nitrato de amonio - Wikilingue - Encydia
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| Nome (IUPAC) sistémico | |||||
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| Trioxonitrato (V) de amonio | |||||
| General | |||||
| Outros nomes | Nitrato de amonio Nitrato amónico | ||||
| Fórmula semidesarrollada | NH4NÃO3 | ||||
| Fórmula estrutural | Ver imagem | ||||
| Fórmula molecular | N2H4Ou3 | ||||
| Identificadores | |||||
| Número CAS | [6484-52-2 [6484-52-2]] | ||||
| Número RTECS | BR9050000 | ||||
| Propriedades físicas | |||||
| Estado de agregación | Sólido | ||||
| Aparência | Sólido alvo | ||||
| Densidade | n/d | ||||
| Massa molar | 80 g/mol | ||||
| Ponto de fusão | 442 K (168,85 °C) | ||||
| Ponto de ebullición | 483 K (209,85 °C) | ||||
| Ponto de descomposição | 483 K ( °C) | ||||
| Propriedades químicas | |||||
| Solubilidad em água | 190 g/100 ml (20 °C) | ||||
| Momento dipolar | 0 D | ||||
| Termoquímica | |||||
| ΔfH0líquido | -359,6 kJ/mol | ||||
| ΔfH0sólido | -366 kJ/mol | ||||
| S0sólido | 151 J·mol-1·K-1 | ||||
| Peligrosidad | |||||
| NFPA 704 |
0
2
3
OX
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| Número RTECS | BR9050000 | ||||
| Riscos | |||||
| Ingestión | Perigoso em grandes quantidades. | ||||
| Inalação | Muito perigoso, pode ser fatal. | ||||
| Pele | Pode causar irritação. | ||||
| Olhos | Pode causar irritação. | ||||
| Mais informação | Hazardous Chemical Database (Em inglês) | ||||
| Valores no SE e em condições normais (0 °C e 1 atm), salvo que indique-se o contrário. Isenções e referências | |||||
O nitrato de amonio ou nitrato amónico é um sal formado por iones de nitrato e de amonio . Sua fórmula é NH4NÃO3.
Trata-se de um composto incoloro e higroscópico, altamente soluble na água.
É explosivo e autodetonante em ausência de água ou aplicação de calor ou fogo. É usado como abono e ocasionalmente como explosivo.
Dados físico-químicos
- Fórmula: NH4NÃO3
- Massa molecular: 80,04 g/mol
- Ponto de fusão: 169,6 °C
- Ponto de ebullición: 210 °C (descomposição)
- Densidade: 1,72 g/ml
- Nº CAS: 6484 - 52 -2
- LD50: 2,217 mg/kg (rata)
Síntese
O nitrato de amonio obtém-se por neutralización de ácido nítrico com amoníaco depois da evaporación da água:
Aplicações
O nitrato de amonio utiliza-se sobretudo como fertilizante por seu bom conteúdo em nitrógeno . O nitrato é aproveitado directamente pelas plantas enquanto o amonio é oxidado pelos microorganismos presentes no solo a nitrito ou nitrato e serve de abono a mais longa duração.
Uma parte da produção dedica-se à produção do óxido nitroso (N2Ou) mediante a termólisis controlada:
Esta reacção é exotérmica e pode ser explosiva se leva-se a cabo em um contêiner fechado ou aquecendo demasiado rápido. As misturas do nitrato de amonio com petróleo utilizam-se como explosivos e se lhe denominam ANFO. Este composto também é responsável da maior parte dos acidentes graves com os fertilizantes:
- O acidente mais grave registou-se na explosão da fábrica de nitrogenados em Oppenau cerca de Ludwigshafen (Alemanha) em 1921 com 561 mortos.
- O 16 de abril de 1947 a descarga dos barcos "Gradcamp" e "Highflyer" cheio de nitrato de amonio em Texas (EE.UU.) provocou uma detonación que devastou grande parte da cidade com 486 mortos, 100 desaparecidos e mais de 3000 feridos.
