Ammonium_Nitrate
Ammonium_Nitrate

[Dossier spécial « accidents industriels »]Science sans conscience n’est que ruine de l’âme , disait l’autre. Le nitrate d’ammonium est un composé chimique de formule chimique H4O3. C’est un solide cristallin blanc composé d’ions d’ ammonium et de nitrate .

Il est hautement soluble dans l’eau et hygroscopique sous forme de solide, bien qu’il ne forme pas d’ hydrates . Il est principalement utilisé en agriculture comme engrais à haute teneur en azote . La production mondiale a été estimée à 21,6 millions de tonnes en 2017.

Son autre utilisation majeure est en tant que composant de mélanges explosifs utilisés dans les mines, les carrières et la construction civile. C’est le principal constituant de l’ ANFO , un explosif industriel populaire qui représente 80% des explosifs utilisés en Amérique du Nord; des formulations similaires ont été utilisées dans des engins explosifs improvisés .

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De nombreux pays abandonnent progressivement son utilisation dans les applications grand public en raison de préoccupations quant à son potentiel d’utilisation abusive. Les explosions accidentelles de nitrate d’ammonium ont tué des centaines de personnes depuis le début du 20e siècle.

Occurrence

Le nitrate d’ammonium se trouve sous forme de gwihabaite minéral naturel – l’analogue ammonium du salpêtre – dans les régions les plus sèches du désert d’Atacama au Chili, souvent sous forme de croûte au sol ou en conjonction avec d’autres minéraux de nitrate, d’ iodate et d’ halogénure .

Ammonium-nitrate-xtal-3D-balls
Ammonium-nitrate-xtal-3D-balls

Le nitrate d’ammonium y a été extrait par le passé, mais pratiquement 100% du produit chimique actuellement utilisé est synthétique.

Production, réactions et phases cristallines

La production industrielle de nitrate d’ammonium implique la réaction acido-basique de l’ ammoniac avec l’acide nitrique :

HNO 3 + NH 3 → NH 4 NO 3

L’ammoniac est utilisé sous sa forme anhydre (un gaz) et l’acide nitrique est concentré. La réaction est violente en raison de sa nature hautement exothermique .

Une fois la solution formée, typiquement à une concentration d’environ 83%, l’excès d’eau est évaporé pour laisser une teneur en nitrate d’ammonium (AN) de 95% à 99,9% de concentration (AN fondu), selon la qualité.

La masse fondue d’AN est ensuite transformée en « granules » ou en petites billes dans une tour de pulvérisation , ou en granulés par pulvérisation et culbutage dans un tambour rotatif.

Les prills ou granulés peuvent être davantage séchés, refroidis, puis enrobés pour éviter le mottage. Ces prills ou granulés sont les produits AN typiques du commerce.

L’ammoniac nécessaire à ce procédé est obtenu par le procédé Haber à partir d’azote et d’hydrogène.

L’ammoniac produit par le procédé Haber peut être oxydé en acide nitrique par le procédé d’Ostwald .

Une autre méthode de production est une variante du procédé nitrophosphate :

Ca (NO 3 ) 2 + 2 NH 3 + CO 2 + H 2 O → 2 NH 4 NO 3 + CaCO 3

Les produits, carbonate de calcium et nitrate d’ammonium, peuvent être purifiés séparément ou vendus combinés sous forme de nitrate de calcium et d’ammonium .

