油脂对硝酸铵溶液的热分解研究

2015-12-31赵飞，曹雄，程威

山西化工 2015年1期

赵飞，曹雄，程威

（中北大学化工与环境学院，山西太原 030051）

引言

硝酸铵在常温下相对稳定，对打击、摩擦不敏感，但在高温、高压和有可被氧化的物质存在下会发生爆炸。由硝酸和氨反应生成的盐，是一种重要的氮肥，用于气温较低地区的旱田作物上，比硫酸铵和尿素等铵态氮肥的肥效快、效果好，在我国以及欧美等地的北方大面积使用［1］。硝酸铵与燃料油结合在一起可制成炸药［2］，应用于军事和采矿等领域。国内外已经开展了有关硝酸铵固体以及一些杂质对硝酸铵溶液的影响研究［3-5］。

硝酸铵一般以溶液的形式存在，生产中不可避免地会混入一些杂质，或者受到周围环境的影响，如高频震荡等。本文主要研究了溶液中存在油脂的情况下对硝酸铵溶液临界爆炸温度的影响。

1 实验部分

1.1 实验药品

纯度为99.5%的硝酸铵；hl46＃液压油。分别配制质量分数为75%、82%、84%、86%、88%、90%的硝酸铵溶液。

1.2 实验装置及原理

本文运用改进的温度控制加热装置对硝酸铵溶液进行热分析实验。测试装置见图1。其主要原理是，将提前配好的药品放入特定的锰钢容器中，密封完好后，放入定温加热装置中。按照预先设定的5℃/min或3℃/min的速率匀速升温，实验多次取平均值。根据温度-时间变化曲线图，分析判断油脂对硝酸铵溶液影响情况。本文通过改变油脂的浓度、硝酸铵的浓度和升温速率绘制临界爆炸温度的关系图。

图1 临界爆炸温度测试装置示意图

2 结果与讨论

2.1 温度-时间曲线

配制总质量为4g的硝酸铵溶液，获得的部分临界爆炸测试温度-时间曲线见第12页图2、图3。

图2 84%硝铵溶油脂10 mg/kg时的温度-时间曲线图

图3 90%硝铵溶油脂11 mg/kg时的温度-时间曲线图

2.2 综合温度-时间曲线

升温速率为5℃/min，油脂含量对硝酸铵溶液爆炸温度影响实验的数据如表1；升温速率为3℃/min，油脂含量对硝酸铵溶液爆炸温度影响实验的数据如表2。根据表1绘制不同浓度硝铵溶液临界爆炸温度随油脂含量改变的变化曲线，如图4。

表1 油脂质量分数对硝铵溶液爆炸温度影响实验数据表（平均值） ℃

表2 油脂含量对硝铵溶液爆炸温度影响实验数据表（平均值） ℃

图4 不同浓度硝铵溶液临界爆炸温度随油脂含量改变的变化曲线（平均值）

硝酸铵在剧烈加热条件下的分解温度为300℃以上，相对比较稳定。结合图4可得，硝酸铵溶液热分解的温度明显降低。所以，油脂能明显加快硝酸铵溶液的分解。随着油脂含量的改变，硝铵溶液的临界爆炸温度在220℃～240℃波动。随着油脂含量的改变，临界爆炸温度呈现先减小、后增大、再减小的趋势。硝铵溶液质量分数为84%和86%时，随着油脂质量分数的增加，临界爆炸温度呈现先减小、后增大、再减小的趋势。油脂质量分数为9mg/kg时，爆炸温度为最小值；油脂质量分数为11mg/kg时，爆炸温度达到峰值。硝酸铵质量分数为75%、82%、88%、90%时，随着油脂质量分数的增加，临界爆炸温度呈先增大后减小、再增加再减小的趋势。油脂质量分数为9mg/kg和11mg/kg时，临界爆炸温度为最大值；质量分数为10mg/kg时，临界爆炸温度达到最小值。硝铵溶液即将达到爆炸温度时，罐内升温速率明显加快；爆炸瞬间，温度急剧升高，升温速率约为14℃/min；大约在30s后，温度开始缓慢下降。