Reactivity of concentrated ammonium nitrate solutions in the presence of organic impurities

Assessment of mixtures reactivity under certain conditions is essential for safe and conscious designing and improving manufacturing processes. One commonly used compound, the reactivity of which is very important, is ammonium nitrate and its solutions. The biggest influence on the reactivity of ammonium nitrate has the temperature and presence of other compounds, including impurities, that catalyze reactions leading to degradation. One of such impurities are organic compounds which impact on the ammonium nitrate has not yet been clearly described. The aim of the research was to investigate the influence of selected organic impurities on the reactivity of aqueous solutions containing up to 50 wt % ammonium nitrate, buffered with 15 wt % diammonium phosphate. The measurements were carried out using differential scanning calorimetry. Solution without organic compounds showed no reactivity up to 240 oC. The addition of 8 wt % ammonium oxalate did not increase the reactivity of ammonium nitrate. It was observed an endothermic decomposition reaction of oxalic acid, beginning at 185 oC. During the measurement of a solution containing 6 wt % phenidone, it was registered an exothermic complex reaction, beginning at 189 oC and showing relatively small thermal effect. Addition of 6 wt % pyrogallol caused a significant increase in reactivity of ammonium nitrate solution. Strongly exothermic reaction beginning at 192 oC was observed. Spectrophotometric measurement showed a clear nitrate concentration loss in the sample after calorimetric measurement. The results show that the nitrate ion selectively oxidizes certain functional groups in organic compounds.

Ocena reaktywności mieszanin w określonych warunkach jest niezbędna, aby móc w sposób bezpieczny i świadomy projektować oraz usprawniać procesy technologiczne. Jednym z powszechnie stosowanych związków, którego reaktywność jest niezwykle ważna, jest azotan amonu i jego roztwory. Największy wpływ na reaktywność azotanu amonu ma temperatura oraz obecność innych związków, w tym zanieczyszczeń, katalizujących reakcje rozkładu. Jednym z takich zanieczyszczeń są związki organiczne, których wpływ na azotan amonu nie został do tej pory jednoznacznie opisany. Celem pracy było określenie wpływu zanieczyszczeń organicznych na reaktywność wodnych roztworów zawierających do 50 % wag. azotanu(V) amonu, buforowanych wodorofosforanem(V) amonu w ilości 15 % wag. Pomiary wykonano z wykorzystaniem skaningowej kalorymetrii różnicowej. Roztwór pozbawiony zanieczyszczeń organicznych nie wykazał reaktywności do 240 oC. Dodatek 8 % wag. szczawianu amonu nie zwiększył reaktywności azotanu amonu. Zaobserwowano endotermiczną reakcję rozkładu kwasu szczawiowego, rozpoczynającą się w 185 oC. Podczas pomiaru roztworu zawierającego 6 % wag. fenidonu, zarejestrowano w 189 oC egzotermiczną reakcję o złożonym przebiegu, której efekt cieplny jest niewielki. Dodatek 6 % wag. pirogalolu spowodował znaczny wzrost reaktywności roztworu azotanu amonu. Zaobserwowano silnie egzotermiczną reakcję rozpoczynającą się w 192 oC. Pomiar spektrofotometryczny wykazał wyraźny ubytek stężenia azotanów w próbce po pomiarze kalorymetrycznym. Wyniki badań wskazują na to, że jon azotanowy selektywnie utleniania wybrane grupy funkcyjne w związkach organicznych.