Nombre: Carina Tipán

Curso: Transferencia de masa II Fecha: 2011-04-07

NITRATO DE AMONIO

El nitrato de amonio o nitrato amónico es una sal formada por iones de nitrato y de amonio. Su fórmula es NH4NO3.

Se trata de un compuesto incoloro e higroscópico, altamente soluble en el agua.

Es explosivo y autodetonante en ausencia de agua o aplicación de calor o fuego. Es usado como abono y ocasionalmente como explosivo.

Datos físico-químicos

Fórmula: NH4NO3

Masa molecular: 80,04 g/mol Punto de fusión: 169,6 °C Punto de ebullición: 210 °C (descomposición) Densidad: 1,72 g/ml Nº CAS: 6484 - 52 -2 LD50: 2,217 mg/kg (rata)

Síntesis

El nitrato de amonio se obtiene por neutralización de ácido nítrico con amoníaco tras la evaporación del agua:

Aplicaciones

El nitrato de amonio se utiliza sobre todo como fertilizante por su buen contenido en nitrógeno. El nitrato es aprovechado directamente por las plantas mientras que el amonio es oxidado por los microorganismos presentes en el suelo a nitrito o nitrato y sirve de abono de más larga duración.

Una parte de la producción se dedica a la producción del óxido nitroso (N2O) mediante la termólisis controlada:

Esta reacción es exotérmica y puede ser explosiva si se lleva a cabo en un contenedor cerrado o calentando demasiado rápido. Las mezclas del nitrato de amonio con petróleo se utilizan como explosivos y se le denominan ANFO. Este compuesto también es responsable de la mayor parte de los accidentes graves con los fertilizantes:

El accidente más grave se registró en la explosión de la fábrica de nitrogenados en Oppenau cerca de Ludwigshafen (Alemania) en 1921 con 561 muertos.

El 16 de abril de 1947 la descarga de los barcos "Gradcamp" y "Highflyer" lleno de nitrato de amonio en Texas (EE.UU.) provocó una detonación que devastó gran parte de la ciudad con 486 muertos, 100 desaparecidos y más de 3000 heridos.

El 28 de julio del mismo año el buque "Ocena Liberty" explotó en Brest (Francia) provocando 21 muertos y más de 100 heridos.

Se supone que igualmente es responsable de la catástrofe provocado por un tren en Ryongchŏn (Corea del Norte) el 22 de abril de 2004, con al menos 161 muertos y más de 1300 heridos.

La más reciente en México (en el estado de Coahuila) el día 9 de septiembre del 2007, explotó un camión con ANFO (producto derivado del nitrato de amonio) causado por un choque carretero, dejando más de 50 muertos y más de 250 heridos en donde la empresa responsable fue Orica, la cual se dedica a la fabricación y transportación de materiales peligrosos.

El nitrato de amonio se ha empleado también en diversos ataques terroristas, como por ejemplo en Irlanda del Norte; en el atentado a la AMIA, en Argentina, en 1994; contra el edificio federal de Oklahoma, Estados Unidos, en 1995; contra la Embajada norteamericana en Nairobi, en 1998; contra un complejo turístico en Bali, en 2002; y más recientemente, en un doble atentado suicida dirigido contra el Consulado de Gran Bretaña y dos locales del banco HSBC en Estambul, en noviembre de 2003.

En el año 2000 se realizó por parte de EFMA, un compendio de ocho volúmenes que presentaban los "Mejores procedimientos industriales disponibles para la prevención de la producción y el control en la industria de fertilizantes europea", en respuesta a las normativas europeas[1] y españolas.[2]

En la actualidad, existen en Europa, según EFMA, en torno a diez métodos diferentes para la producción industrial del nitrato de amonio en sus diferentes riquezas, no existe un único procedimiento que pueda ser considerado como el más ventajoso respecto al resto, debido fundamentalmente a dos razones:

Las consideraciones comerciales influirán en la elección de un proceso u otro.

Se puede obtener el mismo producto, con características similares mediante la utilización de métodos distintos.

Por ello se incidirá en primer lugar de manera general sobre cada uno de los pasos del proceso, estableciendo a continuación las mejores soluciones que existen para resolver los problemas planteados.

Procesos de fabricación

La reacción entre el amoníaco y el ácido nítrico es irreversible, completa, instantánea, exotérmica y admite cualquier termodinámica o discusión cinética. El calor de reacción depende de la concentración de ácido nítrico usado y de la solución producida de nitrato de amonio, pues la disolución

cuanto más concentrada está, mayor es el calor de reacción. Dicho calor de reacción se puede utilizar para producir la evaporación del agua de la solución de nitrato de amonio y además para producir vapor.

El nitrato de amonio puro sufre una descomposición endotérmica a 169 °C y tiene un punto de ebullición de 230 °C. La concentración del ácido nítrico usado normalmente es de 55 a 65 %, mientras su punto de ebullición a presión atmosférica es de 120 °C, más bajo por tanto que la solución producida de nitrato de amonio, soluciones altamente concentradas manifiestan altos puntos de ebullición y de congelación. Lo primero puede causar altas temperaturas y por tanto operaciones peligrosas y lo segundo bloqueo de las tuberías.