- O 28 de julho do mesmo ano o navio "Ocena Liberty" explodiu em Brest (França) provocando 21 mortos e mais de 100 feridos.
- Supõe-se que igualmente é responsável pela catástrofe provocado por um comboio em Ryongchŏn (Coréia do Norte) o 22 de abril de 2004 , com ao menos 161 mortos e mais de 1300 feridos.
- A mais recente em México (no estado de Coahuila ) no dia 9 de setembro do 2007, explodiu um camião com ANFO (produto derivado do nitrato de amonio) causado por um choque carretero, deixando mais de 50 mortos e mais de 250 feridos em onde a empresa responsável foi Orica, a qual se dedica à fabricação e transportación de materiais perigosos.
O nitrato de amonio empregou-se também em diversos ataques terroristas, como por exemplo na Irlanda do Norte; no atentado à AMIA, na Argentina, em 1994; contra o edifício federal de Oklahoma, Estados Unidos, em 1995; contra a Embaixada norte-americana em Nairobi, em 1998; contra um complexo turístico em Bali, em 2002; e mais recentemente, em um duplo atentado suicida dirigido contra o Consulado de Grã-Bretanha e dois locais do banco HSBC em Estambul, em novembro de 2003.
No ano 2000 realizou-se por parte de EFMA, um compendio de oito volumes que apresentavam os "Melhores procedimentos industriais disponíveis para a prevenção da produção e o controle na indústria de fertilizantes européia", em resposta aos regulamentos europeus[1] e espanholas.[2]
Na actualidade, existem na Europa, segundo EFMA, em torno de dez métodos diferentes para a produção industrial do nitrato de amonio em suas diferentes riquezas, não existe um único procedimento que possa ser considerado como o mais ventajoso com respeito ao resto, devido fundamentalmente a duas razões:
- As considerações comerciais influirão na eleição de um processo ou outro.
- Pode-se obter o mesmo produto, com características similares mediante a utilização de métodos diferentes.
Por isso incidir-se-á em primeiro lugar de maneira geral sobre a cada um dos passos do processo, estabelecendo a seguir as melhores soluções que existem para resolver os problemas propostos.
Processos de fabricação
A reacção entre o amoníaco e o ácido nítrico é irreversible, completa, instantânea, exotérmica e admite qualquer termodinámica ou discussão cinética. O calor de reacção depende da concentração de ácido nítrico usado e da solução produzida de nitrato de amonio, pois a dissolução quanto mais concentrada está, maior é o calor de reacção. Dito calor de reacção pode-se utilizar para produzir a evaporación da água da solução de nitrato de amonio e ademais para produzir vapor.
O nitrato de amonio puro sofre uma descomposição endotérmica a 169 °C e tem um ponto de ebullición de 230 °C. A concentração do ácido nítrico usado normalmente é de 55 a 65 %, enquanto seu ponto de ebullición a pressão atmosférica é de 120 °C, mais baixo por tanto que a solução produzida de nitrato de amonio, soluções altamente concentradas manifestam altos pontos de ebullición e de congelación . O primeiro pode causar altas temperaturas e por tanto operações perigosas e o segundo bloqueio dos encanamentos.
O nitrato de amonio conservado a 100 °C por um longo período de tempo sofre uma descomposição termal para amoníaco e ácido nítrico, descomposição que a mais de 185 °C pode produzir uma explosão perigosa. A solubilidad de amoníaco em água decrece rapidamente quando aumenta a temperatura e a alta volatilidade dos componentes e a descomposição do sal produzido conduz facilmente a perdas ambientais e problemas de corrosão. O controle das variáveis da reacção (temperatura, pressão, calor utilizado e concentrações de ácido nítrico e nitrato de amonio) e os detalhes de construção, conseguem a utilização do máximo calor, gerando-se uma mistura fundida sem vício de calor externo que ao mesmo tempo assegura umas condições, tudo com a mesma equipa e consumo de energia, nas que se consegue a maior produção possível e uma alta qualidade do produto.
