油脂對硝酸銨溶液的熱分解研究

趙 飛， 曹 雄， 程 威

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西 太原 030051）

引 言

硝酸銨在常溫下相對穩(wěn)定，對打擊、摩擦不敏感，但在高溫、高壓和有可被氧化的物質(zhì)存在下會發(fā)生爆炸。由硝酸和氨反應(yīng)生成的鹽，是一種重要的氮肥，用于氣溫較低地區(qū)的旱田作物上，比硫酸銨和尿素等銨態(tài)氮肥的肥效快、效果好，在我國以及歐美等地的北方大面積使用［1］。硝酸銨與燃料油結(jié)合在一起可制成炸藥［2］，應(yīng)用于軍事和采礦等領(lǐng)域。國內(nèi)外已經(jīng)開展了有關(guān)硝酸銨固體以及一些雜質(zhì)對硝酸銨溶液的影響研究［3-5］。

硝酸銨一般以溶液的形式存在，生產(chǎn)中不可避免地會混入一些雜質(zhì)，或者受到周圍環(huán)境的影響，如高頻震蕩等。本文主要研究了溶液中存在油脂的情況下對硝酸銨溶液臨界爆炸溫度的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

純度為99.5%的硝酸銨；hl46＃液壓油。分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%、82%、84%、86%、88%、90%的硝酸銨溶液。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及原理

本文運(yùn)用改進(jìn)的溫度控制加熱裝置對硝酸銨溶液進(jìn)行熱分析實(shí)驗(yàn)。測試裝置見圖1。其主要原理是，將提前配好的藥品放入特定的錳鋼容器中，密封完好后，放入定溫加熱裝置中。按照預(yù)先設(shè)定的5℃/min或3℃/min的速率勻速升溫，實(shí)驗(yàn)多次取平均值。根據(jù)溫度-時(shí)間變化曲線圖，分析判斷油脂對硝酸銨溶液影響情況。本文通過改變油脂的濃度、硝酸銨的濃度和升溫速率繪制臨界爆炸溫度的關(guān)系圖。

圖1 臨界爆炸溫度測試裝置示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度-時(shí)間曲線

配制總質(zhì)量為4g的硝酸銨溶液，獲得的部分臨界爆炸測試溫度-時(shí)間曲線見第12頁圖2、圖3。

圖2 84%硝銨溶油脂10 mg/kg時(shí)的溫度-時(shí)間曲線圖

圖3 90%硝銨溶油脂11 mg/kg時(shí)的溫度-時(shí)間曲線圖

2.2 綜合溫度-時(shí)間曲線

升溫速率為5℃/min，油脂含量對硝酸銨溶液爆炸溫度影響實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如表1；升溫速率為3℃/min，油脂含量對硝酸銨溶液爆炸溫度影響實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如表2。根據(jù)表1繪制不同濃度硝銨溶液臨界爆炸溫度隨油脂含量改變的變化曲線，如圖4。

表1 油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)對硝銨溶液爆炸溫度影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（平均值） ℃

表2 油脂含量對硝銨溶液爆炸溫度影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（平均值） ℃

圖4 不同濃度硝銨溶液臨界爆炸溫度隨油脂含量改變的變化曲線（平均值）

硝酸銨在劇烈加熱條件下的分解溫度為300℃以上，相對比較穩(wěn)定。結(jié)合圖4可得，硝酸銨溶液熱分解的溫度明顯降低。所以，油脂能明顯加快硝酸銨溶液的分解。隨著油脂含量的改變，硝銨溶液的臨界爆炸溫度在220℃～240℃波動。隨著油脂含量的改變，臨界爆炸溫度呈現(xiàn)先減小、后增大、再減小的趨勢。硝銨溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為84%和86%時(shí)，隨著油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，臨界爆炸溫度呈現(xiàn)先減小、后增大、再減小的趨勢。油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9mg/kg時(shí)，爆炸溫度為最小值；油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11mg/kg時(shí)，爆炸溫度達(dá)到峰值。硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%、82%、88%、90%時(shí)，隨著油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，臨界爆炸溫度呈先增大后減小、再增加再減小的趨勢。油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9mg/kg和11mg/kg時(shí)，臨界爆炸溫度為最大值；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10mg/kg時(shí)，臨界爆炸溫度達(dá)到最小值。硝銨溶液即將達(dá)到爆炸溫度時(shí)，罐內(nèi)升溫速率明顯加快；爆炸瞬間，溫度急劇升高，升溫速率約為14℃/min；大約在30s后，溫度開始緩慢下降。

3 結(jié)論

1）油脂對硝酸銨溶液的熱分解有明顯的促進(jìn)作用，臨界爆炸溫度在220℃～240℃波動。

2）不同的升溫速率，速率越高，爆炸溫度越低。

3）硝酸銨濃度一定的情況下，隨著油脂含量的改變，臨界爆炸溫度基本呈先減小、后增大、再減小的趨勢。

［1］ 呂春旭，劉祖亮.工業(yè)炸藥［M］.北京：兵器工業(yè)出版色，1994：218.

［2］ 洪春曉.硝酸銨溶液直接用于工業(yè)炸藥生產(chǎn)的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011（13）：58.

［3］ 蘇洪，顏事龍，李萍豐，等.水和油脂對硝酸銨熱穩(wěn)定性的影響［J］.工程爆破，2014，20（5）：55-58.

［4］ 王光龍，許秀成.硝酸銨熱穩(wěn)定性的研究［J］.鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，24（1）：47-50.

［5］ 王春麗，曹雄，程松.pH 值對硝酸銨水溶液臨界爆炸溫 度的影響［J］.山西化工，2009，29（6）：19-20.