NITRATO DE AMONIO El nitrato de amonio (NH 4NO3) en estado puro es una sal cristalina de color blanco, también a determinadas condiciones de presión y temperatura, puede encont encontra rase se como como soluc solución ión acuos acuosa a concen concentra trada. da. Y se obtie obtiene ne me media diante nte la neutralización cido base entre amoniaco (!aseoso) y cido n"trico (l"#uido) se!$n la si!uiente reacción% HN O3 (l )+ N H 3 ( g ) → N H 4 N O3 ( ac ) ∆ H =26
[
kcal g− mol
]
&u prod producc ucción ión indust industria riall era princi principal palme mente nte para para su uso como como e'plos e'plosio ios. s. esde el a*o+4- se a usado como /ertilizante. 0a solución resultante puede almacenarse como solución, y enderse como tal o usarse en procesos posteriores. El nitrato de amonio puede presentarse en estado estado sól sólido ido me media diante nte un proce proceso so de prill prillin! in! o !ranul !ranulac ación ión,, o puede puede ser mezc me zcla lado do con con un relle elleno no sóli sólido do,, com$ com$nm nmen ente te es util utiliz izad ado o como como relle elleno no carbonato de calcio., producto conocido como nitrato de amonio calcio (12N). Propiedades generales GENERAL Nombre
Nitrato de amonio
2pariencia
sólido blanco
FÍSICAS eso molecular
-,- uma
unto de /usión
445 6 (+7 (+7 81 81))
unto de ebullición
se descompone a 43 6 (5+ (5+- 81 81))
ensidad
+,9 :+-;
&olubilidad
5- ! en +--! de a!ua
>E?@OABC@D12& >E?@OABC@D12& / H-l"#uido
F3G,7 <=mol
/ H-sólido
F377 <=mol
&-sólido
+G+ =molI6
RIESGOS Dn!estión
eli!roso en !randes cantidades.
Dnalación
@uy peli!roso F puede ser /atal.
iel
uede causar irritación.
OJos
uede causar irritación.
OBTENCION
Proceso de Producción para Obtención de Nitrato de Amonio (Se aprecia también la Solidifcación en Torre de Prill y Secado)
EL PROCESO DE PRODUCCIÓN OPERACIONES PRINCIPALES
COMPRENDE
LAS
SIGUIENTES
A! NEUTRALI"ACIÓN El nitrato de amonio se produce por directa neutralización del cido n"trico diluido (G- K 7-L en peso) y amon"aco anidro. 0a solución de nitrato de amonio resultante, cuya concentración depende del proceso de reacción empleado, es posteriormente concentrada sobre el GL en peso, con el propósito de producir un nitrato de amonio /undido para !ranularlo. >odos los procesos #ue se utilizan actualmente para preparar nitrato de amonio, a partir de amonio y cido n"trico, son similares. Ellos /undamentalmente se distin!uen por la /orma en #ue aproecan el calor de reacción (el a!ua contenida en el cido n"trico con el calor de reacción se calienta y aporiza, retirando el calor !enerado). ependiendo de la temperatura y presión a #ue se e/ect$a la reacción, el calor de reacción es capaz de eliminar entre 5 y 3 6! de a!ua por 6! de amon"aco #ue reacciona. 2l!unos desarrollos, an modiMcado el dise*o del reactor com$nmente usado, #ue es el tipo >an#ue de ?eacción, por un ?eactor >ubular, permitiendo un óptimo laado de los !ases #ue emer!en del reactor. El reactor necesita un control instrumental delicado, #ue no deJe apro'imar la solución a 5-- 1, #ue es el punto de ries!o por descomposición iolenta del Nitrato de 2monio. >ambién se an desarrollado procesos #ue utilizan el calor de reacción para concentrar la solución al m'imo. 2s" se puede obtener solución de asta GL en peso. ara obtener un buen nitrato de amonio, es necesario controlar el PuJo de reactios y mantener un pH apropiado de solución. 0os procesos en !eneral se catalo!an por la presión de operación, en% subatmos/éricos, atmos/éricos y de sobrepresión. 0os dos primeros se utilizaron en el pasado. 2ctualmente se preMere tener un apor de a!ua del reactor, con cierta presión para ser aproecado como elemento cale/actor.
