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      農(nóng)業(yè)用硝酸鉀危險類別淺析

      2014-10-17 08:46:00張罡
      無機(jī)鹽工業(yè) 2014年5期
      關(guān)鍵詞:硝酸鉀農(nóng)用工業(yè)

      張罡

      (岳陽市鉀鹽科學(xué)研究所,湖南岳陽 414000)

      硝酸鉀(KNO3)是一種重要的無機(jī)化工原料,分子量為101.1,自然界中單體存在的形式少見,常與鈉硝石、瀉利鹽、鈣硝石和石膏共生。硝酸鉀為白色粉末或無色透明的斜方、菱形結(jié)晶。它有兩種晶型,在25℃時生成無水硝酸鉀的斜方形結(jié)晶,高于127.7℃時轉(zhuǎn)變?yōu)榱饷骟w結(jié)晶。硝酸鉀相對密度為2.109,熔點(diǎn)為334℃,易溶于水、液氨和甘油。不溶于無水乙醇和乙醚,25℃時在無水甲醇中的溶解度為0.34%。25℃時,硝酸鉀溶解熱焓(水中無限稀釋)為 34.9 kJ/mol,比熱容為 96.36 J/(mol·K),生成熱焓為-492.8 kJ/mol,熔化熱焓為10 kJ/mol。硝酸鉀在空氣中不易潮解,僅微吸濕,不易結(jié)塊,在水中不形成水合物,冰鹽點(diǎn)為-2.85℃,含硝酸鉀9.66%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。在101.33 kPa下,77.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硝酸鉀飽和溶液沸點(diǎn)為 115.6 ℃[1-3]。

      中國硝酸鉀生產(chǎn)的歷史悠久。20世紀(jì)90年代以前,中國只有單一的工業(yè)硝酸鉀生產(chǎn),產(chǎn)品主要用于煙花爆竹、黑色火藥、導(dǎo)火索、醫(yī)藥、化學(xué)反應(yīng)催化劑、氧化劑、玻璃澄清劑、陶瓷彩釉劑、選礦劑、金屬熱處理劑等。由于硝酸鉀屬于氧化劑,國際上認(rèn)定硝酸鉀為危險品5.1范疇。目前,工業(yè)硝酸鉀執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1918—2011《工業(yè)硝酸鉀》。

      從1999年開始,中國開始生產(chǎn)農(nóng)業(yè)用硝酸鉀,通常用硝酸、硝酸銨、硝酸鈉等硝酸鹽與氯化鉀轉(zhuǎn)化法制取,主要用作氮鉀復(fù)合肥,執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20784—2006《農(nóng)業(yè)用硝酸鉀 {新定價}》。

      自從農(nóng)業(yè)用硝酸鉀出現(xiàn)以來,由于對其危險類別沒有明確認(rèn)定,因此就農(nóng)業(yè)用硝酸鉀是否屬于危險品曾引發(fā)過爭論。筆者依據(jù)超過20 a硝酸鉀生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),就農(nóng)業(yè)用硝酸鉀的危險類別做了探討。

      1 農(nóng)業(yè)用硝酸鉀與工業(yè)硝酸鉀的區(qū)別[4-6]

      表1為GB 1918—2011中對工業(yè)硝酸鉀的指標(biāo)要求。表2為GB/T 20784—2006對農(nóng)業(yè)用硝酸鉀產(chǎn)品的指標(biāo)要求。由表1、表2數(shù)據(jù)對比可以明顯看出,農(nóng)業(yè)用硝酸鉀與工業(yè)硝酸鉀是不同的2個產(chǎn)品。工業(yè)硝酸鉀純度為99.0%~99.7%,接近純化學(xué)概念硝酸鉀,具有純硝酸鉀的理化性質(zhì)。由于硝酸鉀為氧化劑,所以純化學(xué)概念的硝酸鉀與工業(yè)硝酸鉀均列入GB 12268—2005《危險貨物品名表》。

