硝酸铵

硝酸铵[ǎn]（英文名称：Ammonium nitrate，简称为AN，化学式为NH₄NO₃，又称铵硝石或硝铵），一种无机化合物，摩尔质量为80.04g/mol。硝酸铵室温下为无气味的白色正交结晶颗粒，25℃时的密度为1.72g/cm³，具有一定的吸湿性和结块性。硝酸铵易溶于水、醇、丙酮、液氨和氨水中，不溶于乙醚，有五种稳定的晶型——正方晶型I，四方晶型II，单斜晶型III，斜方六面晶型IV，四面晶型V。

发展历史

1659年，德国化学家约翰鲁道夫格劳伯（Johann Rudolf Glauber，1604-1670）首次以氨水和硝酸为原料制备出硝酸铵。约翰鲁道夫格劳伯在1667年-1668年所作的出版物中提到了这种化合物对人类有着十分重要的作用。1913年，在德国物理化学家弗里茨哈伯（Fritz Haber）和德国化学家卡尔博世（Carl Bosch 1874–1940）的共同努力下氨气的高压合成实现了商业化。同时，巴斯夫工厂（BASF）在德国奥波建立了第一座高压合成氨工厂，极大的促进了合成氨工业的发展。高压合成氨法的出现解决了世界氨资源主要依靠硝石、粪便和焦炭生产，且供应不足的现状。得益于高压合成氨法的发现，为硝酸铵等含氮产品的生产获得了丰富的原料。自那以后硝酸铵的产率不断上升，被广泛的应用于肥料和炸弹行业。

晶体特点

硝酸铵晶体会随着温度变化发生改性，在169℃-125℃时为稳定的立方晶型I（ε），在84.5℃-125℃时为稳定的四方晶型II（δ），在84.5℃-32℃时为稳定的单斜晶型III（β），在32℃到-16℃时为稳定的斜方六面晶型IV（β），-16℃时为稳定的四面晶型V（α），同时也发现了晶体形态：晶型VI（高于169℃，压力高于9000kg/cm2），晶型VII（低于-170℃）硝酸铵的一种变体向另一种变体的转变过程时可逆互变异构现象，在当硝酸铵由一种晶体向另一种变体改变的过程中伴随着放热（或吸热），同时，体积、热量、比容、热容和熵[shāng]都会发生显著的变化。

理化性质

物理性质

硝酸铵室温下为无味白色正交结晶颗粒。硝酸铵极易溶于水，25℃时在水中的溶解度为213g/100g，且溶于水时吸收大量的热；还可溶于醇（甲醇和乙醇）、酸（乙酸和硝酸）、丙酮和氨（液氨、氨水）等中，不溶于乙醚，25℃时的密度为1.72g/cm³，标准大气压下的熔点为169.7°C，20°C时硝酸铵水溶液的蒸气压为2.3kPa。与其他含氮盐类物质不同，硝酸铵具有高度吸湿性，且吸湿性与温度有很大的关系，一般随温度的升高而大幅度增大，同时由于在不同温度下，硝酸铵在水中溶解度的不同，硝酸铵具有一定的结块性。

化学性质

分解反应

硝酸铵在常温下稳定，不会发生分解反应。而在加热的条件下会发生分解。在169℃左右加热硝酸铵时，硝酸铵会熔化分解为氨气和硝酸，反应吸收一定热量。反应方程式为：

在这个过程中硝酸铵的分解以质子转移的形式进行。分解过程中形成的酸性物质，如铵离子、水合铵离子或硝酸，可显著提高硝酸铵的分解速率；而氨或水等碱基会一定程度上减缓分解速率。在200℃-230℃时加热硝酸铵，硝酸铵会放热分解。反应方程式为：