Etapa de Neutralización y Concentración por Evaporación
B! E#APORACIÓN Esta operación elimina casi todo el a!ua de la solución de nitrato de amonio asta alcanzar un contenido en a!ua aceptable para el proceso empleado en la obtención del producto acabado (normalmente, por debaJo de un + por ciento en el caso de los productos perlados y asta un por ciento en ciertos procesos de !ranulación). Perlado: obtener orma de perlas casi redondas. Granulado: obtener un tamaño uniorme mediante u n clasifcador de tamaño.
C! SOLIDIFICACIÓN $PERLADO % GRANULACIÓN& 0a solidiMcación es el paso del nitrato de amonio en solución acuosa o en /orma de sal /undida a un producto en /orma de pe#ue*as es/eras o !rnulos.
0a solidiMcación del nitrato de amonio es e'otérmica y el calor desprendido depende de la temperatura de la solución y de salida del producto, debido a #ue pueden ocurrir cambios en la estructura cristalina. Este proceso se eriMca en la torre de perdi!onado y consiste en dispersar en la torre la solución concentrada mediante el uso de una tobera especial. 0as !otas #ue as" se /orman caen por !raedad asta el /ondo de la torre. En la torre, adems, se ace circular aire ambiente en sentido ascendente. @ediante esto se lo!ra #ue las !otas se en/r"en y solidiM#uen en su trayecto de ca"da, lle!ando al /ondo de la torre en /orma de perdi!ones. 0as torres de perdi!onado en las #ue se e/ect$a este proceso son de unos 4- metros de alto o de !ranuladores de bandeJa o tambores !iratorios. El tama*o adecuado del !rano, depende del uso y Puct$a entre + a 4 mm de dimetro. ara meJorar sus propiedades, se utilizan aditios durante la solidiMcación o después. D! SECADO' ENFRIADO % ACONDICIONAMIENTO DEL PRODUCTO •
•
•
ara su almacenamiento sin problemas, el nitrato de amonio en perdi!ones debe estar e'ento de umedad. or tal motio, el producto obtenido en el /ondo de la torre de perdi!onado es pasado a traés de un secador rotatorio. En este secador se retira prcticamente toda la umedad remanente en los perdi!ones, lo #ue se lo!ra mediante el contacto con aire caliente y seco. 0a !ranulometr"a del producto a las especiMcaciones del cliente se aJusta en /orma e'acta, se dispone de un clasiMcador con el cual se eliminan el sobretama*o y los Mnos. Estos son reciclados en el proceso mientras #ue el producto pasa a la etapa de en/riamiento. Hasta a#u" y por condiciones de proceso el producto es mantenido a una temperatura ms bien alta. reio a su ensacado es necesario en/riarlo asta lle!ar a una temperatura de apro'imadamente 3- !rados. Esto se lo!ra pasando el producto por un leco Puidizado, el #ue /unciona con aire acondicionado (seco). Qinalmente, el producto es ensacado en sacos o contenedores, apto para su despaco a las bode!as de los clientes.
REACCION (UIMICA 0a reacción e'otérmica de neutralización es la si!uiente% NH3
(g)
HNO3
! NH"NO3 3#$#%" cal & mol$
(l)
Bna parte el nitrato de amonio producido es trans/ormado a ó'ido nitroso, mediante a aplicación de calor.
NH"NO3 !%H%O
(v)
N%O
(g)
Esta reacción debe ser muy controlada, es e'otérmica y puede ser e'plosia si se aporta calor demasiado rpidamente o si se realiza en un contenedor ermético. Han ocurrido diersos accidentes en /bricas de compuestos nitro!enados y en embarcaciones #ue los transportaban, ocasionando eridos y muertos. Balances de masa
Se desea producir 50000 [ton/año] de nitrato de amonio. Ya sea granulado o como solución acuosa. Para realizar los balances se realizaron las siguientes suposiciones: •
La planta se encuentra en uncionamiento el !"# del año
•
Los e$uipos donde reacciona la materia prima son un todo
•
%on&ersión del "00# ' reactor operando en continuo
(alance de masa del reactor: N H 3( g) + HN O 3( l) → N H 4 N O 3( ac ) Balance de masa del ácido nítrico:
n¿ −nout − RV =0 Balance de masa del amoniaco
n¿ −nout − RV =0 Balance de masa del nitrato de amonio
nout = RV Balance de masa del agua
n¿ =nout ) continuación se detallan las corrientes m*s importantes obtenidas de los balances:
./)ol0a 1o2
A)onia* o
+*ido N,-ri*o Sol!