      表1 GB 1918—2011中工業(yè)硝酸鉀的指標(biāo)要求 %

      表2 GB/T 20784—2006對農(nóng)業(yè)用硝酸鉀產(chǎn)品的要求 %

      農(nóng)業(yè)用硝酸鉀與工業(yè)硝酸鉀不同,它實(shí)際上含有鈣、鎂、硫酸鹽、氯化物及水分等雜質(zhì),總含量達(dá)6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))甚至更高,農(nóng)業(yè)用硝酸鉀的組成十分復(fù)雜,它不是以單體硝酸鉀形式存在,而是以多種復(fù)鹽、固溶體形式存在。目前,中國農(nóng)業(yè)用硝酸鉀基本采用硝酸銨與氯化鉀轉(zhuǎn)化法制得,其產(chǎn)品中就存在硝酸銨鉀與氯化銨鉀、硫酸鉀鎂、氯化鉀鎂等復(fù)鹽,因此和工業(yè)硝酸鉀及化學(xué)概念上的硝酸鉀在成分方面以及理化性質(zhì)上存在明顯差異。

      2 農(nóng)業(yè)用硝酸鉀的特性

      2.1 無可燃性[1,7-8]

      純硝酸鉀本身是不燃物質(zhì),其熔點(diǎn)為334℃,熔融的純硝酸鉀在530℃左右還是穩(wěn)定的,在650~750℃時分解生成霧狀亞硝酸鉀和氧氣,在750℃以上反應(yīng)生成的亞硝酸鉀進(jìn)一步分解成氮氧化物。通常情況下工業(yè)硝酸鉀在400℃左右時分解放出氧,并轉(zhuǎn)變成亞硝酸鉀,繼續(xù)加熱則生成氧化鉀。目前,國內(nèi)外尚未見硝酸鉀燃燒或火災(zāi)事故的報道,可以推定純硝酸鉀本身沒有爆炸危險性。

      筆者于2013年6月曾讓一家農(nóng)用硝酸鉀生產(chǎn)企業(yè)送樣給青島東標(biāo)檢測服務(wù)有限公司,委托其對農(nóng)用硝酸鉀進(jìn)行可燃性 (燃點(diǎn))檢驗(yàn),檢驗(yàn)方法為ASTMD92-2010用克利福蘭得開杯法測定閃點(diǎn)和起火點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)方法。檢驗(yàn)結(jié)果表明,農(nóng)用硝酸鉀在燃點(diǎn)大于1000℃時仍不能燃燒。

      此外,山西文通鉀鹽集團(tuán)等多家生產(chǎn)企業(yè)采用溶熔造粒法對農(nóng)用硝酸鉀進(jìn)行造粒,造粒過程中需要將農(nóng)用硝酸鉀加熱到300℃以上,使其變成熔融狀態(tài)。在此過程中農(nóng)用硝酸鉀依然非常穩(wěn)定,不會燃燒與爆炸。

      通過實(shí)驗(yàn)和工業(yè)實(shí)例證明,農(nóng)業(yè)用硝酸鉀屬于不燃物質(zhì),沒有可燃危險性。

      2.2 無反應(yīng)爆炸危險性[1,7-8]

      純硝酸鉀在高溫下非常穩(wěn)定,雖然在650~750℃和750℃以上會發(fā)生分解反應(yīng),但不會發(fā)生鏈?zhǔn)奖ǚ磻?yīng):

      但單體硝酸鉀作為氧化劑,它與有機(jī)物(如葡萄糖)接觸能發(fā)生反應(yīng):

      硝酸鉀與碳粉及硫黃共熱時,能發(fā)出強(qiáng)光和燃燒:

      可見,單體硝酸鉀與其他還原劑物質(zhì)能發(fā)生燃燒爆炸反應(yīng)。

      農(nóng)業(yè)用硝酸鉀是多組分復(fù)鹽與固溶體,它與其他還原劑物質(zhì)也能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),但不會發(fā)生爆炸。爆炸是一個非??焖俚逆?zhǔn)椒磻?yīng),農(nóng)業(yè)用硝酸鉀不會發(fā)生爆炸的主要原因:1)農(nóng)業(yè)用硝酸鉀中大量鈣鎂水分等雜質(zhì)本身沒有爆炸性,屬于惰性物質(zhì),它們阻止或延緩鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的快速進(jìn)行,從而達(dá)到阻爆的效果;2)農(nóng)業(yè)用硝酸鉀基本為顆粒狀,由晶體組成,結(jié)構(gòu)致密,孔隙不發(fā)育,顆粒結(jié)構(gòu)致密程度的增加,使得反應(yīng)產(chǎn)生的氣體的擴(kuò)散混合受到根本限制,減緩了臨近農(nóng)業(yè)硝酸鉀的化學(xué)反應(yīng)速度,從而抑制了爆炸的進(jìn)行。因此,不能采用農(nóng)業(yè)用硝酸鉀制造炸藥、煙花鞭炮等。

