Selepas letupan di Lubnan, pakar-pakar segera melaporkan dan menganalisis "pelakunya" kemalangan.
Di sebalik letupan Lubnan, letupan Pelabuhan Tianjin pada tahun 2015, dan letupan Xiangshui pada 21 Mac 2019, terdapat bahan nitro. Artikel ini akan mendedahkan bertudung ammonium nitrat dari aspek sifat kimia, mekanisme letupan, dan penemuan kestabilan haba.
1. Struktur kimia Ammonium Nitrat
Berat molekul ammonium nitrat pada 20 °C adalah 80.052 g/mol dan ketumpatan adalah 1.725 g/cm3
2. Klasifikasi ammonium nitrat
Menurut ADR2019 atau JT617-2018, nitrat ammonium boleh diklasifikasikan kepada bahan letupan Kelas 1, pengoksida Kelas 5.1 atau Kelas 9 barangan berbahaya lain mengikut kepekatannya. Dalam ujian klasifikasi ammonium nitrat, klasifikasi saintifik dijalankan mengikut kaedah klasifikasi ujian PBB. Jadual berikut menerangkan keputusan klasifikasi kepekatan yang berbeza daripada ammonium nitrat. Tahap kepekatan menentukan gilirannya sama ada kategori 1, kategori 5.1 atau kategori 9 barangan berbahaya.
3. Faktor-faktor yang mempengaruhi kestabilan haba ammonium nitrat
Ammonium nitrat adalah salah satu baja yang digunakan secara meluas dalam industri dan bentuk baja nitrogen yang paling pekat. Walau bagaimanapun, ammonium nitrat sering dikaitkan dengan bahaya kebakaran dan letupan yang berterusan pada masa lalu. Ammonium nitrat bukan bahan mudah terbakar atau mudah terbakar di bawah suhu dan tekanan ambien, tetapi ia adalah pengoksida yang kuat, yang akan meletup di bawah keadaan tertentu; kestabilan haba ammonium nitrat berkaitan dengan letupan, dan aditif terutamanya menjejaskan kestabilan haba , ruang terkurung, kadar pemanasan, suhu, sejarah pemanasan, saiz sampel, termodinamik tindak balas, kinetik tindak balas, dan peranan air sebagai bahan kimia; kajian kestabilan haba telah mendapati bahawa nitrat ammonium stabil pada suhu kira-kira 200°C. Natrium sulfat adalah perencat yang baik untuk penguraian ammonium nitrat, kerana kehadirannya dapat mengurangkan penguraian reduktif asid nitrik, manakala kalium klorida adalah penganjur kerana ia boleh meningkatkan tindak balas melarikan diri (runaway reaction). Walaupun perencat dicampur dengan ammonium nitrat, ia mesti disimpan secara berasingan dari pecut.
Gangguan fizikal dan kimia air boleh membawa kepada senario kebakaran yang berkaitan; Berhati-hati perlu dilaksanakan apabila memilih rawatan air berkaitan kebakaran. Terdapat bukti bahawa jumlah air yang tidak mencukupi boleh memburukkan lagi akibat kebakaran, kerana sedikit air dikosongkan oleh suhu tinggi, yang memperhebatkan pembakaran. Oleh itu, adalah perlu untuk mengira jumlah air yang digunakan untuk memadam kebakaran terlebih dahulu untuk memastikan air yang mencukupi untuk memadamkan api. Di samping itu, elakkan menyimpan ammonium nitrat dalam ruang panas atau terkurung , Dan hadkan saiz timbunan nitrat ammonium untuk mengelakkan penyimpanan haba dan pengumpulan haba daripada menyebabkan pembakaran dan letupan spontan.
