无机物工艺4 硝酸铵

4.2
氨与硝酸中和制造硝酸铵
一、中和法制取硝铵： 利用氨与稀硝酸作原料的中和法。 生产过程：
结晶 造粒
成品
中和反应
溶液蒸发
包装
• 基本原理：
硝铵由气氨和硝酸而得，其反应式如下： NH (g)+HNO (l)=NH NO +149.1kJ
3 3 4 3
NH 和HNO
3
气氨溶解于水中生成氨水
3
氨水和硝酸中和
硝酸铵极易容易水，溶解过程吸收大量热量。 15℃降到-10℃，作为冷冻剂。
4.1 硝酸铵的性质
1、一般性质
在常温下是稳定的，受热后开始分解，温度不同，反 应不同。 主要用于农业上的化学肥料和国防上常规炸药的主要 原料。
农作物生长需要哪些营养元素呢？
常用化肥 尿素CO(NH2)2 氨水NH3· H2 O 铵盐（如：
IV. .
V. .
斜方晶系
四方晶系
32.3 ~ -16.9
-16.9以下
1.726
1.725
2018
（2）吸湿性 • 硝铵是一种吸湿性很强的物质，当空气的相对湿度大于 60%时，它具有吸湿性。 降低硝铵吸湿性的方法： 1.生产粒状硝铵 2.添加一些吸湿性小，不溶解或能抑制大量水分的添加 剂。 3.硝铵表面空气的流动情况：空气流动时，硝铵吸水速 度加快。 4.空气中相对湿度的大小：空气湿度＞60%，则硝铵吸 湿，反之则减湿。空气的相对湿度越大，吸湿性越显著。 5。降低成品中的水分含量，使其在0.5%~1.5%之间， 亦减少新结晶的生成。
实验器材
铁架台与滴定管夹 □：漏斗
□□：滴定管 □：锥形瓶 实验装置完整图
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主要工具：滴定管。
图 示 名称 活栓型式 操作方法 转动活栓，滴定 液即可流出 。 以手轻压玻璃珠， 滴定液即可流出 。
右 酸式滴定管 玻璃活栓 橡皮管 左 碱式滴定管 內含玻璃珠
若以酸式滴定管盛装碱性溶液，則 其「玻璃活栓」会逐渐被腐蚀而卡 住，所以盛装碱性溶液的碱式滴定 管才以橡皮管內含玻璃珠来取代玻 璃活栓。
灭火方法： 一旦发生火灾，用水灭火最为合理和有效，因为水不仅 降低温度，而且能溶解硝酸铵。
常用稳定剂： 尿素（0.05%-1.0%）， 碳酸钙或者碳酸镁（5%）
标准GB 2945-89对结晶状硝酸铵技术要求
指标名称 工 业 指 标 农 业
优等品
硝酸铵含量/% 总氮量/% 游离水含量/% 酸度 灼烧残渣
第四章
硝酸铵的生产
• 4.1 硝酸铵的性质 • 4.2 氨和硝酸中和制造硝酸铵 • 4.3 硝酸铵生产工艺流程
4.1 硝酸铵的性质
1、一般性质
• 硝酸铵（NH4NO3），简称硝铵，相对分子质量为 80.04，纯硝铵为无色晶体，熔点为169.6℃。
• 硝铵所含的氮以铵态氮（NH 4+）和硝态氮（NO3-）两 种形式存在。含氮量32-35%。
缺氮
缺磷
植株矮小瘦弱，叶片发黄， 严重时叶脉呈淡棕色
植株特别矮小，叶片呈暗 绿色，并出现紫色
4.1 硝酸铵的性质
2、特殊性质
(1)多晶现象
硝酸铵的晶型
晶型代号 I. . II. . III.. 晶系 立方晶系 三方晶系 单斜晶系 稳定存在的温度/℃ 169.2 ~ 125.2 125.2 ~ 84.2 84.2 ~ 32.3 密度/（g、cm3） --1.69 1.66
生产方法
• 3.塔式法 该法产品强度高，质量好、抗结块性好，收率高，无三 废排放、生产设备简单、投资少。
第二段再 蒸浓至 90%~ 94%
将硝铵溶 液送入真 空结晶机 进行结晶
膜式蒸发器： 由于溶液在蒸发器中停留 时间很短，可减轻硝酸铵的 热分解，而蒸发效率又高， 因而膜式蒸发器在硝酸铵生 产中用得最多
三、硝酸铵的结晶和干燥
结晶方法和结晶速度不同：
鳞片结晶
细粒结晶
颗粒结晶
98.8%-99.5%的硝酸铵溶液从塔顶喷下，重力作用下自 上而下运动，与冷空气后冷却成1-3mm的球形晶粒。工业用硝 酸铵可用真空结晶机制成细粉末状的成品。 真空结晶粉末硝酸铵和造粒塔制得的粒状硝酸铵含水量都小于 1.5%，基本上符合国家产品质量要求，因此一般不再进行干燥 。
变色范围 (pH) 3.1-4.4 4.2-6.3 6.8-8.0 6.8-8.4
颜色 酸色 红 红 红 黄 碱色 黄 黄 橙 红
0.1克甲基红溶解于60毫升 乙醇中，溶解后加水稀释到 100毫升
酚酞
1克酚酞溶解于80毫升乙醇 中，溶解后加水稀释到100 毫升
8.0-10.0
无色
红
PH试纸的纸上有甲基红、溴甲酚绿、百里酚蓝三种指示剂，在不同 pH值的溶液中均会按一定规律变色。
在植物生活中的作用 氮是植物体内蛋白质、 核酸和叶绿素的组成元 素。 缺氮会整片叶子发黄。