O processo de obtenção de nitrato de amonio basicamente consta dos seguintes passos:
- A neutralización do amoníaco com o ácido nítrico.
- A evaporación da solução neutralizada.
- O controle do tamanho das partículas na cristalización e as características do produto seco.
Neutralización
É uma reacção instantânea e altamente exotérmica, como se viu anteriormente, com um produto de reacção instável mas podemos obter uma boa realização industrial quando se dão as seguintes condições:
- Mistura excelente dos reactivos.
- Controle estrito do pH, os sistemas modernos utilizam um controle automático do mesmo, mediante duas válvulas automatizadas, vai-se controlando a proporção teórica que precisamos de amoníaco e de ácido nítrico no reactor.
- Controle da temperatura no reactor, para evitar sobre-aquecimentos locais pois quanto maior é a temperatura no reactor, mais importante é manter o valor de pH constante e de evitar a introdução no mesmo de cloruros, metais pesados e compostos orgânicos, pois existe risco de explosão. Também se tem de controlar para:
- Evitar perdas nos reactivos, já que ambos especialmente o amoníaco são consideravelmente volátiles e poderiam por tanto, se escapar junto ao vapor de água gerado se a temperatura subisse indevidamente.
- Impedir que se apresentem riscos de descomposição do produto.
A temperatura de reacção controla-se por médio da devida regulação do vício dos reactivos, por extracção do calor gerado e em casos extremos, acrescentando água (condensados) ao conteúdo do neutralizador. Conquanto podem eliminar-se praticamente as perdas do ácido só por médio do controle da temperatura de reacção, não ocorre o mesmo com as perdas de amoníaco, devido a sua maior volatilidade. Por isto, é necessário tomar medidas adicionais. Em alguns processos acrescenta-se, para este propósito um ligeiro excesso de ácido sobre a quantidade estequiométricamente requerida. Em outros, o neutralizador funciona totalmente cheio de líquido, o qual faz factible, manter nele uma pressão de várias atmosferas, muito acima da pressão de vapor da solução.
Na prática os processos comerciais diferem em dois pontos principais, na mistura e em lhe controle da temperatura, sendo esta a característica mais importante. Os parámetros da reacção e a construção adoptada na neutralización definem toda uma linha de produção: ácido precalentado, evaporación de amoníaco e evaporación da água restante (parcial ou totalmente) pode ser realizados mediante o calor recuperado na neutralización.
Tipos de neutralizadores
Segundo a temperatura da zona de reacção
Dividem-se os neutralizadores em três grupos de acordo com a temperatura da zona de reacção, os quais podem trabalhar:
- Por embaixo do ponto de ebullición atmosférico.
- No ponto de ebullición atmosférico.
- Sobre o ponto de ebullición das soluções de nitrato de amonio.
Neutralizadores que trabalham por embaixo do ponto de ebullición atmosférico, são métodos de baixa temperatura e apresentam vantagens tais como:
- A baixa temperatura origina menores problemas de corrosão.
- A perda material é menor e a segurança operacional é boa.
Também têm alguns inconvenientes, como:
- O vazio flash complica algo a equipa e dependendo de sua complexidade, aumenta o investimento e o consumo de energia.
- A utilização do calor de reacção é necessária como a temperatura de funcionamento é muito baixa.
Neutralizadores que trabalham no ponto de ebullición atmosférico, não utilizam recirculación da solução de nitrato de amonio, portanto a reacção estará menos controlada ao ser muito exotérmica e brusca, se se recircula a solução esta absorve parte do calor e se controla esta brusquedad, se evitando as perdas de nitrógeno que poderiam se originar. Ainda que sua temperatura é maior que a dos neutralizadores anteriores, em torno de 150 e 200 °C, apresenta vantagens como:
- Eficiência química boa.
- Perdas materiais baixas.
O inconveniente principal é a contaminação do vapor de processo com amoníaco e ácido nítrico, com o que se precisam equipas de aço inoxidável. Os neutralizadores sobre o ponto de ebullición atmosférico são os mais adequados para um bom processo de produção.