      目前,關(guān)于硝酸鉀不能被撞擊的觀點(diǎn)是錯誤的,既使是工業(yè)硝酸鉀也完全可以撞擊,其生產(chǎn)過程中就必須經(jīng)過粉碎工序,中國許多廠家仍然使用粉碎機(jī)將硝酸鉀粉碎,還有一些農(nóng)業(yè)硝酸鉀企業(yè)也會使用擠壓造粒機(jī)對農(nóng)業(yè)硝酸鉀造粒。農(nóng)業(yè)用硝酸鉀不會因撞擊爆炸,其主要原因:1)硝酸鉀通常情況下要在400℃以上的高溫條件下才開始發(fā)生分解反應(yīng),既使硝酸鉀在高速強(qiáng)力撞擊作用下經(jīng)受強(qiáng)烈壓縮,該過程在時間上極其短促,因而可認(rèn)為來不及進(jìn)行熱量交換,即為絕熱壓縮過程。晶體間氣體受絕熱壓縮,迅速達(dá)到很高溫度,形成熱核,而熱核溫度很難達(dá)到硝酸鉀分解反應(yīng)所需反應(yīng)溫度;2)硝酸鉀由晶體組成,結(jié)構(gòu)致密,孔隙不發(fā)育,顆粒結(jié)構(gòu)致密程度的增加,使得其對摩擦撞擊作用引起的相對位移變小,在壓力的作用下,位移速度差變小,局部溫度上升變慢,降低了形成灼熱核的可能性。因此,撞擊不會使農(nóng)業(yè)硝酸鉀發(fā)生爆炸。

      由此可知,農(nóng)業(yè)用硝酸鉀具有安全穩(wěn)定的性能,它既不可能發(fā)生反應(yīng)爆炸,也不會因撞擊爆炸。既使碳粉或硫黃混入農(nóng)業(yè)用硝酸鉀后共熱,其反應(yīng)也十分緩慢,不會引起爆炸。雖然農(nóng)業(yè)用硝酸鉀作為一種改性硝酸鉀,是一種高效氮鉀復(fù)合肥,但它不能代替工業(yè)硝酸鉀使用。

      2.3 對人體與環(huán)境的影響[7-9]

      農(nóng)業(yè)用硝酸鉀所含化學(xué)成分雖然十分復(fù)雜,但其所含硝酸鉀、及鈣、鎂、硫酸鹽、氯化物及水分等雜質(zhì)都沒有毒性。農(nóng)業(yè)用硝酸鉀對呼吸道、眼及皮膚有刺激性。人體吸入高濃度硝酸鉀粉塵可能引起肺水腫,大量吸入可引起高鐵血紅蛋白血癥,影響血液攜氧能力,出現(xiàn)頭痛、頭暈、紫紺、惡心、嘔吐。皮膚反復(fù)接觸硝酸鉀會引起皮膚干燥、皸裂和皮疹。農(nóng)業(yè)用硝酸鉀及其他硝酸鉀生產(chǎn)中,接觸粉塵硝酸鉀的工人只要佩戴防塵面具、手套,可有效避免硝酸鉀對人體的不良影響。

      農(nóng)業(yè)用硝酸鉀對環(huán)境的影響也微乎其微。它的養(yǎng)分全部為水溶性,植物容易吸收,不會在土壤中形成鹽類積累,導(dǎo)致土壤鹽漬板結(jié),或因鹽類在作物根部積聚而引起作物病變,是理想的綠色化肥。

      此外,硝酸鉀在醫(yī)藥工業(yè)中用于生產(chǎn)青霉素鉀鹽、利福平等藥物;在食品工業(yè)可用作發(fā)色劑、防腐劑。這些都說明硝酸鉀是無腐蝕性與毒性的,對人體與環(huán)境沒有危險性。