Ni-ra-o a)onio
5!+.,50
5!+,50
5!+,50
de
Ton0a1o 3g04
"5-,"
5,5-
50000
"!-0,
,"!-
1,+
Se re$uiere producir 5,5- [ton/año] de *cido n2trico al 10# en peso. 3l balance global del proceso es el siguiente:
Figura 1. Simplificación de proceso
Para realizar el balance se tomaron en cuenta las siguientes suposiciones ' apro4imaciones: •
La planta se encuentra en uncionamiento el !"# del año
•
endimiento global de reacción de !5#
•
Se consideran inertes todos los componentes menores
•
)limentación de amoniaco es de 011 6g/6g de *cido n2trico puro
•
)limentación de aire es 5"5 6g/6g de *cido n2trico puro
USO &us principales usos son% •
1omo /ertilizante puro.
•
1omo componente en una mezcla de /ertilizante.
•
1omo dro!a patrón en anlisis de laboratorio.
•
Es la materia prima principal en la /abricación de e'plosios tipo 2NQO, #ue es un a!ente de tronadura de baJo costo, especialmente
recomendado para miner"a subterrnea y tronaduras de superMcie de pe#ue*o dimetro. •
El nitrato amónico se utiliza sobre todo como /ertilizante es debido a su buen contenido en nitró!eno. El nitrato es aproecado directamente por las plantas mientras #ue el amonio es o'idado por los microor!anismos presentes en el suelo a nitrito o nitrato y sire de abono de ms lar!a duración. Bna parte de la producción se dedica a la producción del ó'ido nitroso (N5O) mediante la termólisis controlada% Esta reacción es e'otérmica y puede ser e'plosia si se llea a cabo en un contenedor cerrado o calentando demasiado rpido. 0as mezclas del nitrato amónico con petróleo se utilizan como e'plosios. Este compuesto también es responsable de la mayor parte de los accidentes !raes con los /ertilizantes. En la actualidad e'isten en Europa, se!$n EQ@2, en torno a +- métodos di/erentes para la producción industrial del nitrato amónico en sus di/erentes ri#uezas, no e'iste un $nico procedimiento #ue pueda ser considerado como el ms entaJoso respecto al resto, debido /undamentalmente a dos razones% 0as consideraciones comerciales inPuirn en la elección de un proceso u otro. &e puede obtener el mismo producto, con caracter"sticas similares mediante la utilización de métodos distintos. or ello se incidir en primer lu!ar de manera !eneral sobre cada uno de los pasos del proceso, estableciendo a continuación las meJores soluciones #ue e'isten para resoler los problemas planteados USO EN LA APICULTURA El producto resultante de la combustión del Nitrato de 2monio, es el !as ilarante o dió'ido nitroso EN 02& 2RE2& >iene e/ecto similar #ue sobre los umanos. En pe#ue*as dosis las amansa, lle!ando a adormecerlas completamente, por un tiempo #ue a de los +- a 5- minutos. 1uando las abeJas despiertan, parecen aber perdido momentneamente el sentido del ol/ato y locación al!o como una perdida de conocimiento temporal.