4. Mekanisme pembakaran dan letupan ammonium nitrat
Kalangan akademik mempunyai pandangan yang berbeza mengenai mekanisme pembakaran dan letupan ammonium nitrat. Mekanisme tindak balas pertama yang diterima umum adalah seperti berikut:
A Pada 170°C, nitrat ammonium cair mula menjalani reaksi endotermik dan boleh diterbalikkan:
(2) NH4NO3 ⇌ HNO3 + NH3 ∆H=176 kJ·mol-1
B Antara 170°C dan 280°C, reaksi exothermic berikut tidak boleh dipulihkan berlaku
(3) NH4NO3 → N2O + 2H2O ∆H = -59 kJ·mol-1
(4) NH4NO3 → 1/2N2 + NO + 2H2O ∆H = -257 kJ·mol-1
(5) NH4NO3 → 3/4N2 + 1/2NO2 + 2H2O ∆H = -944 kJ·mol-1
C ammonium nitrat bahan tiba-tiba dipanaskan, seperti pada 400°C, tindak balas penguraian letupan ganas berlaku:
(6) 2NH4NO3 → 2N2 + O2 + 4H2O ∆H= -1057 kJ·mol-1
(7) 8NH4NO3 →5N2 + 4NO + 2NO2 + 16H2O ∆H = -600 kJ·mol-1
Mekanisme tindak balas kedua yang diiktiraf adalah seperti berikut. Mekanisme penguraian yang diiktiraf secara amnya adalah penceraian. HNO3 membawa kepada reaksi pengoksidaan NH3 berikutnya; persamaan (8) adalah reaksi penceraian asid nitrik untuk membentuk NO2+, dan persamaan tindak balas (9) menyenaraikan pengoksidaan NH3 Dan menghasilkan N2O dan air
(8) 2HNO3 ⇌ NO2+ + NO3- + H2O
(9) NH3 + NO2+ = produk (N2O, H2O)
(10) 2HNO3 ⇌ 2NO2 + H2O + 1/2O2
Untuk menjelaskan persamaan tindak balas (8) dan (9) dengan lebih terperinci, "asid" digunakan untuk mewakili NH4+, H3O+ atau HNO3 dengan kehadiran air, dan persamaan mekanisme penguraian (11) hingga (13) dijelaskan di bawah. Pertimbangkan persamaan tindak balas (12) kerana kelajuan tindak balas yang perlahan, yang dianggap sebagai langkah kawalan;
(11) HNO3 + asid ⇌ H2ONO2+ → NO2+ + H2O
(12) NO2+ + NH3 → [NH3NO2+] *
(13) [NH3NO2+] → NO2 + H3O+ → NO2 + H2O
Persamaan tindak balas (12) juga boleh digambarkan oleh tindak balas asas. Dalam julat suhu 342-387°C, NO2+ kemudiannya dioksidakan kepada NH3, seperti yang disenaraikan dalam persamaan tindak balas (14) hingga (19). Persamaan tindak balas (20) adalah persamaan stoichiometric keseluruhan yang diperolehi daripada teori ini
(14) NH3 + NO2 → NH2 + HNO2
(15) NH2 + NO2 → NH + HNO2
(16) NH + NO2 → HNO + NO
(17) NH2 + NO → N2 + H2O
(18) 2HNO → N2O + H2O
(19) 2HNO2 → NO2 + H2O + NO
(20) 4NH3 + 5NO2 → N2O + 2N2 + 6H2O + 3NO
Kaedah hipotesis ketiga sedikit berbeza daripada mekanisme yang disebutkan di atas. Kaedah lain menganggap pembentukan ammonium nitrat pertengahan dan penguraian ammonium nitrat, seperti yang disenaraikan dalam persamaan tindak balas (21)~(25)
(21) NH4+ + NO3– = NH3 + HONO2
(22) HONO2 → HO + NO2
(23) HO + NH3 → HOH + NH2
(24) NH2 + NO2 → NH2NO2
(25) NH2NO2 → N2O + H2O
5. Eksperimen kestabilan haba ammonium nitrat ditemui
Ammonium nitrat pra-dipanaskan memerlukan masa penguraian yang lebih pendek dan masa yang lebih pendek untuk mencapai suhu yang sama; sebabnya ialah apabila ammonium nitrat tiba-tiba dipanaskan, proses pemanasan dianggap sebagai berterusan, dan masa menunggu dan mencari di bawah keadaan adiabatik sangat dipendekkan. Peningkatan reaksi ammonium nitrat yang mempercepatkan diri, penguraian berlaku lebih cepat, jadi jika suhu meningkat secara tiba-tiba, penguraian lebih cenderung berlaku.
6. Ciri-ciri nitrogen oksida
Nitrogen oksida merujuk kepada sebatian yang terdiri daripada hanya dua elemen: nitrogen dan oksigen. Oksida nitrogen biasa adalah nitrik oksida (NO, tanpa warna), nitrogen dioksida (NO2, coklat kemerahan), nitrous oksida (N2O), nitrous pentoxide (N2O5), dan lain-lain, kecuali nitrous oksida di bawah keadaan normal Kecuali pepejal, oksida nitrogen lain adalah gaseous di bawah keadaan normal. Sebagai pencemar udara, nitrogen oksida (NOx) sering merujuk kepada NO dan NO2. Kecuali nitrogen dioksida, oksida nitrogen lain sangat tidak stabil. Apabila terdedah kepada cahaya, kelembapan atau haba, mereka menjadi nitrogen dioksida dan nitrogen monoksida, dan nitrogen monoksida menjadi nitrogen dioksida lagi. Oleh itu, persekitaran pekerjaan terdedah kepada beberapa campuran gas, sering dipanggil asap (gas), terutamanya nitrogen monoksida dan nitrogen dioksida, dan nitrogen dioksida adalah komponen utama. Nitrogen oksida mempunyai pelbagai tahap ketoksikan.