Le nitrate d’ammonium peut également être fabriqué par des réactions de métathèse :

(NH 4 ) 2 SO 4 + Ba (NO 3 ) 2 → 2 NH 4 NO 3 + BaSO 4
NH 4 Cl + AgNO 3 → NH 4 NO 3 + AgCl

Le nitrate d’ammonium en tableau récapitulatif

Des noms
Nom IUPAC    =  Nitrate d’ammonium
Identifiants
Modèle 3D ( JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
Carte Info ECHA 100.026.680
Numéro CE
  • 229-347-8
Numéro RTECS
  • BR9050000
UNII
Numéro UN 0222 – avec> 0,2% de matières combustibles
1942 – avec ≤ 0,2% de matières combustibles
2067 – engrais
2426 – liquide
Propriétés
NH 4 NO 3
Masse molaire 80,043 g / mol
Apparence blanc / gris uni
Densité 1,725 ​​g / cm 3 (20 ° C)
Point de fusion 169,6 ° C (337,3 ° F; 442,8 K)
Point d’ébullition environ. 210 ° C (410 ° F; 483 K) se décompose
Endothermique
118 g / 100 ml (0 ° C)
150 g / 100 ml (20 ° C)
297 g / 100 ml (40 ° C)
410 g / 100 ml (60 ° C)
576 g / 100 ml (80 ° C) )
1024 g / 100 ml (100 ° C) [1]
-33,6 · 10 -6 cm 3 / mol
Structure
trigone
Données explosives
Sensibilité aux chocs très lent
Sensibilité au frottement très lent
Vitesse de détonation 2500 m / s
Dangers
Principaux dangers Explosif, oxydant
Pictogrammes SGH GHS07: Nocif GHS03: Comburant GHS01: Explosif
Mot de signalisation SGH Danger
H201 , H271 , H319
P220 , P221 , P271 , P280 , P264 , P372
NFPA 704 (diamant de feu)
Flammability code 0: Will not burn. E.g. water Health code 1: Exposure would cause irritation but only minor residual injury. E.g. turpentine Reactivity code 3: Capable of detonation or explosive decomposition but requires a strong initiating source, must be heated under confinement before initiation, reacts explosively with water, or will detonate if severely shocked. E.g. hydrogen peroxide Special hazard OX: Oxidizer. E.g. potassium perchlorate

Diamant quatre couleurs NFPA 704

Dose ou concentration létale (DL, LC):
DL 50 ( dose médiane )
2085 à 5300 mg / kg (par voie orale chez le rat, la souris) [2]
Composés apparentés
Autres anions
Nitrite d’ammonium
Autres cations
Nitrate de sodium Nitrate de
potassium Nitrate d’
hydroxylammonium
Composés apparentés
Perchlorate d’ammonium
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Références Infobox

Réactions

Le nitrate d’ammonium étant un sel , le cation NH 4 + et l’anion NO 3 – peuvent participer à des réactions chimiques.

Le nitrate d’ammonium solide se décompose en chauffant. À des températures inférieures à environ 300 ° C, la décomposition produit principalement du protoxyde d’azote et de l’eau:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O
A des températures plus élevées, la réaction suivante prédomine.

2NH 4 NON 3 → 2N 2 + O 2 + 4H 2 O

Phases cristallines

Un certain nombre de phases cristallines de nitrate d’ammonium ont été observées. Les événements suivants se produisent sous la pression atmosphérique.

Température (° C) Symétrie
au-dessus de 125,2 cubique
125,2 à 84,2 tétragonale
84,2 à 32,3 α-rhombique
32,3 à −16,8 β-rhombique
en dessous de −16,8 tétragonale [8]

Le passage des formes β-rhombiques aux α-rhombiques, qui peut se produire à température ambiante dans de nombreuses régions du monde, a des conséquences pratiques: il a limité l’adoption du nitrate d’ammonium comme carburant pour fusées. Pour cette raison, le nitrate d’ammonium stabilisé en phase (PSAN) qui incorpore des halogénures métalliques comme stabilisants a été étudié.

Applications

Engrais

Le nitrate d’ammonium est un engrais important avec un indice NPK 34-0-0 (34% d’azote). Il est moins concentré que l’ urée (46-0-0), ce qui donne au nitrate d’ammonium un léger inconvénient pour le transport. L’avantage du nitrate d’ammonium par rapport à l’urée est qu’il est plus stable et ne perd pas rapidement d’azote dans l’atmosphère.