Os neutralizadores que trabalham sobre o ponto de ebullición atmosférico, a característica comum de todo o desenho neste grupo é que a pressão aplicada geralmente entre 2 e 6 bar se emprega para levantar a temperatura no neutralizador até 180 °C aproximadamente. A pressões e temperaturas mais elevadas causam-se maiores perdas e mais corrosão, sendo necessárias equipas especiais.
De acordo com a recuperação de calor de reacção
Distinguem-se os seguintes tipos de neutralizadores:
- Processos sem a utilização de calor.
- Processos com utilização de calor, onde se usa o calor de reacção para levar a mistura reactante até o ponto de ebullición e evaporar parcialmente a água introduzida com o ácido débil.
- Processos com utilização dupla de calor, o calor de reacção usa-se para evaporar parcialmente a água introduzida com o ácido nítrico e para produzir vapor. O calor latente de dito vapor usar-se-á mais tarde para precalentar os reactivos e para a preconcentración da solução de nitrato de amonio.
Os dois primeiros casos não se usam em plantas modernas, isto é, pelo menos uma parte dos vapores produzidos são utilizados em processos da mesma planta.
Segundo a pressão dos vapores produzidos no neutralizador
Como o factor determinante na recuperação de calor é o neutralizador, as condições de operação do neutralizador definirão a pressão dos vapores no mesmo e por tanto sua temperatura de condensación, que é o parámetro usado na anterior classificação. Portanto parece mais apropriado agrupar os processos de acordo com a pressão dos vapores produzidos no neutralizador, assim existirão:
- Processos de flash a vazio:
- Mais simples, com a menor recuperação possível de calor, como o Processo Udhe IG Farbenindustrie.
- Mais complexos, com a máxima recuperação de calor, como o Processo Kestner.
- Processos com neutralización a pressão atmosférica:
- Processo ICI.
- Processo Kaltenbach Nitrablock.
- Processos com neutralización baixo pressão:
- Processo Fauser.
- Processo Stamicarbon.
- Processo Kaltenbach de alta concentração.
- Processo SBA.
- Processo UCB.
- Processo Stengel.
Tipos de neutralizaciones
Neutralización a pressão inferior à atmosférica (a vazio)
Neste tipo de neutralizadores, quando o amoníaco e o ácido nítrico reagem, o calor de reacção começa a aumentar incrementando a temperatura da mistura para seu ponto de ebullición, onde começará a evaporación e a temperatura seguirá seu incremento até o ponto onde a água presente, se evapore consumindo o calor da reacção sobrante do aquecimento da mistura.
Para trabalhar em torno deste ponto, todos os processos utilizam sistemas de recirculación, onde uma parte do nitrato de amonio produzido se enfría e é recirculado ao neutralizador, provocando assim um controle mais fino da temperatura no neutralizador. Dito enfriamiento e a relação de recirculación definirão a temperatura no neutralizador. Este tipo de neutralizadores mantém a temperatura em torno de 100 e 120 °C, mas faz-se necessário utilizar o calor da reacção para evaporar uma parte da água contida no produto, isto é, obtêm-se concentrações baixas de produtos. Este tipo de neutralizadores costumam ser do tipo neutralizadores vacuum flash ou a vazio, podendo-se levar a cabo em uma ou várias etapas, assim se podem distinguir:
- Neutralización a vazio em um sozinho passo: amoníaco, ácido nítrico e nitrato de amonio recirculado alimentam-se a um neutralizador que trabalha a pressão atmosférica, onde se controla a boa distribuição, mistura e controle de pH. O produto formado passa a um pós-neutralizador ou evaporador flash, onde tem lugar um controle mais exhaustivo do pH. Parte do calor da reacção contida na solução recirculada usa-se para a evaporación parcial da água contida no nitrato de amonio produzido, arrefecendo a sua vez a corrente recirculada. A concentração da corrente resultante dependerá da concentração do ácido e o aquecimento das matérias primas.
