探究添加劑對硝酸銨熱穩定性及爆炸性的影響

王北鋒 劉展利 張婭（前進民爆股份有限公司 郵編 471600）

探究添加劑對硝酸銨熱穩定性及爆炸性的影響

王北鋒 劉展利 張婭（前進民爆股份有限公司 郵編 471600）

硝酸銨是高效、優良的氮肥，通過在農作物中添加硝酸銨能夠提高農作物的產量，使農民增收。農用硝酸銨具有一個特性就是制作炸藥，所以對于當前硝酸銨生產廠商來說，改變硝酸銨可能發生爆炸的特性，并且確保硝酸銨的爆炸性不會還原成為其了亟待解的問題。本文主要分析了添加劑對硝酸銨熱穩定性及爆炸性的影響

添加劑；硝酸銨；熱穩定性；爆炸性；影響

一、添加劑對硝酸銨熱穩定性的影響

1.鹵化物的影響

從一些研究中我們可以發現，氯化物的加入造成了硝酸銨熱穩定性的降低。氯離子與酸結合才會起到催化硝酸銨分解的作用，但有一個問題就是硝酸銨本身通過分解也可能產生酸。通常氯化物存在時會產生酸，而硝酸銨經過分解產生的是氮氣而非一氧化二氮，氯離子對硝酸銨熱穩定性的影響研究還未在機理上達成一致。經研究發現，硝酸銨熱穩定性受到鹵化物的影響與氯化物本身的酸性有關，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硝酸銨的熱穩定性產生不同程度的影響。但是我們可以得到這樣的結論即在鹵化物里，除了氟化物以外的其它物質都對硝酸銨的熱穩定性產生了影響，降低了它的熱穩定性，尤其氯化物影響最大，使其熱穩定性降了約70度。

2.含氧酸及其鹽的影響

經實驗研究發現，當把磷酸、硫酸以及硝酸加入到硝酸銨中，加入量的增加則感應期縮短，硝酸銨熱穩定性也隨之下降。經反復加量測試，可以得出這樣的結論即在硝酸銨中加入磷酸、硫酸以及硝酸則會降低它的熱穩定性，加入量增加則熱穩定性隨之降低。含氧酸鹽能夠影響到硝酸銨的熱穩定性，多數含氧酸鹽都能使硝酸銨的熱穩定性得到提高，尤其以碳酸鹽影響最大，而硝酸鹽則幾乎不會影響，硫酸氫鹽有部分會使其穩定性降低，除此之外，一些加入量也會影響到它的穩定性。這些現象與添加劑酸性影響硝酸銨熱穩定性的規律相符。

3.有機氮雜環化合物的影響

據相關報道證實，胸腺嘧啶、尿嘧啶、尿素等有機化合物對硝酸銨熱穩定性有明顯影響，通過加入一些化合物，其熱穩定能夠顯著提高。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，尿素是廉價且無毒害的物質，因此在硝酸銨中常使用尿素作為它的穩定劑。

4.可燃物的影響

硝酸銨能夠作為自身發生反應的還原劑、氧化劑，盡管如此，硝酸銨用于炸藥用途時，還必須添加一些其它的可燃物在炸藥中。從硝酸銨炸藥發展過程來看，開始添加的是炭黑，后來添加了液體碳氫化合物，此物質被廣泛使用。其中碳氫化合物如石油與柴油也會對硝酸銨的熱穩定性產生影響。

（1）石油的影響

在硝酸銨中添加石油，二者會發生氧化反應，生成水、二氧化碳以及氮氣，可見二者發生反應實質上就是硝酸銨與石油中的“CH”基團發生了氧化反應。當石油添加量增多時，放熱曲線在DSC曲線上明顯增大，釋放的熱量也隨之增加，但有研究發現，當石油添加至一定比例時（有研究提出比例為32%），體系釋放熱就會下降。

（2）柴油的影響

在硝酸銨中加入柴油與加入石油的反應相同，都會增加硝酸銨的熱穩定性，柴油與石油對硝酸銨熱穩定性的影響不同在于，當在硝酸銨中加入柴油時，隨著添加量的增加，其釋放出的熱量在不斷增加，熱穩定性隨之降低。

對于石油與柴油這兩種可燃物來說，作為添加劑對硝酸銨熱穩定性產生不同的影響。可根據需要進行添加。

（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生反應時釋放的熱量相近，由此我們也可以看出，蔗糖發生的氧化反應較為完全。當在硝酸銨中添加蔗糖時，分解的溫度低于加入其他物質分解的溫度，隨著添加蔗糖量的增加，其釋放出的熱量也會隨之增加，且熱量增加的幅度超過了柴油與石油，據相關報道稱，當在硝酸銨中添加的蔗糖量從5%逐漸增加到20%時，釋放出的熱量對于總的熱量來說從51%增加到53%。由此可見，添加蔗糖會總成硝酸銨熱量的不穩定性。

二、硝酸銨與硝酸銨混合物二者的熱分解

在320℃與260℃時，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℃分解產生的氣體要多一些。經研究表明，硝酸銨與硝酸銨混合物二者的熱分解過程產生的氣體中，以二氧化氮為主，而且是最先產生的，然后就是氮氣，當混合物分解達到30%時，二氧化氮與氮氣的數值將達到最終值的三倍到四倍，出現這種情況的原因很可能是在混合物分解后期氮氣是由于含氮添加物通過分解而產生的。同時有研究發現，溫度不同，產生氮氣的量也不同，低溫產生的氮氣量要高于高溫時產生的氮氣量。

添入碳氫化合物時，為氮氣的產生提供了有力條件。經研究發現，添加物穩定時，二氧化碳的產率高，二氧化氮、氮氣值低，隨著添加物穩定程度的提高，二氧化碳的產率就會越高，而二氧化氮、氮氣的值則越低。有機物與碳酸鹽是穩定的添加物，尤其是碳酸鹽中的碳酸鈣最為穩定，產生的二氧化氮、氮氣的值也是最低的。

結束語

由于硝酸銨可以制作炸藥，具有爆炸的特性，經研究發現，在硝酸銨中添加適量的添加劑能夠對其熱穩定性與爆炸性產生影響，研究添加劑對硝酸銨熱穩定性及爆炸性的影響對硝酸銨進行改良，降低其爆炸性，提高其使用時的安全性具有重要意義。對硝酸銨進行改良是一個長期而又復雜的工作。

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[2]戴志謙，周國成，李天文，劉鴻生.添加劑對硝酸銨熱穩定性及爆炸性的影響[J].上海化工，2008（03）.

[3]李藝，惠君明.幾種添加劑對硝酸銨熱穩定性的影響[J].火炸藥學報，2005（02）.