Explosifs

Le nitrate d’ammonium n’est pas un explosif sous la forme qu’il est couramment vendu. Cependant, il forme facilement des mélanges explosifs aux propriétés variables lorsqu’il est combiné avec des explosifs primaires tels que les azotures ou avec des combustibles tels que la poudre d’aluminium ou le mazout .

Mélange avec du fioul

L’ANFO est un mélange de 94% de nitrate d’ammonium («AN») et de 6% de mazout («FO») largement utilisé comme explosif industriel en vrac .

Il est utilisé dans les mines de charbon , les carrières , les mines de métaux et la construction civile dans des applications peu exigeantes où les avantages du faible coût et de la facilité d’utilisation d’ANFO comptent plus que les avantages offerts par les explosifs industriels conventionnels, tels que la résistance à l’eau, équilibre d’oxygène, vitesse de détonation élevée et performances dans les petits diamètres.

Terrorisme

Des explosifs à base de nitrate d’ammonium ont été utilisés dans l’ attentat de Sterling Hall à Madison, Wisconsin, 1970, l’ attentat à la bombe d’Oklahoma City en 1995, les attentats de Delhi de 2011 , l’ attentat de 2011 à Oslo et les explosions de 2013 à Hyderabad .

Ammonium-nitrate
Ammonium-nitrate

En novembre 2009, le gouvernement de la Province de la Frontière du Nord-Ouest (NWFP) du Pakistan a interdit les engrais à base de sulfate d’ammonium, de nitrate d’ammonium et de nitrate d’ammonium calcique dans l’ancienne division de Malakand – comprenant l’ Upper Dir , Lower Dir , Swat , Chitral , et les districts de Malakand de la NWFP – à la suite d’informations selon lesquelles ces produits chimiques étaient utilisés par des militants pour fabriquer des explosifs. En raison de ces interdictions,  » le chlorate de potassium – ce qui fait des allumettes de sécuritéprend feu – a surpassé les engrais comme explosif de choix pour les insurgés.  »

Utilisations de niche

Le nitrate d’ammonium est utilisé dans certaines compresses froides instantanées , car sa dissolution dans l’eau est hautement endothermique . Il a également été utilisé, en combinaison avec des «carburants» explosifs indépendants tels que le nitrate de guanidine , [14] [15] comme alternative moins chère (mais moins stable) au 5-aminotétrazole dans les gonfleurs des airbags fabriqués par Takata Corporation , qui ont été rappelés comme dangereux après avoir tué 14 personnes.

Une solution de nitrate d’ammonium avec de l’acide nitrique appelée Cavea-b s’est avérée prometteuse pour une utilisation dans les engins spatiaux comme alternative plus énergétique à l’ hydrazine monopropulseur commun . Un certain nombre d’essais ont été menés dans les années 1960 mais la substance n’a pas été adoptée par la NASA.

Sécurité, manipulation et stockage

Les données de santé et de sécurité figurent sur les fiches de données de sécurité disponibles auprès des fournisseurs et disponibles sur Internet.

En réponse à plusieurs explosions entraînant la mort de nombreuses personnes, les agences américaines de protection de l’environnement (EPA), de santé et de sécurité au travail (OSHA) et le Bureau of Alcohol, Tobacco and Firearms ont publié conjointement des directives de sécurité.

Le chauffage ou toute source d’inflammation peut provoquer une violente combustion ou une explosion.

Le nitrate d’ammonium réagit avec les matières combustibles et réductrices car il s’agit d’un oxydant puissant.

Bien qu’il soit principalement utilisé pour les engrais, il peut être utilisé pour les explosifs. Il était parfois utilisé pour faire sauter la terre pour faire des étangs de ferme.

Le nitrate d’ammonium est également utilisé pour modifier la vitesse de détonation d’autres explosifs, tels que le trinitrotoluène sous forme d’ amatol .

