Effect of carbonate minerals on the thermal stability of fertilisers containing ammonium nitrate

Abstract

Fertilisers containing ammonium nitrate are the most efficient sources of nitrogen used in agriculture. The major hazard associated with production, storage and transport of materials containing this compound is its liability to rapid decomposition, or even detonation under certain conditions. Properly selected calcium and magnesium carbonates may increase the thermal stability of ammonium nitrate. The aim of this research was to determine the influence of the carbonate mineral type and composition on phase transitions and decomposition process of fertiliser-grade ammonium nitrate. The article focuses on the methodology of thermal analysis of samples containing ammonium nitrate with carbonates and points out the phenomena and thermal characteristics that should be taken into consideration when testing fertiliser mixtures. Two different sample preparation methods allowed for investigating processes that may occur in inappropriate storage and transport conditions as well as during the production of fertiliser. The measurements were taken using techniques of differential thermal analysis and thermogravimetry coupled with mass spectrometry. The results showed that too high a level of carbonates reactivity can cause problems during the production of fertiliser, reducing the effectiveness of the filler in a final product.

Ammonium Nitrate: Good or Bad Guy?

“…12 A elevada disponibilidade de nitrogênio (N) ofertado pelo NA para as plantas (cerca de 35%) 9 é resultado da doação de N realizada duplamente por seus íons amônio (NH 4 + ) e nitrato (NO 3 -), que proporcionam uma distribuição uniforme e controlada deste macronutriente no solo. 13 Outras vantagens do NA que justificam sua ampla utilização como fertilizante são sua elevada solubilidade em água e seu baixo custo, fatos que o tornam um sal bastante atraente para uso agrícola. 14 As características do NA mostram-se vantajosas diante das demais fontes de nitrogênio que poderiam substituí-lo nas formulações de fertilizantes, tais como: a amônia anidra (NH 3 ) -volátil, básica, de difícil manuseio e alto custo; a ureia (CH 4 N 2 O)volátil e propensa à perda de N; o sulfato de amônio ((NH 4 ) 2 SO 4 ) -baixa disponibilidade de N para a planta (21%) e elevada acidez; e o nitrogênio líquido (composto pela mistura de NA e ureia)difícil manuseio e requer condições custosas para armazenamento.…”

“…8 No entanto, outros fatores, como a presença de contaminantes químicos também podem resultar em eventos explosivos, através da formação de subprodutos capazes de diminuir a temperatura de decomposição. 13 Como exemplo de contaminantes químicos capazes de diminuir a estabilidade térmica do NA, tem-se: cloretos, sais de sódio, potássio, amônio e cálcio, ácidos, zinco, alumínio, enxofre, nitrocelulose, carvão vegetal, serragem, papel e vidro. 7,13,14,43 Tais materiais estão comumente presentes na constituição ou na embalagem dos produtos que podem conter NA como ativo, sendo necessário atenção às possíveis incompatibilidades químicas durante todo o processo de fabricação, armazenamento e transporte deste sal.…”

“…Assim como alguns agentes químicos podem diminuir a estabilidade térmica do NA, existem também aqueles capazes de aumentá-la, conferido maior segurança para seu armazenamento, transporte e uso. 13 Dentre estes, destacam-se o hidróxido de sódio (NaOH) e o carbonato de cálcio (CaCO 3 ) e magnésio (MgCO 3 ), que além de inibirem a decomposição do NA são frequentemente utilizados em preparações de fertilizantes a base de NA, por melhorarem a eficiência destas preparações. 7,13 Agentes químicos que diminuem a higroscopicidade do NA, visando impedir sua aglutinação e consequente formação da massa dura indesejável, também são comumente utilizados para aumentar o tempo de armazenamento do NA.…”

Thermal hazard analysis of a dehydrogenation system involving methylcyclohexane and toluene

“…These risks can lead to fires or explosions at the stations, causing major injury and property damage, not only to the FCV drivers and passengers using the stations but also to the station maintenance personnel and neighborhood residents. Thermal analysis is a useful technique for identifying and evaluating the thermal hazards of dangerous substances [16,17], cellulose [18,19], lithium-ion batteries [20], ionic liquids [21], and reactive monomers [22]. Thus, the purpose of this study was to analyze the thermal hazards of dehydrogenation systems that involve the use of MCH, toluene, and heat carriers, based on thermal analysis equipment.…”

A new chemical approach for preventing the anti-social use of ammonium nitrate

“…To thermally decompose ammonium nitrate, the ReaxFF reactive force field method was proposed by Shan [10]. The specific heat of a mixture of carbonate salts and ammonium nitrate was investigated by Popławski et al [11]. Dana et al reported that mixing ammonium nitrate with liquid urea decreased the detonation property of the former [12].…”