油脂對硝酸銨溶液的熱分解研究

趙 飛， 曹 雄， 程 威

（中北大學化工與環境學院，山西 太原 030051）

引 言

硝酸銨在常溫下相對穩定，對打擊、摩擦不敏感，但在高溫、高壓和有可被氧化的物質存在下會發生爆炸。由硝酸和氨反應生成的鹽，是一種重要的氮肥，用于氣溫較低地區的旱田作物上，比硫酸銨和尿素等銨態氮肥的肥效快、效果好，在我國以及歐美等地的北方大面積使用［1］。硝酸銨與燃料油結合在一起可制成炸藥［2］，應用于軍事和采礦等領域。國內外已經開展了有關硝酸銨固體以及一些雜質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，生產中不可避免地會混入一些雜質，或者受到周圍環境的影響，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 實驗部分

1.1 實驗藥品

純度為99.5%的硝酸銨；hl46＃液壓油。分別配制質量分數為75%、82%、84%、86%、88%、90%的硝酸銨溶液。

1.2 實驗裝置及原理

本文運用改進的溫度控制加熱裝置對硝酸銨溶液進行熱分析實驗。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。按照預先設定的5℃/min或3℃/min的速率勻速升溫，實驗多次取平均值。根據溫度-時間變化曲線圖，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系圖。

圖1 臨界爆炸溫度測試裝置示意圖

2 結果與討論

2.1 溫度-時間曲線

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

圖2 84%硝銨溶油脂10 mg/kg時的溫度-時間曲線圖

圖3 90%硝銨溶油脂11 mg/kg時的溫度-時間曲線圖

2.2 綜合溫度-時間曲線

升溫速率為5℃/min，油脂含量對硝酸銨溶液爆炸溫度影響實驗的數據如表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驗的數據如表2。根據表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 油脂質量分數對硝銨溶液爆炸溫度影響實驗數據表（平均值） ℃

表2 油脂含量對硝銨溶液爆炸溫度影響實驗數據表（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，相對比較穩定。結合圖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，臨界爆炸溫度呈現先減小、后增大、再減小的趨勢。硝銨溶液質量分數為84%和86%時，隨著油脂質量分數的增加，臨界爆炸溫度呈現先減小、后增大、再減小的趨勢。油脂質量分數為9mg/kg時，爆炸溫度為最小值；油脂質量分數為11mg/kg時，爆炸溫度達到峰值。硝酸銨質量分數為75%、82%、88%、90%時，隨著油脂質量分數的增加，臨界爆炸溫度呈先增大后減小、再增加再減小的趨勢。油脂質量分數為9mg/kg和11mg/kg時，臨界爆炸溫度為最大值；質量分數為10mg/kg時，臨界爆炸溫度達到最小值。硝銨溶液即將達到爆炸溫度時，罐內升溫速率明顯加快；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 結論

1）油脂對硝酸銨溶液的熱分解有明顯的促進作用，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.工業炸藥［M］.北京：兵器工業出版色，1994：218.

［2］ 洪春曉.硝酸銨溶液直接用于工業炸藥生產的應用［J］.科技創新導報，2011（13）：58.

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

［4］ 王光龍，許秀成.硝酸銨熱穩定性的研究［J］.鄭州大學學報，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.