NH4NO3
Ammoniumnitrat

Chemische eigenschappen

Ammoniumnitraat vormt kleurloze hygroscopische kristallen die bij 169,6 °C smelten. De vaste stof kan in vijf verschillende polymorfe kristalvormen voorkomen, met transformatietemperaturen bij -16,9 °C, 32,3 °C, 84,2 °C en 125,2 °C. De neiging van ammoniumnitraatkristallen om samen te bakken is vooral te wijten aan de eerste twee fasen van de transformatie in de buurt van de kamertemperatuur.

De faseovergang tussen de polymorfen IV en III bij 32,2 °C is relevant voor de behandeling en opslag van de stof. In formuleringen voor meststoffen of explosieven kan dit gedrag leiden tot ongewenste veranderingen in de morfologie en dus in de eigenschappen. Deze faseovergang kan worden onderdrukt door doping met verschillende zouten om zogenaamd fase-gestabiliseerd ammoniumnitraat te verkrijgen. Geschikte zouten kunnen verschillende kaliumzouten zijn, zoals kaliumfluoride, kaliumchloride, kaliumnitraat, kaliumcarbonaat, kaliumsulfaat, kaliumrhodanide en kaliumdichromaat, die echter in een verhouding van 1 tot 2 Ma% (massaprocent) moeten worden toegevoegd. Het effect kan ook worden bereikt met een veel kleinere hoeveelheid 0,1 Ma% kaliumhexacyanidoferrate(II) K4[Fe(CN)6]-3H2O.

Productie

De industriële productie wordt uitgevoerd door het inbrengen van ammoniakgas in 40% salpeterzuur of door het combineren van ammoniakoplossing met salpeterzuur:

HNO3 + NH3 → NH4NO3

Gebruik

Ammoniumnitraat is het hoofdbestanddeel van veel meststoffen (ammoniumnitraat-zuiveringsoplossing, samengestelde meststoffen (“blauwe korrel”), calciumammoniumnitraat (Nitramoncal, merknaam van Chemie Linz, intern: NAC)).

Het wordt ook gebruikt voor explosieven. Ammoniumnitraat zit bijvoorbeeld in ANC- en Donarite-explosieven, maar ook in illegaal geproduceerde explosieven zoals ANNM.

Ammoniumnitraat werd ook tijdelijk gebruikt als drijfgas voor airbags in motorvoertuigen. Onder invloed van de hoge omgevingstemperatuur en luchtvochtigheid bleek het echter op lange termijn onvoldoende stabiel en werd het vervangen door andere drijfgassen. Alleen al in de VS moesten meer dan 40 miljoen voertuigen worden teruggeroepen, omdat in minstens één airbag een gasgenerator met ammoniumnitraat zat.

Hoewel het wordt beschouwd als oxiderend en kan exploderen bij verhitting, is ammoniumnitraat in feite geen explosieve stof in de zin van de Explosievenwet. Desondanks is de behandeling ervan in de Bondsrepubliek Duitsland geregeld in de Explosievenwet en mag ammoniumnitraat nu alleen nog worden gebruikt in combinatie met onschadelijke stoffen zoals kalk vanwege het potentiële gevaar ervan in meststoffen (KAS27). Vroeger waren de typische concentraties 26 en 28 % N (stikstofgehalte) van Chemie Linz. Vandaag is het 27 % N, wat neerkomt op ongeveer 70 % NH4NO3 en de rest op kalk en wat olie tegen het klonteren van de ballen. Met ureum kan een hoger stikstofgehalte tot 46 % worden bereikt, de amidestikstof is langzamer beschikbaar.

Veiligheid

Ammoniumnitraat is de oorzaak van vele rampen met ernstige explosies:

  • Een van de meest verwoestende van deze rampen was de explosie van de ammoniakfabriek Oppau bij BASF in Ludwigshafen aan de Rijn op 21 september 1921, waar de daar gestolde ammoniumsulfaatmeststof meestal met behulp van dynamiet werd losgemaakt voordat deze werd geloosd. Een verandering in het productieproces heeft waarschijnlijk geleid tot een lokale accumulatie van ammoniumnitraat in het product. De explosies veroorzaakten snel na elkaar twee explosies, waarbij ongeveer 400 van de in totaal 4500 ton kunstmest in een silo tot ontploffing kwam, met als gevolg een van de grootste explosieschade in de geschiedenis: 559 mensen kwamen om het leven, raakten gewond in 1977 en een groot deel van de fabriek en de omliggende gebouwen werd verwoest. De explosie was te horen tot in München, 300 kilometer verderop.
  • Bij de explosie in Texas City op 16 april 1947 ontploften de twee vrachtschepen Grandcamp (Frankrijk) en Highflyer (VS), geladen met ammoniumnitraat, in de haven van Texas City (Texas, VS). Er waren 500 tot 600 doden, meer dan 100 vermisten, 8000 gewonden, honderden daklozen en 65 miljoen dollar aan schade.
  • Op 28 juli 1947 explodeerde het vrachtschip Ocean Liberty (Noorwegen), geladen met ammoniumnitraat, in de haven van Brest (Frankrijk). Er waren 26 doden en meer dan 100 gewonden.
  • Aanval in Oklahoma City, VS, door de moordenaars Nichols/McVeigh op 19 april 1995.
  • Precies 80 jaar na de explosie in de ammoniakfabriek van Oppau (zie hierboven) kwamen op 21 september 2001 31 mensen om het leven bij een ammoniumnitraatexplosie in de AZF-meststoffenfabriek in Toulouse, Frankrijk, en waren er ook duizenden gewonden en enorme materiële schade.
  • Bij het spoorwegongeluk op Ryongchŏn op 22 april 2004 explodeerde in Ryongchŏn in Noord-Korea een met ammoniumnitraat geladen treinwagon, waarbij ten minste 161 mensen omkwamen, naar schatting 1300 mensen gewond raakten en 8000 huizen werden vernield of beschadigd.
  • Aanvallen in Noorwegen 2011 door de moordenaar Anders Behring Breivik op 22 juli 2011
  • Minstens 14 mensen kwamen om het leven en 180 anderen raakten gewond bij een brand en een gewelddadige explosie bij de West Fertilizer Company op 17 april 2013.
  • Op 12 augustus 2015 werden honderden mensen gedood of gewond bij een explosie in Tianjin, China. Volgens de Britse krant The Guardian werd er 800 ton ammoniumnitraat ter plaatse opgeslagen, naast vele andere stoffen. Deze hoeveelheid is een goede verklaring voor de krater, ongeveer 100 m breed, achtergelaten door de explosie. Het is nog niet bekend welke stof de hoofdoorzaak van de vernietiging was.