这个分解反应十分迅速，但可控制，也可如下进行分解。

在400℃以上加热硝酸铵，按照如下反应方程式分解并发生爆炸。

而在400℃以上发生爆炸时也可按照如下两种反应进行分解。

复分解反应

硝酸铵可与某些物质发生复分解反应。如KCl，KH₂PO₄等物质。硝酸铵和氯化钾发生反应。

制备方法

中和法

工艺原理

• 工业上常以氨气与硝酸为原料进行中和反应生产制备硝酸铵。

或利用氨水与硝酸中和反应制备硝酸铵。

• 在生产过程中，通过合理的利用反应过程中产生的中和热处理反应过程中的水分直接获得浓度更高的硝酸铵溶液，减少工业生产中的能量减损。

• 在保留中和热和减少热量损失的同时，需要注意减少硝酸因热分解导致氮损失而造成硝酸铵产量下降的弊端，在中和反应器中采用加压工业进行生产硝酸铵。

工艺流程

生产过程包括中和反应（氨与硝酸中和制取硝酸铵）、溶液蒸发（溶液蒸发至熔融液）、结晶或造粒（从熔融液中结晶出硝酸铵晶体）、干燥和冷却、贮存及包装等过程。

• 常压中和法的流程图如下所示：

常压中和硝酸的流程
1-硝酸槽；2-氨加热器；3-液氨分离器；4-HTH中和器；
5-蒸发蒸汽捕集洗涤器；6-一段真空蒸发器；7-再中和器

以下为加压中和与真空蒸发中和过程的流程图。

加压硝酸中和流程和采用真空蒸发器的硝酸中和流程

加压硝酸中和流程和采用真空蒸发器的硝酸中和流程

转化法

工艺原理

利用氮磷复合肥生产过程中的副产物Ca(NO₃)₂·H₂O与由NH₃与CO₂制备的(NH₄)₂CO₃反应制备硝酸铵。转换法原理可分为两步，第一步为碳酸铵的制备，第二步为硝酸铵的制备。

• 制备碳酸铵

• 制备硝酸铵

工艺流程

转换法的流程图如下所示：

转换法生产硝酸铵

其他方法

利用硫酸铵与硝酸钠或硝酸钡发生复分解反应制备硝酸铵。

• 反应原理如下

与其他两种方法相比，该方法的设备复杂且工艺投资较大，所以现已不再使用该法制备硝酸铵。

应用领域

化工领域

制备炸药

• 硝酸铵单独与燃料结合使用，或与固体燃料和敏化剂（如硝化甘油和 TNT）混合使用，来提高炸药的爆炸性能，如用于军事的阿马图炸药。

• 以硝酸铵、木粉、燃料油和TNT混合使用制备的铵梯油炸药被用作工业炸药行业中，广泛用于道路建设、矿山开采、地质勘探、爆炸加工等方面。

• 吸收一定含量的轻质油的硝酸铵炸药ANFO（硝酸铵-燃油），它们可以在移动设备中现场制作，而且价格低廉、操作安全。

生产N₂O

利用硝酸铵在一定温度下可以分解产生一氧化二氮的特性，也少部分的用于生产一氧化二氮产品，用作麻醉剂和食品用的气溶胶推进剂。

工业领域

硝酸钾可作为清洁燃烧特性固体推进剂氧化剂作为高氯酸铵的潜在替代品。但是该类型推进剂存在点火性能差、燃烧率低等缺点。

农业领域

硝酸铵是一种重要的氮肥，含有铵态氮和硝态氮，硝态氮和一部分铵态氮可以被植物直接吸收利用，另一部分铵态氮能被土壤胶体吸附，从而延长肥效，养分利用率高，肥效好，尤其是在气温较低地区的旱田作物上，它比硫酸铵和尿素等铵态氮肥的肥效快、效果好，既可以单独施用，也可与磷钾肥混合制造出各种复合肥料。复合肥料

• 硝酸铵钙是一种用硝酸铵和石灰石粉按一定比例混合熔融而成的复合肥，作为硝酸铵的改性产品，其养分比硝酸铵更加全面，使用运输更加安全，且不易结块。这种肥料在欧洲应用较为广泛。

