其是碳酸鹽中的碳酸鈣最為穩(wěn)定，產(chǎn)生的二氧化氮、氮?dú)獾闹狄彩亲畹偷摹?/p>

結(jié)束語

由于硝酸銨可以制作炸藥，具有爆炸的特性，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在硝酸銨中添加適量的添加劑能夠?qū)ζ錈岱€(wěn)定性與爆炸性產(chǎn)生影響，研究添加劑對(duì)硝酸銨熱穩(wěn)定性及爆炸性的影響對(duì)硝酸銨進(jìn)行改良，降低其爆炸性，提高其使用時(shí)的安全性具有重要意義。對(duì)硝酸銨進(jìn)行改良是一個(gè)長期而又復(fù)雜的工作。

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