Bna de las entaJas del producto es la /acilidad de ad#uisición y baJo costo. &e puede comprar en cual#uier dro!uer"a o establecimiento donde comercializan a!ro#u"micos. &u apariencia es la de una sal de color blanco de /orma de pe#ue*as perlitas. ara su empleo es necesario, contar con un buen aumador, el #ue debe estar bien encendido sin proocar llama. 0a dosis del Nitrato de amonio se coloca arriba del combustible encendido, la cantidad correcta se aprende con la prctica. 1on media cucarada sopera alcanza para tratar un par de colmenas. No debemos accionar el /uelle de aumador asta #ue no esté lista la colmena para ser abierta, si no perderemos muco !as. 2l presionar el /uelle comenzar la combustión del Nitrato de 2monio .&i se acerca el aumador al o"do se escucar un ruido como si estuiera iriendo .>odo nos indica #ue este en plena combustión, y pocos se!undos después sale un umo blanco, denso, de olor li!eramente dulzón, #ue tiene la caracter"stica de ser ms pesado #ue el aire. rimero aplicamos una o dos bocanadas por la pi#uera, y después por la parte superior tras e'traer la entretapa. e este modo se ern las abeJas dormidas completamente. El aspecto es como si estuieran muertas. El apicultor no debe alarmarse En al!unos minutos se despertarn. USO COMO E5PLOSI#O ANFO El 2NQO, del in!lés% 2mmonium Nitrate F Quel Oil , es un e'plosio de alto orden. 1onsiste en una mezcla de nitrato de amonio y un combustible deriado del petróleo, desde bencina a aceite de motor. Estas mezclas son muy utilizadas principalmente por las empresas mineras y de demolición, debido a #ue son muy se!uras, baratas y sus componentes se pueden ad#uirir con muca /acilidad. 0as cantidades de nitrato de amonio y combustible ar"an se!$n la lon!itud de la cadena idrocarbonada del combustible utilizado. 0os porcentaJes an del -L al 9L de nitrato de amonio y del 3L al +-L de combustible, por eJemplo% GL de nitrato de amonio y GL de #ueroseno. El uso de un combustible insoluble en a!ua acaba con el principal problema del nitrato de amonio, su tendencia a absorber a!ua (i!roscop"a). El 2NQO también se suele mezclar con otros e'plosios tales como idro!eles o emulsiones para /ormar, en /unción del porcentaJe de 2NQO o 2NQO esado (apro'imadamente un 9-L emulsión o idro!el y 3-L 2NQO).
A)onal El amonal es un e'plosio /abricado con una mezcla de nitrato amónico, trinitrotolueno, y polo de aluminio en una relación 55=79=++. Hay #ue a*adir también #ue en caso de usar estos e'plosios para la car!a de armas submarinas (torpedos minas etc) el aluminio re/uerza el e/ecto e'plosio de esta al reaccionar con el a!ua. El nitrato amónico es el o'idante y el aluminio es un potenciador de la e'plosión. 1omo e/ecto secundario el aluminio ace #ue el e'plosio sea menos sensible a la detonación. El uso de componentes relatiamente baratos como el nitrato amónico y el aluminio ace #ue se utilice en lu!ar del >N> puro. 0a mezcla puede da*arse si ay presencia de umedad, ya #ue el nitrato amónico es altamente i!roscópico. 2rde cuando se e'pone al aire y detona cuando se encuentra conMnada. &u elocidad de detonación es de 4.4-- m=s
Al)a*ena)ien-o de A)onia*o El amoniaco se almacena a !ranel en !randes contenedores de capacidad instalada por encima o por debaJo del suelo. >res métodos para el almacenamiento de amoniaco li#uido% 2lmacenamiento con presión a temperatura ambiente en recipientes cil"ndricos o es/éricos a presión con capacidades de apro'imadamente +G-- StonT 2lmacenamiento atmos/érico a F33S1T en tan#ues cil"ndricos aislados con capacidades de apro'imadamente G-.--- StonT. 2lmacenamiento a presión reducida a apro'imadamente S1T. Bsualmente se encuentral aislados y son recipuentes es/éricos a presión para cantidades de apro'imadamente 5G-StonT =es/era. @ateriales conencionales de construcción para almacenamiento% aceros al carbono tales como R&+G+G, R&+G++-5+3 y 2&>@ 2G+7. ara almacenamiento reM!erado (atmos/érico) es usado acero al carbono de baJa temperatura. roblemas comunes en almacenamiento y transporte de amoniaco anidro li#uido es la tensión de corrosión de cra#ueo (&11) de e#uipos ecos de acero al carbono. 0as !rietas se dan con mayor /recuencia en Jutas de soldadura, donde tensión es m'ima. 0a dureza del material y la