• 尿素硝酸铵溶液（简称UAN溶液或UAN），又称水溶肥，也是一种稳定、无色、常压的复合型肥料，是由未经浓缩的尿素溶液和硝酸铵溶液混配而成，尿素硝酸铵溶液可溶性好，可以同时为作物提供硝态氮、铵态氮和酰胺态氮，作物易吸收利用，是理想的滴灌用水溶性肥料。

液体肥料

• 硝酸铵水溶性好，溶解度大，溶液流动性好，可作为配制高浓度液体肥料的理想原料，并且硝酸铵溶液配伍性好，可与多种磷钾肥原料中微量元素及助剂复配，形成稳定的多元体系。

• 硝酸铵溶液和氯化钾配制液体肥料，不会像固体硝氯基产品那样存在固体硝酸铵和氯化钾配比不当雪茄燃烧现象的安全风险。

其他领域

硝酸铵还可用于制造火柴、烟火、棉花干燥剂和杀虫剂。在医学上用于制造祛痰剂和尿液酸化剂

安全事宜

危险性

GHS分类:H272(93.72%)：可能会加剧火灾；氧化剂（危险氧化性液体；氧化性固体）H319(97.99%)：造成严重眼刺激（警告严重眼损伤/眼刺激）H335(12.14%)：可能引起呼吸道刺激（警告特异性目标器官毒性，单次接触；呼吸道刺激）

毒性

硝酸铵的毒性如下表所示。

健康危害

• 硝酸铵燃烧分解或爆炸分解时会产生有毒的氮氧化物。

• 人吸入硝酸铵蒸汽后会刺激鼻腔和喉咙，可能会引起严重的肺充血、咳嗽和呼吸困难，引起排尿和尿酸;大量吸入会导致全身性酸中毒和血红蛋白异常。

• 硝酸铵本身毒性较低，但如果吸入其颗粒不及时吸收，它们可能会被肠道中的细菌还原为亚硝酸盐，造成硝酸盐中毒。

储存运输

• 硝酸铵通常应单独存储在具有良好通风设施的仓库中，且制成仓库的材料需不易燃烧，如混凝土、砖或钢材。

• 在储存和运输硝酸铵的过程中需要采取一定措施来避免硝酸铵污染，避免因硝酸铵产品因接触促进分解的物质和起爆剂混合造成爆炸，如包括爆炸性物质硝化纤维；非易爆可燃物质：硫、木炭、面粉；不燃物质如黄铁矿；氯盐；碳质物质；无机酸：硫酸和盐酸和常见有机污染物油脂等。因此储存仓库需尽可能的远离热源、火灾或爆炸来源，如石油储存、天然气管道、木材场、易燃液体、易燃固体和可燃材料。

• 在储存和运输硝酸铵的过程中需采取一定措施来避免硝酸铵结块。硝酸铵具有高度吸湿性潮湿的环境下易吸湿结块。因此在运输时，不宜在潮湿环境和天气时装载转运硝酸铵产品。同时，需确保储存环境干燥通风，并定期检查。

消防相关

• 硝酸铵通常情况下稳定，在加热或接触爆炸性物质、有机物质、还原性物质等会发生严重爆炸。

• 在处理有关硝酸铵的火灾事故时，需要注意佩戴正压自给式呼吸器（SCBA）和穿着特定防护服。

• 在处理有关硝酸铵火灾事故时，需要使用水灭火，不要使用干粉灭火器或泡沫灭火器。因为CO₂或哈龙只能对火灾提供有限的控制。

急救措施

• 若眼睛不小心接触硝酸铵，应立即分开眼睑用流动清水或生理盐水冲洗15分钟左右。

• 若皮肤不小心接触硝酸铵，需立即脱去被污染的衣物，避免被污染的衣物干燥时引起火灾。同时应立即用肥皂和水冲洗接触处，若有不适感，请立即送往医院就医。

• 若不小心吸入硝酸铵，应立即将人移至新鲜空气处，保持患者呼吸道畅通，要时通过需要非循环呼吸面罩帮助患者辅助通气或提供人工呼吸。

• 若不小心食入硝酸铵，如果条件合适，口服活性炭。如果可以及时给予活性炭，则少量或中度摄入后无需洗胃。

参考资料

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