El nitrato de amonio conservado a 100 °C por un largo periodo de tiempo sufre una descomposición termal hacia amoníaco y ácido nítrico, descomposición que a más de 185 °C puede producir una explosión peligrosa. La solubilidad de amoníaco en agua decrece rápidamente cuando aumenta la temperatura y la alta volatilidad de los componentes y la descomposición de la sal producida conduce fácilmente a pérdidas ambientales y problemas de corrosión. El control de las variables de la reacción (temperatura, presión, calor utilizado y concentraciones de ácido nítrico y nitrato de amonio) y los detalles de construcción, logran la utilización del máximo calor, generándose una mezcla fundida sin adicción de calor externo que al mismo tiempo asegura unas condiciones, todo con el mismo equipo y consumo de energía, en las que se consigue la mayor producción posible y una alta calidad del producto.

El proceso de obtención de nitrato de amonio básicamente consta de los siguientes pasos:

1. La neutralización del amoníaco con el ácido nítrico.2. La evaporación de la solución neutralizada.3. El control del tamaño de las partículas en la cristalización y las

características del producto seco.

Neutralización

Es una reacción instantánea y altamente exotérmica, como se ha visto anteriormente, con un producto de reacción inestable pero podemos obtener una buena realización industrial cuando se dan las siguientes condiciones:

1. Mezcla excelente de los reactivos.2. Control estricto del pH, los sistemas modernos utilizan un control

automático del mismo, mediante dos válvulas automatizadas, se va controlando la proporción teórica que necesitamos de amoníaco y de ácido nítrico en el reactor.

3. Control de la temperatura en el reactor, para evitar sobrecalentamientos locales pues cuanto mayor es la temperatura en el reactor, más importante es mantener el valor de pH constante y de evitar la introducción en el mismo de cloruros, metales pesados y compuestos orgánicos, pues existe riesgo de explosión. También se ha de controlar para:

o Evitar pérdidas en los reactivos, ya que ambos especialmente el amoníaco son considerablemente volátiles y podrían por tanto, escaparse junto al vapor de agua generado si la temperatura subiera indebidamente.

o Impedir que se presenten riesgos de descomposición del producto.

La temperatura de reacción se controla por medio de la debida regulación de la adicción de los reactivos, por extracción del calor generado y en casos extremos, añadiendo agua (condensados) al contenido del neutralizador. Si bien pueden eliminarse prácticamente las pérdidas del ácido sólo por medio del control de la temperatura de reacción, no ocurre lo mismo con las pérdidas de amoníaco, debido a su mayor volatilidad. Por esto, es necesario tomar medidas adicionales. En algunos procesos se añade, para este propósito un ligero exceso de ácido sobre la cantidad estequiométricamente requerida. En otros, el neutralizador funciona totalmente lleno de líquido, lo cual hace factible, mantener en él una presión de varias atmósferas, muy por encima de la presión de vapor de la solución.

En la práctica los procesos comerciales difieren en dos puntos principales, en la mezcla y en le control de la temperatura, siendo ésta la característica más importante. Los parámetros de la reacción y la construcción adoptada en la neutralización definen toda una línea de producción: ácido precalentado, evaporación de amoníaco y evaporación del agua restante (parcial o totalmente) puede ser realizados mediante el calor recuperado en la neutralización.

Evaporación

Los distintos procedimientos difieren el contenido en agua de los reactivos (por lo tanto de la concentración de nitrato de amonio que salga de la sección de neutralización), de la cantidad de agua requerida en los siguientes procesos de solidificación del producto final y del control de las temperaturas.

En los métodos utilizados hasta 1945, la solución neutralizada de nitrato de amonio sufría una evaporación hasta una concentración elevada, seguida de un enfriamiento consecutivo y la formación del producto. Otros métodos realizaban la evaporación hasta una menor concentración y completaban la misma mediante cristalización o evaporación continua en aparatos diseñados a tal efecto, dicha evaporación también se hacía mediante evaporadores de película (wiped film) que tenían la ventaja de contener pesos muy bajos de materia en tratamiento.

Después de 1965, eficaces evaporadores que operan al vacío se han utilizado en nuevas fábricas, estas modernas unidades tienen una mayor eficiencia térmica y pueden controlarse con precisión. La parte de la unidad donde la concentración es mayor al 99% w de nitrato de amonio, es diseñada para retener únicamente pequeñas cantidades de solución concentrada por cuestiones de seguridad. Estas precauciones son necesarias parra evitar la contaminación de la solución por materias orgánicas y su posible explosión.

Las soluciones de nitrato de amonio pueden variar entre el 78 y 98% w, y los procesos de solidificación pueden trabajar con melazas desde el 5% w de agua (en los granuladores de tambor) hasta de 0,3 a 0,5% w de agua (en torres prilling), por ello que en la industria existan cientos de evaporadores, cada uno ajustado lo más posible a las necesidades impuestas por el producto requerido.

Manejo y almacenamiento

Manejo: proporcionar una ventilación adecuada. Utilizar protección de ojos y manos.

Almacenamiento: situar los tanques lejos de almacenamientos de sustancias combustibles. Proteger los tanques de la corrosión y daños físicos. Comprobar el pH de la solución diariamente. Si el pH de la solución al 10% está por debajo de 4,5 añadir amoníaco gas hasta que se alcance este pH. El material apropiado para los recipientes es el acero inoxidable austenítico. No permitir fumar. Utilizar lámparas protegidas en las áreas de almacenamiento.

Medidas de seguridad

Límites de exposición recomendados: no hay límites oficiales especificados. (1995-96)

Medidas de precaución y equipos mecánicos: evitar la exposición a los vapores y proveer al local de ventilación necesaria. Instalar equipos lava-ojos y duchas de seguridad en cualquier lugar en donde se pueda producir contacto con los ojos y la piel.

Protección personal: en casos de emergencias, usar equipos de respiración apropiados. Usar guantes resistentes al calor y ropa de protección. Usar gafas de seguridad química o pantalla facial.