Terdapat juga dimer oksida nitrik (N₂O₂), nitrosyl azide (N₄O), dan nitrogen trioksida (NO₃), tetapi terutamanya NO dan NO2, yang merupakan pencemar udara biasa. Di samping itu, trinitroamine (N(NO2)3) juga merupakan sebatian yang terdiri daripada nitrogen dan oksigen, tetapi ia bukan oksida dalam erti kata yang ketat.
Dinitrogen Pentoxide
Kecuali dinitrogen pentoxide yang pepejal, selebihnya adalah gas. Formula molekul adalah NOx. Antaranya, tetroksida dinitrogen adalah pemecatan nitrogen dioksida, yang sering dicampur dengan nitrogen dioksida untuk membentuk campuran keseimbrium. Campuran nitrik oksida dan nitrogen dioksida, juga dikenali sebagai nitrat (asap). Ketumpatan relatif: Nitrogen monoksida berhampiran dengan udara, dan nitrous oksida dan nitrogen dioksida sedikit lebih berat daripada udara. Titik lebur: Dinitrogen pentoxide adalah 30°C, selebihnya berada di bawah sifar. Semuanya sedikit larut dalam air, dan penyelesaian aqueous adalah berasid dalam pelbagai peringkat. Nitrogen oksida adalah bahan yang tidak mudah terbakar, tetapi mereka semua boleh menyokong pembakaran. Sebagai contoh, nitrous oksida (N2O), nitrogen dioksida dan nitrous oksida boleh meletup apabila terdedah kepada suhu tinggi atau bahan mudah terbakar.
Nitrik oksida adalah sebatian nitrogen oksida, formula kimia NO, berat molekul relatif 30.01, dan injap nitrogen +2. Ia adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, toksik yang sukar dibubarkan di dalam air. Oleh kerana nitrik oksida mengandungi radikal bebas, ini menjadikan sifat-sifat kimianya sangat aktif. Apabila ia bertindak balas dengan oksigen, ia boleh membentuk gas-nitrogen dioksida yang menghakis (NO2), yang boleh bertindak balas dengan air untuk membentuk asid nitrik. Persamaannya ialah: 3NO2+H2O==2HNO3+NO. Ciri-ciri berbahaya: pengoksidaan yang kuat. Hubungan dengan bahan mudah terbakar dan organik mudah untuk menangkap api. Menemui gabungan hidrogen letupan. Hubungan dengan udara akan mengeluarkan kabus coklat-kuning dengan sifat pengoksidaan berasid.
Nitrous oksida (nitrous oksida), formula kimia N2O. Juga dikenali sebagai gas ketawa, gas tanpa warna dan manis, ia adalah oksidan yang boleh menyokong pembakaran di bawah keadaan tertentu (sama seperti oksigen, kerana gas ketawa boleh tercetus ke dalam nitrogen dan oksigen pada suhu tinggi), tetapi ia stabil pada suhu bilik dan sedikit Ia mempunyai kesan anestetik dan boleh menyebabkan ketawa. Anestesianya ditemui pada tahun 1799 oleh ahli kimia British, Humphrey David. Teori-teori yang relevan percaya bahawa molekul N2O dan CO2 mempunyai struktur yang sama (termasuk formula elektronik), jadi konfigurasi spatial mereka adalah linear, dan N2O adalah molekul kutub. Sekarang ia terutamanya digunakan dalam persembahan, dan juga boleh digunakan sebagai bantuan pembakaran dalam pemecut perlumbaan.