- Neutralización a vazio multipaso: similar à anterior, excepto por que se dispõem vários evaporadores flash em série, conseguindo obter soluções de concentração em torno do 98% w de nitrato de amonio.
Vantagens e inconvenientes da neutralización a vazio
- Apresentam-se menores problemas de corrosão dos materiais, com a consequente redução de perdas de material e uma maior segurança. Em contraposição são equipas volumosos e por tanto, caros.
- O aprovechamiento do calor de reacção é muito baixo, basicamente utiliza-se no precalentamiento do ácido nítrico, pelo que a eficiência energética será pequena.
- Melhorar a recuperação de calor sozinho é possível mediante equipas mais sofisticadas, como neutralizadores multipaso, ainda que existirão maiores problemas de corrosão já que a temperatura aumentar-se-á em torno dos 160 ou 170 °C.
- Os sistemas de depuração do vapor desprendido do neutralizador (que sempre costuma ir contaminado com amoníaco e com finas partículas de nitrato de amonio) são também muito volumosos e, por tanto, caros.
Neutralización a pressão atmosférica
Estas equipas são mais simples que os anteriores, trabalham a maiores temperaturas (em torno dos 150 e 200 °C) produzirão uma corrente de vapor que conterá a maior parte da água introduzido pelo ácido nítrico, que utilizar-se-á para o precalentamiento das matérias primas.
Com concentrações de ácido nítrico em torno do 60% w podem-se conseguir concentrações em torno do 98% w de nitrato de amonio, ainda que costuma-se utilizar um pequeno evaporador posteriormente ao neutralizador. Para conseguir um melhor controle de pH usam-se dois neutralizadores em série, sendo o segundo mais pequeno que o primeiro, para conseguir um ajuste mais fino.
Vantagens e inconvenientes da neutralización a pressão atmosférica
- Trabalha-se a temperatura moderada, pelo que os materiais podem ser menos exigentes e existe menor risco de descomposição do nitrato de amonio que a sobrepresión.
- Os sistemas de depuração do vapor desprendido do neutralizador (que sempre costuma ir acompanhado com amoníaco e finas partículas de nitrato de amonio) são também muito volumosos e, por tanto caros, pela mesma razão serão necessários intercambiadores de calor de aço inoxidável.
- A baixa temperatura do vapor restringe seu uso em outras aplicações, pelo que se utiliza o calor unicamente para o aquecimento das matérias primas, pelo que o rendimento energético é muito baixo, precisando um contribua de calor externo, para atingir as concentrações finais de trabalho.
Neutralización a sobrepresión
Podem-se distinguir dois tipos de processos a sobrepresión:
- Neutralizadores a pressão média (até 4 atm absolutas), estes processos são os mais usados na indústria, já que sua temperatura de reacção não é tão alta que entranhe perigo, e permitem o aprovechamiento do vapor de reacção para a concentração, ao menos parcial, do licor de nitrato. Alguns destes reactores vão provistos de recirculación externa da massa reaccionante, com o fim de aumentar a homogeneidad do ácido nítrico na massa, de forma que sua reacção com o amoníaco se produza uniformemente e no seio de um volume importante de licor que actue de tampón. Outros reactores vão provistos de um intercambiador-caldera que se coloca no seio da massa reaccionante, e que em seu interior vai alimentado por água que se evapora, produzindo vapor limpo a mudança de uma menor concentração do licor resultante.
- Neutralizadores a alta pressão (superior a 4 atm absolutas),
Costumam-se levar a cabo entre 4 e 6 atm, dependendo do processo industrial. A pressão serve para aumentar a temperatura no mesmo ao redor dos 200 °C. Dentro deste grupo podem-se mostrar os processos Fauser e Stengel.
Vantagens e inconvenientes da neutralización a sobrepresión
- O uso de neutralizadores a alta pressão, como os dois anteriores, tem vantagens quanto a custos de investimento, mas apresenta problemas quanto ao controle do processo de neutralización e perigos de explosão ao operar a temperaturas tão altas.