De nombreuses consignes de sécurité sont disponibles pour le stockage et la manipulation du nitrate d’ammonium.

Il ne doit pas être stocké à proximité de substances combustibles. Le nitrate d’ammonium est incompatible avec certaines substances telles que les chlorates , les acides minéraux et les sulfures métalliques , dont le contact peut conduire à une décomposition vigoureuse voire violente.

Le nitrate d’ammonium a une humidité relative critique de 59,4%, au-dessus de laquelle il absorbera l’humidité de l’atmosphère.

Par conséquent, il est important de stocker le nitrate d’ammonium dans un récipient hermétiquement fermé. Sinon, il peut se fondre en une grande masse solide.

Le nitrate d’ammonium peut absorber suffisamment d’humidité pour se liquéfier. Le mélange de nitrate d’ammonium avec certains autres engrais peut abaisser l’humidité relative critique.

Le potentiel d’utilisation de la matière comme explosif a conduit à des mesures réglementaires. Par exemple, en Australie, le Règlement sur les marchandises dangereuses est entré en vigueur en août 2005 pour appliquer les licences dans le traitement de ces substances.

Les licences ne sont accordées qu’aux demandeurs (industrie) avec des mesures de sécurité appropriées en place pour empêcher toute utilisation abusive.

Des utilisations supplémentaires telles que des fins d’éducation et de recherche peuvent également être envisagées, mais l’utilisation individuelle ne le sera pas.

Les employés de ceux qui détiennent des licences pour manipuler la substance doivent toujours être supervisés par du personnel autorisé et doivent passer un contrôle de sécurité et de police nationale avant qu’une licence puisse être accordée.

Le nitrate = Dangers pour la santé

Les données de santé et de sécurité figurent sur les fiches de données de sécurité , qui sont disponibles auprès des fournisseurs et peuvent être consultées sur Internet. [27]

Le nitrate d’ammonium n’est pas dangereux pour la santé et est généralement utilisé dans les produits fertilisants.

Le nitrate d’ammonium a une DL 50 de 2 217 mg / kg [30] qui, à titre de comparaison, représente environ les deux tiers de celle du sel de table .

Désastres

A lire aussi l’article principal: catastrophes de nitrate d’ammonium

Le nitrate d’ammonium se décompose, non explosive, dans le gaz d’ oxyde nitreux et la vapeur d’eau lorsqu’elle est chauffée. Cependant, il peut être amené à se décomposer de manière explosive par détonation .

[31] Les grands stocks de matière peuvent également constituer un risque d’incendie majeur en raison de leur oxydation de soutien , une situation qui peut facilement dégénérer en détonation.

Les explosions ne sont pas rares: des incidents relativement mineurs se produisent la plupart des années, et plusieurs explosions importantes et dévastatrices se sont également produites.

Les exemples incluent l’ explosion d’Oppau de 1921 (l’une des plus grandes explosions artificielles non nucléaires ), la catastrophe de Texas City de 1947, leLes explosions de Tianjin en Chine en 2015 et les explosions de Beyrouth en 2020 . [32]

Le nitrate d’ammonium peut exploser par deux mécanismes:

  • Transition choc-détonation. Une charge explosive à l’intérieur ou en contact avec une masse de nitrate d’ammonium fait exploser le nitrate d’ammonium. Des exemples de telles catastrophes sont Kriewald , Morgan (aujourd’hui Sayreville, New Jersey ), Oppau et Tessenderlo .
  • Transition de déflagration à détonation . L’explosion de nitrate d’ammonium résulte d’un incendie qui se propage dans le nitrate d’ammonium ( Texas City, TX ; Brest ; West, TX ; Tianjin ; Beyrouth ), ou du mélange de nitrate d’ammonium avec un matériau combustible lors de l’incendie ( Repauno , Cherokee, Nadadores ) . Le feu doit être confiné au moins dans une certaine mesure pour une transition réussie d’un incendie à une explosion.

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