Leabharlann Baidu
氮 肥
硝酸铵NH4NO3 碳铵NH4HCO3、 氯化铵NH4Cl ）
硝酸盐（如：
硝酸铵NH4NO3、 硝酸钠NaNO3
）
氮的固定
将氮气转化为氮的化合 物的方法。
自然界中氮的固 定
★途径一： 有根瘤菌的 豆科植物
一等品
优等品
一等品
-≥34.6
合格品
≥99.5 -0.3 0.05 0.5 0.3
0.5 --
0.7
甲基橙指示剂不显色
常用酸碱滴定指示剂
指示剂
甲基橙 甲基红 中性红 酚红 0.1克酚红溶于5.7毫升 0.05N氢氧化钠溶液中， 加水稀释到100毫升。
配制
将0.1克甲基橙溶于100毫 升热水中，过滤后使用。
改良：现今滴定管上的活栓已采用 特氟龙（Teflon）为材质。
滴定过程与终点
酸碱指示剂恰好变色的瞬间，称为「滴定终点」。
滴定前， 酚酞在酸中呈无色
滴定时， 溶液均勻混合，粉红色 褪去
达到滴定终点， 酚酞在碱中呈红色
3.硝酸铵的用途
硝酸铵在工农生产和国防上有着广泛的人用途。
1、作为一种水溶性速效肥料，适用于各种性质的土壤。 2、是一种“安全炸药”，广泛用于采矿、修路、移山造田等，常 与TNT混合使用。 3、作为加固建筑物地基的一种新型添加剂，杀虫剂，冷冻剂，氧 化氮吸收剂。
工艺条件的选择
1、入中和器的氨气温度一般为50-80℃为宜，
2、硝酸的温度为30-50℃，质量分数43-53%， 3、中和器的压力是0.02MPa，温度是120-130℃，
中和器
三套管
分离器 三套管 内筒
中和操作要点 1、控制中和蒸发蒸汽冷凝液为微酸性，并经常分析酸碱 度。 2、控制气氨的压力。 3、分析中和溶液的酸碱性，并控制为中性和微碱性。
多孔硝铵的制取 • 多孔硝铵，硝铵含量大于99.5%，外观为白色颗粒状结晶， 无肉眼可见杂质，水分含量低，松散性和流动性好。
• 多孔硝铵的生产原理： 1.用发泡剂和表面活性剂 2.用干燥颗粒或结晶体制取 3.将硝酸颗粒热处理后制取
• 1.流化床法 该法收率高，产品微孔多而均匀，强度好，但工艺复杂， 设备多，投资大。 • 2.综合法 该法收率高、产品强度好、生产设备简单、无三废排放、 投资少。
4.3 硝酸铵生产工艺流程
利用中和热
常压法
不同分类
不利用中和热
加压法
4.3.1 常压中和造粒法 中和过程氮会损失，而氮损失的原因在于NH3和 HNO3的挥发作用或分解。 高温、高压、HNO3含量高、氨气纯度低、惰性气 体含量多、中和器设计不当等因素都会加剧氮的损失。
转化法制取硝铵 • 首先用稀硝酸分解磷矿制取磷酸和硝酸钙的水溶液， 反应式为： Ca5(PO4)3F+10HNO3=3H3PO4+5Ca(NO3)2+HF 磷矿中含铁、铝、镁等杂质，它们与硝酸反应生成各 种硝酸盐，而为了从溶液中制取二元氮磷肥复合肥料，必 须先除去0~80%硝酸钙，方法是采用冷却结晶。
（3）结块性 • 硝酸铵在储存和运输过程中失去疏松的性质而结成硬块。
硝酸铵结块原因： 1.晶型改变现象所致 2.硝酸铵在冷却、干燥过程中会从饱和溶液中析出结晶 3.细粒受挤压作用粘结成块 4.吸湿性引起的结块
（4）硝酸铵分解与爆炸 • 230℃以上开始分解 NH4NO3→N2+1/2O2+2H2O • 400℃时分解并开始爆炸 4NH4NO3→3N2+2NO2+8H2O (1)、硝酸铵浸渍过的有机物，在常温下遇到NO2便很容易 达到自燃。 (2)、金属粉末或者非金属的硫化物、氧化物能促使硝酸铵 分解为亚硝酸胺，增大爆炸的危险性。
二、稀硝铵溶液的蒸发：
高浓度的硝铵溶液高于185℃时即开始分解并放出热量， 所以制取高浓度硝铵溶液要在真空中进行，以降低溶液的 沸点，此外还需加入一些尿素做为稳定剂，其量为硝铵的 0.1%~1%。
工业上蒸浓硝铵溶液标准式、悬筐式、外加热式和膜式 等不同的真空蒸发器。 两段蒸发的工艺流程：
将稀硝铵 溶液蒸浓 到82%~ 84%
途径二：雷雨肥庄稼
N2+O2 ===== 2NO
或高温 放电
常用化肥 磷矿粉： [Ca2(PO4)3]、
在植物生活中的作用 磷是植物体内核酸、蛋 白质和酶等多种重要化 合物的组成元素。 磷能促进作物生长，增 强抗寒抗旱能力。 缺磷会生长迟缓、产量 降低；磷过量，引起贪 青晚熟、结实率会下降 （产量降低）。
磷 肥 过磷酸钙：
[Ca(H2PO4)2和
钙镁磷肥： （钙和镁的磷酸盐）
CaSO4]
常用化肥
在植物生活中的作用 钾可保证各种代谢过程 的顺利进行、促进生长、 增强抗病虫害和抗倒伏 能力。 缺钾会使叶子边缘发黄。
钾 肥
K2SO4、 KCl
缺钾
茎秆软弱，易倒伏，叶边和 尖端呈褐色，逐渐焦枯
下列植株缺乏氮、磷、 钾元素的症状