浅析硝酸铵生产中的安全防范

张居明

摘 要：通过对硝酸铵性质、生产工艺及安全影响因素的分析，总结出相应的处理办法，以避免在生产中发生爆炸等安全事故。

关键词：硝酸铵PH值控制;Cl-控制;安全分析及对策

硝铵的化学分子式为NH4NO3，氮的总含量为35%，硝酸铵为无色正交结晶或白色细小颗粒状结晶，比重1.725（25℃），熔点169.6℃，沸点210℃。硝铵易溶于水，溶液的沸点随浓度的增加而升高，加热可分解为氧化亚氮和水，在400℃能引起爆炸，易吸湿结块，易溶于水、醇、丙酮和氨中，不溶于乙醚。干燥的硝酸铵在灵敏的起爆剂作用下会发生爆炸。在此探讨一下硝酸铵溶液爆炸的条件和机理以及预防事故发生的措施。

1 硝酸铵的性质

化学性质：硝酸铵具有爆炸危险性和起火危险性。硝酸铵的爆炸主要由下列原因引起：（1）纯硝酸铵的热分解;（2）猛烈敲击;（3）有机物质存在时的热分解;（4）某些无机杂质和金属粉末的影响。

1.1 硝酸铵的受热分解

温度不同，硝酸铵受热分解产物也不同。

110℃时的反应：NH4NO3 → NH3+HNO3

185至200℃时：NH4NO3 → N2O+2H2O

大于230℃，时：2NH4NO3 → 2N2+ O2+ 4H2O

当高于400℃时，发生剧烈分解并爆炸：4NH4NO3→ 3N2+ 2NO2+ 8H2O

常溫下纯硝酸铵是稳定的，对打击、碰撞及摩擦都不敏感。但在高温、高压和还原剂存在的条件下会发生爆炸，硝酸铵在含水3%以上时无法爆轰，但仍会在一定温度下分解，在生产、贮运和使用中必须严格遵守安全规定。

1.2 硝酸铵生产安全

镉、铜、锌、镍、铅、锑等金属粉末不能落入硝酸铵及其溶液中，以防止转化成更加不稳定的亚硝酸铵，引起燃烧爆炸的危险。当掺入有机杂质时也会增加爆炸起火的危险性。所以在硝酸铵制造过程中，除注意它本身的危险性外，尚应严防混入杂质。

干燥的硝酸铵在引爆药（如叠氮铅）引爆时，会发生强烈爆炸。含水超过3%时，比较安全。一般家用硝酸铵氮肥中加入了石灰（CaCO3）或白云石（CaCO3·MgCO3），以防结块，这样也就相应地提高了它的安全性。

专门仓库单独贮存。除严禁接触有机物及镉等金属外，且不得与亚硝酸钠等接触，以免起火或爆炸。同时硝酸铵遇酸会分解，引起燃烧爆炸，因此不得与盐酸、硝酸、硫酸等酸类混放或一起贮运。

有的硝酸铵结晶表面上敷了一层凡士林、焦油、石蜡等有机物。必须控制它们的总量不得大于0.5%，绝对不得大于1%，否则不许入库。

硝酸铵吸湿结块后，严禁用铁质工具猛烈敲击，否则即将引起爆炸。

硝酸铵着火时可用水扑救，不能用蒸汽灭火，防止硝酸铵遇热加速分解，增加危险性。

2 硝酸铵生产工艺

硝铵的生产中有中和法及转化法两种。中和法是采用气氨与硝酸进行中和反应来制取硝铵，是工业上生产硝铵的重要方法。转化法是先用稀硝酸分解磷矿制取磷酸和硝酸钙的水溶液，然后冷却析出硝酸钙晶体，经过滤得到硝酸钙，再用碳酸铵溶液与其反应，得到碳酸钙和硝酸铵，过滤掉碳酸钙沉淀，即得到硝铵溶液。转化法实际是在生产其它产品（如磷酸、磷酸盐）时的副产物，投资一般较大，工业上若主要生产硝铵时，都是采用气氨与硝酸的中和法来生产。