Nitrogen dioksida adalah gas toksik merah coklat pada suhu tinggi. Pada suhu bilik (0~21.5°C), nitrogen dioksida dan tetroksida dinitrogen bercampur-campur dan wujud bersama. Toksik dan merengsa. Dibubarkan dalam asid nitrik pekat untuk menjana asid nitrik fuming. Boleh disusun untuk mensintesiskan tetroksida dinitrogen. Bertindak balas dengan air untuk menjana asid nitrik dan nitrik oksida. Bertindak balas dengan alkali untuk menjana nitrat. Ia boleh bertindak balas dengan ganas dengan banyak sebatian organik. Nitrogen dioksida memainkan peranan penting dalam pembentukan ozon. Nitrogen dioksida buatan manusia terutamanya datang dari pembebasan proses pembakaran suhu tinggi, seperti ekzos kenderaan bermotor dan ekzos dandang. Nitrogen dioksida juga merupakan salah satu punca hujan asid, dan kesan alam sekitar yang dibawa olehnya adalah pelbagai, termasuk: kesan ke atas spesies tumbuhan tanah lembap dan terestrial persaingan dan perubahan komposisi, penglihatan atmosfera, pengasidan dan eutrofikasi air permukaan (Kerana kekurangan oksigen kerana percambahan alga, yang kaya dengan nutrien seperti nitrogen dan fosforus) , dan meningkatkan kandungan toksin yang berbahaya kepada ikan dan organisma akuatik lain di dalam air.
7. Keperluan penyimpanan untuk ammonium nitrat
1) Ketinggian bangunan penyimpanan tidak boleh melebihi satu tingkat, dan ia mesti mempunyai pengudaraan yang mencukupi. Sekiranya berlaku kebakaran, ia sepatutnya boleh pengudaraan secara automatik atau dapat pengudaraan sepenuhnya
2) Gudang boleh pengudaraan secara automatik atau cukup pengudaraan sekiranya berlaku kebakaran,
3) Oleh kerana menghakis dan ciri-ciri reaktif ammonium nitrat, untuk mengelakkan pencemaran, bangunan dan struktur harus kering, dan bumbung, dinding dan lantai tidak boleh melihat
4) Bahan binaan dan bekas memenuhi keperluan jarak pemisahan
5) Untuk oksida, lebih baik jika bilik simpanan separa bawah tanah yang boleh direka untuk mengelakkan cahaya dan haba
6) Dengan mengambil kira kesan air ke atas nitrat ammonium, medium pemadaman api di kawasan penyimpanan harian dilengkapi dengan pasir kuning
8. Kesimpulan
Ammonium nitrat, baja kimia yang digunakan dalam pertanian, bukan bahan letupan itu sendiri, ia adalah kelas 5.1 pengoksida kuat atau barangan berbahaya Kelas 9. Sebab utama letupan adalah bahawa nitro NO3 itu sendiri sangat tidak stabil. Ia adalah mudah untuk dipanaskan dan dibahagikan di bawah perlanggaran suhu yang tinggi, menyebabkan pengoksidaan nitrogen yang tidak stabil. Akhirnya, nitrogen oksida berpecah untuk menghasilkan nitrogen dan oksigen yang stabil. Oksigen itu sendiri membantu pembakaran dan mempercepatkan pembakaran apabila sejumlah besar oksigen dikeluarkan. Oleh itu, semua jenis letupan nitro yang kita alami berkaitan dengan nitro yang tidak stabil. Berhadapan dengan penyimpanan dan kawalan bahan kimia tersebut, langkah-langkah berikut perlu diambil:
1) Pengudaraan, bukti kelembapan dan bukti haba
2) Mengawal bilangan susunan dan tegas melaksanakan prinsip pencampuran pantang larang
3) Elakkan semua jenis sumber pencucuhan (api terbuka seperti memotong dan menggilap, percikan statik, kerja panas, alat letupan-bukti dan peralatan elektrik bukti letupan)
4) Mengawal kemasukan dan keluar kakitangan yang tidak relevan
5) Mengawal jumlah storan, pastikan masuk dahulu keluar dahulu, dan pastikan tempoh penyimpanan terpantas kurang daripada tempoh keselamatan yang dikira secara teori
6) Beban dan memunggah barang mengikut prosedur operasi, dan menyusun dan memuatkan dan memunggah adalah dilarang sama sekali
7) Lakukan pekerjaan yang baik dalam pengumpulan dan pengurusan pakej yang rosak, dan dengan tegas melarang persampelan di gudang
8) Dilengkapi dengan kemudahan memadam kebakaran yang diperlukan mengikut spesifikasi reka bentuk gudang Kelas A, dan menguji dan memeriksa bahawa kemudahan memadam kebakaran sentiasa tersedia
9) Melatih pekerja dalam operasi harian mereka dan keupayaan tindak balas kecemasan, dan menjalankan latihan kecemasan yang kerap
10) Mematuhi sistem pemeriksaan harian bagi memastikan masalah diperbentukan segera tanpa meninggalkan bahaya tersembunyi
