Nitrato de amonio

El nitrato de amonio es un compuesto químico con la fórmula química NH4NO3. Es una sal cristalina blanca que consta de iones de amonio y nitrato. Es altamente soluble en agua e higroscópico como sólido, aunque no forma hidratos. Se utiliza predominantemente en la agricultura como fertilizante con alto contenido de nitrógeno. La producción mundial se estimó en 21,6 millones de toneladas en 2017.

Su otro uso principal es como componente de mezclas explosivas utilizadas en minería, canteras y construcción civil. Es el componente principal de ANFO, un explosivo industrial popular que representa el 80% de los explosivos utilizados en América del Norte; se han utilizado formulaciones similares en artefactos explosivos improvisados.

Muchos países están eliminando gradualmente su uso en aplicaciones de consumo debido a preocupaciones sobre su potencial de uso indebido. Las explosiones accidentales de nitrato de amonio han matado a miles de personas desde principios del siglo XX.

Ocurrencia

El nitrato de amonio se encuentra como el mineral natural gwihabaite (anteriormente conocido como nitramita), el análogo de amonio del salitre (nombre mineralógico: nitro), en las regiones más secas del desierto de Atacama en Chile, a menudo como una costra en el suelo o junto con otros minerales de nitrato, yodato y haluros. El nitrato de amonio se extrajo allí hasta que el proceso de Haber-Bosch hizo posible sintetizar nitratos a partir del nitrógeno atmosférico, lo que hizo que la extracción de nitrato quedara obsoleta.

Producción, reacciones y fases cristalinas

La producción industrial de nitrato de amonio implica la reacción ácido-base del amoníaco con el ácido nítrico:

HNO₃ + NH₃ → NH₄NO₃

El amoníaco necesario para este proceso se obtiene mediante el proceso Haber a partir de nitrógeno e hidrógeno. El amoníaco producido por el proceso de Haber se puede oxidar a ácido nítrico por el proceso de Ostwald. El amoniaco se utiliza en su forma anhidra (un gas) y el ácido nítrico se concentra. La reacción es violenta debido a su naturaleza altamente exotérmica. Después de que se forma la solución, típicamente a una concentración de aproximadamente 83 %, el exceso de agua se evapora para dejar un contenido de nitrato de amonio (AN) de 95 % a 99,9 % de concentración (AN fundido), según el grado. La fusión de AN se convierte luego en "pepitas" o perlas pequeñas en una torre de aspersión, o en gránulos por aspersión y volteo en un tambor giratorio. Las perlas o gránulos se pueden secar, enfriar y luego recubrir para evitar el apelmazamiento. Estos gránulos o gránulos son los productos típicos de AN en el comercio.

Otro método de producción es una variante del proceso de nitrofosfato:

Ca(NO3)2 + 2 NH3 + CO2 + H₂O → 2 NH₄NO₃ + CaCO₃

Los productos, carbonato de calcio y nitrato de amonio, pueden purificarse por separado o venderse combinados como nitrato de amonio y calcio.

El nitrato de amonio también se puede producir a través de reacciones de metátesis:

(NH4)2SO4 + Ba(NO3)2 → 2 NH₄NO₃ + BaSO4

NH4Cl + AgNO3 → NH₄NO₃ + AgCl

Reacciones

Como el nitrato de amonio es una sal, tanto el catión, NH₄⁺, como el anión, NO₃^{−< /sup>, pueden participar en reacciones químicas.}

El nitrato de amonio sólido se descompone al calentarlo. A temperaturas por debajo de los 300 °C, la descomposición produce principalmente óxido nitroso y agua:

NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O

A temperaturas más altas, predomina la siguiente reacción.

2NH₄NO₃ → 2N₂ + O₂ + 4H₂O

Ambas reacciones de descomposición son exotérmicas y sus productos son gases. Bajo ciertas condiciones, esto puede conducir a una reacción desbocada, con el proceso de descomposición volviéndose explosivo. Ver § Desastres para más detalles. Se han producido muchos desastres de nitrato de amonio, con pérdida de vidas.

El color rojo anaranjado de una nube de explosión se debe al dióxido de nitrógeno, un producto de reacción secundario.

Fases cristalinas

Se han observado varias fases cristalinas de nitrato de amonio. Lo siguiente ocurre bajo presión atmosférica.