presencia de impurezas y compuestos o'i!enados en amoniaco a!raan el &11. 2l!unos pasos para minimizar la ocurrencia de &11 en el almacenamiento del amoniaco son% aliio de estrés completo, operación sin contacto con el aire, y adición de pe#ue*as cantidades de a!ua (-,5L) como inibidor. 2ceros al carbono de baJa temperatura son mas resistentes a &11. 0o #ue los ace el material /aorito. PRODUCCION NACIONAL
•
E@2EU &.2. 2re#uipa
IMPACTO AMBIENTAL
•
0os impactos socioeconómicos positios de esta industria son obios% los /ertilizantes son cr"ticos para lo!rar el niel de producción a!r"cola necesario para alimentar la población mundial, rpidamente creciente. 2dems, ay impactos positios indirectos para el medio ambiente natural #ue proienen del uso adecuado de estas sustanciasV por eJemplo, los /ertilizantes #u"micos permiten intensiMcar la a!ricultura en los terrenos e'istentes, reduciendo la necesidad de e'pandirla acia otras tierras #ue puedan tener usos naturales o sociales distintos. &in embar!o, los impactos ambientales ne!atios de la producción de /ertilizantes pueden ser seeros. 0as a!uas seridas constituyen un problema /undamental. ueden ser muy cidas o alcalinas y, dependiendo del tipo de planta, pueden contener al!unas sustancias tó'icas para los or!anismos acuticos, si las concentraciones son altas% amon"aco o los compuestos de amonio, urea de las plantas de nitró!eno, cadmio, arsénico, y /ós/oro de las operaciones de /os/ato, si est presente como impureza en la piedra de /os/ato. 2dems, es com$n encontrar en los ePuentes, sólidos totales suspendidos, nitrato y nitró!eno or!nico, /ós/oro, potasio, y (como resultado), muca demanda de o'"!eno bio#u"mico (ORG)V y, con la e'cepción de la demanda de o'"!eno bio#u"mico, estos contaminantes ocurren también en las a!uas lluias #ue escurren de las reas de almacenamiento de los materiales y desecos. Es posible dise*ar plantas de /os/ato de tal manera #ue no se produzcan descar!as de a!uas seridas, e'cepto en el caso del rebosamiento de una piscina de eaporación durante las temporadas de e'cesia lluia, pero esto no siempre es prctico.
0os productos de /ertilizantes terminados también son posibles contaminantes del a!uaV su uso e'cesio e inadecuado puede contribuir a la eutroMzación de las a!uas superMciales o contaminación con nitró!eno del a!ua /retica. 2dems, la e'plotación de /os/ato puede causar e/ectos ne!atios. 0os contaminantes atmos/éricos contienen part"culas proenientes de las calderas, trituradores de piedra de /os/ato, /ós/oro (el contaminante atmos/érico principal #ue se ori!inan en las plantas de /os/ato), neblina cida, amon"aco, y ó'idos de azu/re y nitró!eno. 0os desecos sólidos se producen principalmente en las plantas de /os/ato, y consisten usualmente en ceniza (si se emplea carbón para producir apor para el proceso), y yeso (#ue puede ser considerado peli!roso debido a su contenido de cadmio, uranio, !as de radón y otros elementos tó'icos de la piedra de /os/ato). 0a /abricación y maneJo de cido sul/$rico y n"trico representa un ries!o de trabaJo y peli!ro para la salud, muy !rande. 0os accidentes #ue producen /u!as de amon"aco pueden poner en peli!ro no solamente a los trabaJadores de la planta, sino también a la !ente #ue ie o trabaJa en los lu!ares aleda*os. Otros posibles accidentes son las e'plosiones, y las lesiones de oJos, nariz, !ar!anta y pulmones. •
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El accidente ms !rae se re!istró en la e'plosión de la /brica de nitro!enados en Oppenau cerca de 0udWi!sa/en (2lemania) en +5+ con G7+ muertos.
El +7 de abril de +49 la descar!a de los barcos Xradcamp y Hi!Pyer lleno de nitrato amónico en >e'as (EE.BB.) proocó una detonación #ue deastó !ran parte de la ciudad con 47 muertos, +-desaparecidos y ms de 3--eridos.
El 5 de Julio del mismo a*o el bu#ue Ocena 0iberty e'plotó en Rrest (Qrancia) proocando 5+ muertos y ms de +-- eridos.
&e supone #ue i!ualmente es responsable de la catstro/e proocada por un tren en ?yon!cn (1orea del Norte) el 55 de abril de 5--4 con al menos +7+ muertos y ms de +3-- eridos.
•
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0a mas reciente en @é'ico (en el estado de 1oauila) el d"a - de septiembre del 5--9, e'plotó un camión con nitrato de amonio causado por un co#ue carretero, deJando mas de G- muertos y ms de 5Geridos en donde las empresas responsables /ueron >262>2 y Orica esta ultima se dedica a la transportación de materiales peli!rosos.
El nitrato de amonio se a empleado también en diersos ata#ues terroristas como por eJemplo en el de O
