1. Physikalische und chemische Eigenschaften von Ammoniumnitrat
Ammoniumnitrat mit einem Molekulargewicht von 80,05 liegt als farbloses Salz vor. Seine Dichte beträgt bei 20 Grad Celsius 1,725 g/cm³ und es besitzt eine spezifische Wärmekapazität von 1,70 J/g·K im Temperaturbereich von 0 bis 31 Grad Celsius.
Sein Schmelzpunkt liegt bei 169,6-170 Grad Celsius. Der Prozess, bei dem Ammoniumnitrat aus Ammoniak und Salpetersäure synthetisiert wird, zeichnet sich durch seine stark exotherme Natur aus, wie in der Reaktion dargestellt:
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NH3(g) + HNO3(l) → NH4NO3(s) ∆H = -146 kJ/mol
Der Phasenübergang bei 32,3 °C hat erhebliche Auswirkungen auf die Lagerung von ammoniumnitrathaltigen Düngemitteln. Eine wiederholte Einwirkung dieses Übergangs kann aufgrund der unterschiedlichen Dichte zu einer Verschlechterung der Düngemittelkörnchen und letztendlich zu deren Zerfall führen.
Ammoniumnitrat ist gut wasserlöslich und zeigt hygroskopisches Verhalten. Daher sind Vorkehrungen erforderlich, um die Feuchtigkeitsaufnahme während des Transports und der Lagerung zu verhindern.
Wenn sich Ammoniumnitrat in Wasser auflöst, absorbiert es Wärme und eignet sich daher zum Einfrieren von Mischungen, beispielsweise solchen aus Natriumchlorid und Eis.
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Ammoniumnitrat ist in verschiedenen nichtwässrigen Lösungsmitteln löslich. Flüssiges NH3 dient als Lösungsmittel, in dem sich das Salz löst und NH3 leicht absorbiert, wodurch Lösungen entstehen, die als Divers-Flüssigkeit bekannt sind.
Wässrige Ammoniumnitratlösungen mit einer Konzentration von 50 bis 70 Gew.-% absorbieren kräftig NH3 und dienen als Mittel zur NH3-Strippung aus Gasen. Diese Lösungen finden auch bei der Ammoniakierung von Superphosphat Anwendung.
In Methanol löst sich Ammoniumnitrat zu Lösungen von etwa 20 % bei 30 °C und etwa 40 % bei 60 °C. Seine Löslichkeit in Ethanol beträgt etwa 4 % bei 20 °C, während es in Aceton weniger löslich ist. Ammoniumnitrat ist in Ether unlöslich.
Als starkes Oxidationsmittel bleibt Ammoniumnitrat unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen stabil. Beim Erhitzen über 170 °C zerfällt es jedoch in Gase. Diese Zersetzung wird durch geringe Mengen Chlor oder freie Säure beschleunigt.
2. Herstellung von Ammoniumnitrat
Ammoniumnitrat entsteht durch die Reaktion von Ammoniak mit Salpetersäure. Außerdem entsteht Ammoniumnitrat bei der Herstellung von Stickstoff-Phosphor- (NP) und Stickstoff-Phosphor-Kalium-Düngemitteln (NPK).
Diese Bildung erfolgt durch die Zersetzung von Rohphosphat mit Salpetersäure, wobei das entstehende Salz zu einem Bestandteil der Düngemittel wird.
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Im europäischen Raum wird die Reaktion von Calciumnitrat, NH3 und CO2 zur Herstellung von NH4NO3 genutzt.
2.1. Aus Ammoniak und Salpetersäure
Ammoniumnitrat entsteht durch die Reaktion zwischen gasförmigem Ammoniak und Salpetersäure und zeichnet sich durch eine Wärmefreisetzung im Bereich von 100 bis 115 J pro Mol NH4NO3 aus. In verschiedenen Produktionsprozessen wird diese Exothermie genutzt, um Wasser teilweise oder vollständig zu verdampfen.
Abhängig von den Druckverhältnissen und der Salpetersäurekonzentration ist es möglich, Ammoniumnitratlösungen von 95 – 97 % zu erhalten.
Während des Neutralisationsprozesses ist es unbedingt erforderlich, eine schnelle und gründliche Vermischung der Reaktanten im Reaktor sicherzustellen, um lokale Überhitzung, Stickstoffverluste und den Abbau von Ammoniumnitrat zu verhindern.
Konventionelle Anlagen nutzen Verfahren wie das Uhde-Verfahren und das SBA-Verfahren (Société Belge de l’Azote), die sich durch niedrigere Reaktionstemperaturen und geringere Korrosionsanfälligkeit auszeichnen.
Durch die druckbasierte Neutralisation wird die optimale Ausnutzung der Reaktionswärme erreicht.
Der UCB-Prozess (Abbildung 1) verfügt über einen Wärmetauscher im Druckreaktor, der einen Teil der Reaktionswärme zur Dampferzeugung nutzt. Vorgewärmtes Ammoniak und 52 – 63 % HNO3 werden in den Reaktorsumpf eingespritzt, der bei einem Druck von etwa 0,45 MPa (4,5 bar) und Temperaturen von 170 – 180 °C arbeitet.
Nguồn: https://thuvienhaichau.edu.vn
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