Fase	Temperatura (°C)	Simmetría
(líquido)	(arriba 169,6)
I	169,6 a 125,2	cúbico
II	125.2 a 84.2	tetragonal
III	84.2 a 32.3	α-rhombic
IV	32.3 a 16.8	β-rhombic
V	−16.8	tetragonal

La transición entre las formas β-rómbica y α-rómbica (a 32,3 °C) se produce a temperatura ambiente en muchas partes del mundo. Estas formas tienen una diferencia de densidad del 3,6% y, por lo tanto, la transición entre ellas provoca un cambio de volumen. Una consecuencia práctica de esto es que el nitrato de amonio no se puede usar como propulsor sólido para motores de cohetes, ya que desarrolla grietas. El nitrato de amonio estabilizado (PSAN) se desarrolló como una solución a esto e incorpora estabilizadores de haluros metálicos, que evitan las fluctuaciones de densidad.

Aplicaciones

Abono

El nitrato de amonio es un fertilizante importante con un índice NPK de 34-0-0 (34 % de nitrógeno). Está menos concentrado que la urea (46-0-0), lo que le da al nitrato de amonio una ligera desventaja para el transporte. La ventaja del nitrato de amonio sobre la urea es que es más estable y no pierde rápidamente nitrógeno a la atmósfera.

Explosivos

El nitrato de amonio forma fácilmente mezclas explosivas con propiedades variables cuando se combina con explosivos como TNT o con combustibles como polvo de aluminio o fuel oil. Los ejemplos de explosivos que contienen nitrato de amonio incluyen:

• Astrolite (nitrato de amonio y combustible de cohetes hidroazina)
• Amatol (nitrato de amonio y TNT)
• Ammonal (nitrato de amonio y polvo de aluminio)
• Amatex (nitrato de amonio, TNT y RDX)
• ANFO (nitrato de amonio y aceite de combustible)
• DBX (nitrato de amonio, RDX, TNT y polvo de aluminio)
• Tovex (nitrato de amonio y nitrato de metilammonio)
• Minol (explosivo) (nitrato de amonio, TNT y polvo de aluminio)
• Goma-2 (nitrato de amonio, nitroglicol, Nitrocellulose, Dibutil ftalato y combustible)

Mezcla con fuel oil

ANFO es una mezcla de 94 % de nitrato de amonio ("AN") y 6 % de fuel oil ("FO") ampliamente utilizado como explosivo industrial a granel. Se utiliza en minería de carbón, canteras, minería de metales y construcción civil en aplicaciones poco exigentes donde las ventajas del bajo costo, la seguridad relativa y la facilidad de uso de ANFO son más importantes que los beneficios que ofrecen los explosivos industriales convencionales, como resistencia al agua, balance de oxígeno, alta velocidad de detonación y desempeño en diámetros pequeños.

Terrorismo

Se utilizaron explosivos a base de nitrato de amonio en el atentado de Sterling Hall en Madison, Wisconsin, en 1970, el atentado de Oklahoma City en 1995, los atentados de Delhi de 2011, el atentado de 2011 en Oslo y las explosiones de Hyderabad de 2013.

En noviembre de 2009, el gobierno de la Provincia Fronteriza del Noroeste (NWFP, por sus siglas en inglés) de Pakistán impuso una prohibición a los fertilizantes de sulfato de amonio, nitrato de amonio y nitrato de amonio y calcio en la antigua División de Malakand, que comprende Upper Dir, Lower Dir, Swat, Chitral y Malakand de la NWFP, tras los informes de que los militantes utilizaron esos productos químicos para fabricar explosivos. Debido a estas prohibiciones, el "clorato de potasio, el material que hace que los fósforos de seguridad se incendien, ha superado a los fertilizantes como el explosivo elegido por los insurgentes."

Usos de nicho

El nitrato de amonio se usa en algunas bolsas de frío instantáneo, ya que su disolución en agua es altamente endotérmica. En 2021, la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita realizó experimentos para estudiar el potencial de disolución del nitrato de amonio en agua para sistemas de enfriamiento fuera de la red y como refrigerante. Sugirieron que el agua podría destilarse y reutilizarse usando energía solar para evitar el desperdicio de agua en ambientes severos.

Alguna vez se usó, en combinación con "combustibles" explosivos independientes; como el nitrato de guanidina, como una alternativa más económica (pero menos estable) al 5-aminotetrazol en los infladores de bolsas de aire fabricados por Takata Corporation, que fueron retirados del mercado como inseguros después de matar a 14 personas.