      3 正確認(rèn)識農(nóng)業(yè)用硝酸鉀安全性能

      由于國內(nèi)外硝酸銨爆炸事故時有發(fā)生,受其影響,硝酸鉀在一些人的印象中都和易燃易爆掛鉤,實(shí)際上硝酸鉀本身沒有易燃易爆的危險性,國內(nèi)外也從末發(fā)生過硝酸鉀燃燒爆炸事故。因此,應(yīng)實(shí)事求是正視硝酸鉀的安全性和應(yīng)用價值。

      中國將農(nóng)用硝酸鉀登記列為化肥新品種,迄今為止尚未見到關(guān)于農(nóng)用硝酸鉀燃燒爆炸事故的報道,從實(shí)踐應(yīng)用的角度也證明了農(nóng)用硝酸鉀的安全可靠性能。

      中國目前有部分農(nóng)用硝酸鉀企業(yè)執(zhí)行的是非危險品政策,特別是運(yùn)輸方面,鐵路公路大都采用化肥優(yōu)惠運(yùn)價,而沒有像工業(yè)硝酸鉀那樣在生產(chǎn)儲運(yùn)過程中執(zhí)行甲類危險品的標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上,囯外特別是歐洲對其運(yùn)輸和倉儲政策較為寬松,比如輪船運(yùn)載硝酸鉀可以與貨物混裝。但也有一些地區(qū)政府部門仍然將農(nóng)用硝酸鉀列入甲類危險品的標(biāo)準(zhǔn),農(nóng)用硝酸鉀在運(yùn)輸中受到的種種限制和苛刻條件,導(dǎo)致其成本大大提高,如運(yùn)費(fèi)比普通化肥高1倍以上,令農(nóng)民負(fù)擔(dān)加重。這不僅是對農(nóng)用硝酸鉀危險性的錯誤認(rèn)識,而且與中國的惠農(nóng)政策背道而馳。

      農(nóng)用硝酸鉀是一種高效氮鉀復(fù)合肥,被稱為第三代鉀肥,發(fā)展農(nóng)用硝酸鉀對發(fā)展中國高效農(nóng)業(yè)具有重要意義。對農(nóng)用硝酸鉀生產(chǎn)發(fā)展應(yīng)制定寬松的政策,當(dāng)務(wù)之際,有關(guān)部門應(yīng)從實(shí)際出發(fā),將農(nóng)用硝酸鉀進(jìn)行正確的危險類別分類。

      4 結(jié)束語

      按照GB 6944—2005《危險貨物分類和品名編號》對危險貨物的定義:指具有爆炸、易燃、毒害、感染、腐蝕、放射性等危險特性,在運(yùn)輸、儲存、生產(chǎn)、經(jīng)營、使用和處置中,容易造成人身傷亡、財產(chǎn)損毀或環(huán)境污染而需要特別防護(hù)的物質(zhì)和物品。農(nóng)業(yè)硝酸鉀是多組分復(fù)鹽與固溶體,它和工業(yè)硝酸鉀組成成分完全不同,農(nóng)業(yè)用硝酸鉀理化性質(zhì)與工業(yè)硝酸鉀也有較大區(qū)別。檢測和實(shí)踐表明,農(nóng)業(yè)用硝酸鉀無毒無腐蝕性,沒有可燃危險性,沒有反應(yīng)爆炸危險性,國內(nèi)外也從未發(fā)生過農(nóng)業(yè)用硝酸鉀燃燒爆炸事故。因此,應(yīng)正確認(rèn)識農(nóng)業(yè)用硝酸鉀的安全性能和潛在價值,將農(nóng)業(yè)用硝酸鉀定性為非危險品,以充分發(fā)揮其應(yīng)有的價值。

      [1]張罡,夏重陽,何斌鴻,等.我國硝酸鉀市場競爭力分析[J].化學(xué)工業(yè),2007,25(9):16-18.

      [2]張罡.我國農(nóng)用硝酸鉀市場前景與發(fā)展對策[J].化肥設(shè)計2002,40(5):48-50.

      [3]史建斌,于湖.淺談硝酸鉀的結(jié)晶[J].無機(jī)鹽工業(yè),2000,32(3):26-27.

      [4]劉榮海,陳網(wǎng)樺,胡毅亭.安全原理與危險化學(xué)品測評技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

      [5]中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所.中國肥料[M].上海:科學(xué)技術(shù)出版社,1994:219.

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