3 硝酸铵生产过程危险性分析及对策

硝酸铵是一种具有爆炸性的物质， 硝铵对于震动、冲击或磨擦不敏感，也没有自燃的性质，但硝铵在有机物、无机物和金属粉末的存在下易引起火灾，或综合其他一系列因素，硝酸铵也有发生爆炸的可能。例如：当加热容器时，如不及时导出热分解产物，硝酸铵有可能发生爆炸。硝酸铵也会因相邻装置或设备爆炸所产生的冲击而引爆。下面分析中和法工艺中两个典型情况：

（1）在生产条件下，硝酸铵的分解随温度的上升而增大。工业生产中在1个大气压下，90%溶液沸点为150℃， 95%时沸点为175℃，96.89%时沸点升高到196℃，而高浓度硝铵液在高温（185度以上）即开始分解，放出热量，并可能引发爆炸，因此要及时移除其热量，当185度以上是硝铵反应方程式为：

NH4NO3+ 2NO→N2+HNO3+H2O

其次，在生产中还应考虑高温熔体在设备内的停留时间。正常生产条件下，185℃的熔体在设备内停留时间不应超过1分钟。

（2）在生产过程中生成的亚硝酸铵与硝铵盐积聚在洗涤器和管道中，也是非常危险的，可能会发生爆炸。在中和法工艺生产硝铵的过程中，中和设备上部的洗涤部分是亚硝酸铵与硝铵最容易积聚的地方。只要亚硝酸铵与硝铵混合物在设备上部发生爆炸时，则可能会引起整个设备反应区爆炸，还可能波及其他工段的设备。为避免亚硝酸铵生成、积聚在中和器设备上部或者管道中从而引发可能的爆炸，应严格执行硝酸及氨的中和工艺操作规程。中和设备设置冷凝液喷淋装置洗涤部分。另外，还应有能自动调节硝酸预热器和其他热交换设备中二次蒸汽冷凝温度的技术。现代大型硝酸铵生产工厂的中和反应过程为确保中和器不出现任何死角，其设计的全自动化系统已经能够使中和设备中不会生成和积聚易爆的亚硝酸铵物质。因此，工厂需要对这些控制系统和自动化设施的定期进行检查，如果发现异常情况，需要制定相应的应急措施。

4 结论

因此，要预防硝酸铵生产或检修过程中发生爆炸事故，那么在硝铵生产过程中，必须要严格控制原料氨及硝酸的质量指标，防止油类、有机物、酸类介质、金属等进入硝酸铵生产系统。主要控制以下3点：

（1）硝铵溶液温度监测控制。在硝铵溶液贮槽内三个不同平面，按120℃各安装3只热电偶，实时监测硝酸铵溶液温度变化。硝铵槽内设置3组低压蒸汽保温盘管，当溶液温度低于设定的下限温度时，自动向保温盘管内加入低压蒸汽，确保硝铵溶液不结晶。当硝铵溶液温度达到正常温度后，自动关闭低压蒸汽。当硝铵溶液温度超过设定的温度上限时，应进行报警，并自动采取向贮槽内加入大量脱盐水或硝铵装置中的硝铵含量较低的工艺冷凝液等方法，确保硝铵溶液充装安全。

（2）硝铵溶液PH值控制。硝酸铵溶液PH值宜控制在6～7之间，采取加入气氨方式进行了调节。

（3）硝铵溶液Cl-控制。严格控制脱盐水中氯离子含量指标，严禁外界将不明物料送入硝铵装置界区。若确需送入，必须对物料中氯离子等硝铵禁忌物进行分析，其含量必须符合要求后才允许送入。通过加强生产管理等方式，确保硝铵溶液中的Cl-含量小于3ppm。