Seguridad, manipulación y almacenamiento

Hay numerosas pautas de seguridad disponibles para almacenar y manipular nitrato de amonio. Los datos de salud y seguridad se muestran en las hojas de datos de seguridad disponibles de los proveedores y de varios gobiernos.

El nitrato de amonio puro no se quema, pero como un fuerte oxidante, apoya y acelera la combustión de material orgánico (y algunos inorgánicos). No debe almacenarse cerca de sustancias combustibles.

Si bien el nitrato de amonio es estable a temperatura y presión ambiente en muchas condiciones, puede detonar con una fuerte carga de iniciación. No debe almacenarse cerca de explosivos de alta potencia o agentes de voladura.

El nitrato de amonio fundido es muy sensible a golpes y detonaciones, especialmente si se contamina con materiales incompatibles como combustibles, líquidos inflamables, ácidos, cloratos, cloruros, azufre, metales, carbón vegetal y aserrín.

El contacto con ciertas sustancias, como cloratos, ácidos minerales y sulfuros metálicos, puede provocar una descomposición vigorosa o incluso violenta capaz de encender el material combustible cercano o detonar.

El nitrato de amonio comienza a descomponerse después de derretirse, liberando NOx, HNO3, NH3 y H2O. No debe calentarse en un espacio confinado. El calor y la presión resultantes de la descomposición aumentan la sensibilidad a la detonación y aumentan la velocidad de descomposición. La detonación puede ocurrir a 80 atmósferas. La contaminación puede reducir esto a 20 atmósferas.

El nitrato de amonio tiene una humedad relativa crítica del 59,4 % a 30 °C. A mayor humedad, absorberá la humedad de la atmósfera. Por lo tanto, es importante almacenar el nitrato de amonio en un recipiente herméticamente cerrado. De lo contrario, puede fusionarse en una gran masa sólida. El nitrato de amonio puede absorber suficiente humedad para licuar. Mezclar nitrato de amonio con ciertos otros fertilizantes puede reducir la humedad relativa crítica.

El potencial para el uso del material como explosivo ha dado lugar a medidas reglamentarias. Por ejemplo, en Australia, las Regulaciones de Mercancías Peligrosas entraron en vigor en agosto de 2005 para hacer cumplir las licencias en el manejo de tales sustancias. Las licencias se otorgan solo a los solicitantes (industria) con las medidas de seguridad adecuadas para evitar cualquier uso indebido. También se pueden considerar usos adicionales, como fines educativos y de investigación, pero no el uso individual. Los empleados de aquellos con licencias para manejar la sustancia aún deben ser supervisados por personal autorizado y deben pasar un control de seguridad y de la policía nacional antes de que se les pueda otorgar una licencia.

Peligros para la salud

El nitrato de amonio no es peligroso para la salud y generalmente se usa en productos fertilizantes.

El nitrato de amonio tiene una LD50 de 2217 mg/kg, que en comparación es aproximadamente dos tercios de la sal de mesa.

Desastres

El nitrato de amonio se descompone, de forma no explosiva, en los gases óxido nitroso y vapor de agua cuando se calienta. Sin embargo, puede ser inducido a descomponerse explosivamente por detonación. Las grandes reservas del material también pueden representar un gran riesgo de incendio debido a su oxidación, una situación que puede escalar fácilmente hasta la detonación. Las explosiones no son infrecuentes: la mayoría de los años ocurren incidentes relativamente menores, y también se han producido varias explosiones grandes y devastadoras. Los ejemplos incluyen la explosión de Oppau de 1921 (una de las explosiones no nucleares artificiales más grandes), el desastre de la ciudad de Texas de 1947, las explosiones de Tianjin de 2015 en China y la explosión de Beirut de 2020.

El nitrato de amonio puede explotar a través de dos mecanismos:

• Transición a la detonación. Una carga explosiva dentro o en contacto con una masa de nitrato de amonio hace que el nitrato de amonio detone. Ejemplos de estos desastres son Kriewald, Morgan (actual Sayreville, Nueva Jersey), Oppau y Tessenderlo.
• Deflagración a la transición de la detonación. La explosión de nitrato de amonio resulta de un incendio que se propaga al nitrato de amonio (Ciudad de Texas, TX; Brest; Oeste, TX; Tianjin; Beirut), o de nitrato de amonio mezclando con un material combustible durante el incendio (Gibbstown, Cherokee, Nadadores). El fuego debe limitarse al menos a un grado para la transición exitosa de un fuego a una explosión.