- A principal vantagem que apresentam será a possível utilização dos vapores do neutralizador (de 4 a 5 atm), tanto para o precalentamiento das matérias primas, como no evaporador, pelo que existirá uma maior eficiência energética.
- O principal problema é que uma maior pressão e temperatura provocarão uma maior corrosão e maiores perdas tanto de nitrógeno , como de nitrato de amonio, pelo que o custo de materiais será superior.
Evaporación
Os diferentes procedimentos diferem o conteúdo em água dos reactivos (portanto da concentração de nitrato de amonio que saia da secção de neutralización ), da quantidade de água requerida nos seguintes processos de solidificación do produto final e do controle das temperaturas.
Nos métodos utilizados até 1945, a solução neutralizada de nitrato de amonio sofria uma evaporación até uma concentração elevada, seguida de um enfriamiento consecutivo e a formação do produto. Outros métodos realizavam a evaporación até uma menor concentração e completavam a mesma mediante cristalización ou evaporación contínua em aparelhos desenhados a tal efeito, dita evaporación também se fazia mediante evaporadores de filme (wiped filme) que tinham a vantagem de conter pesos muito baixos de matéria em tratamento.
Após 1965, eficazes evaporadores que operam ao vazio se utilizaram em novas fábricas, estas modernas unidades têm uma maior eficiência térmica e podem se controlar com precisão. A parte da unidade onde a concentração é maior ao 99% w de nitrato de amonio, é desenhada para reter unicamente pequenas quantidades de solução concentrada por questões de segurança. Estas precauções são necessárias parra evitar a contaminação da solução por matérias orgânicas e sua possível explosão.
As soluções de nitrato de amonio podem variar entre o 78 e 98% w, e os processos de solidificación podem trabalhar com melazas desde o 5% w de água (nos granuladores de tambor) até de 0,3 a 0,5% w de água (em torres prilling), por isso que na indústria existam centos de evaporadores, a cada um ajustado o mais possível às necessidades impostas pelo produto requerido.
Manejo e armazenamento
- Manejo: proporcionar uma ventilación adequada. Utilizar protecção de olhos e mãos.
- Armazenamento: situar os tanques longe de armazenamentos de substâncias combustíveis. Proteger os tanques da corrosão e danos físicos. Comprovar o pH da solução diariamente. Se o pH da solução ao 10% está por embaixo de 4,5 acrescentar amoníaco gás até que se atinja este pH. O material apropriado para os recipientes é o aço inoxidável austenítico. Não permitir fumar. Utilizar lustres protegidas nas áreas de armazenamento.
Medidas de segurança
- Limites de exposição recomendados: não há limites oficiais especificados. (1995-96)
- Medidas de precaução e equipas mecânicas: evitar a exposição aos vapores e proveer ao local de ventilación necessária. Instalar equipas lava olhos e duchas de segurança em qualquer lugar em onde se possa produzir contacto com os olhos e a pele.
- Protecção pessoal: em casos de emergências, usar equipas de respiração apropriados. Usar luvas resistentes ao calor e roupa de protecção. Usar gafas de segurança química ou ecrã facial.
Informação sobre o transporte
- Classificação ONU: Classe 5, divisão 5.1 —Comburente— Nº ONU: 2426.
- RD. 1254/1999: Controle dos riscos inherentes aos acidentes graves.
- RD. 145/1989 Regulamento Nacional de Admisión, Manipulação e Armazenamento de Matérias Perigosas nos portos.
Referências
- ↑ Directiva 96/91/ CE do Conselho de 24 de setembro de 1996 relativa à prevenção e controle integrados da contaminação, IPPC e Decisão da Comissão, de 17 de julho de 2000 , relativa à realização de um inventario europeu de emissões contaminantes com arranjo ao artigo 15 da Directora 96/61/CE do Conselho.
- ↑ Lei 16/2002 de 1 de julho, de prevenção e controle integrados da contaminação e Real Decreto Lei 5/2004, de 27 de agosto, pelo que se regula o regime do comércio de direito de emissão de gases de efeito invernadero.
