Por: Óscar Mauricio Barajas Pinzón / Ingeniero mecánico / Magíster en Automatización Industrial / Loss Prevention Department – Saudi Aramco / mayo de 2020 / Abqaiq – Arabia Saudita
Introducción
El nitrato de amonio se utiliza sobre todo como fertilizante por su buen contenido en nitrógeno. Es una sustancia involucrada en varios de los más graves incidentes asociados con productos químicos.
El presente artículo tiene como propósito informar sobre las propiedades fisicoquímicas de esta sustancia y las precauciones de seguridad para su almacenamiento y manipulación.
Imagen 1. Nitrato de Amonio. Fuente: Scientific American.
Referencias Documentales y Normativas
Los siguientes documentos y referencias normativas internacionales pueden utilizarse como guía:
◥ Guidance on the Ammonium Nitrate Storage Requirements [Guía sobre requisitos para el almacenamiento de nitrato de amonio] en 29 CFR 1910.109(i) publicado el 3 de diciembre de 2014 por el Departamento de Trabajo de los EE. UU.
◥ Chemical Advisory: Safe Storage, Handling, and Management of Ammonium Nitrate [Asesoramiento químico: almacenamiento, manipulación y gestión de manera segura de nitrato de amonio] (EPA 550-F-15-001, junio de 2015, o última edición).
◥ NFPA 400 “Código de Materiales de Riesgo”.
◥ NFPA 430 “Code for the storage of liquid and solid oxidizers”.
◥ NFPA 495 “Explosive Materials Code”.
◥ NFPA 5000 “Building Construction and Safety Code”.
Contexto histórico
◥ 1942: Tessenderlo, Bélgica bajo ocupación nazi, una explosión accidental de 150 toneladas de Nitrato de Amonio provocó 189 muertos y 900 heridos.
◥ 1947: Texas, Estados Unidos, un barco francés cargado con Nitrato de Amonio explotó en el puerto industrial de Waco, causando 581 fallecidos y 3.500 heridos, partes de la estructura del barco cayeron al interior de la ciudad, quinientos automóviles recién fabricados fueron destruidos:
Imagen 2. Imagen de los 500 coches que había cerca del Puerto de Texas donde se produjo la explosión con Nitrato de Amonio.
Fuente: ABC International.
◥ En 1995, Nitrato de Amonio fue utilizado en un atentado terrorista a un edificio gubernamental en la ciudad de Oklahoma provocando 168 muertos y 600 heridos:
Imagen 3. Alfred P. Murrah Federal Building en Oklahoma.
Fuente: David Glass/AP.
El 12 de agosto de 2015 ocurrió una explosión en un almacén del puerto de la ciudad de Tianjin. La explosión dejó 173 muertos, 28 desaparecidos y 797 heridos. Las autoridades chinas determinaron que la explosión ocurrió por el incendio de materiales peligrosos, entre los cuales se incluía el Nitrato de Amonio:
Imagen 4. Crater que dejó la explosión de Tianjin en 1995.
Fuente: BBC.
El 4 de agosto de 2020 ocurrió una explosión en un almacén que contenía 2750 toneladas de nitrato de amonio que habían sido confiscadas por el gobierno y almacenadas en el Puerto de Beirut. Al momento de escribir el presente artículo se han confirmado al menos 220 muertos, 6000 heridos y varios desaparecidos. El caso se encuentra en proceso de investigación.
Características y Propiedades del Nitrato de Amonio
El nitrato de amonio o nitrato amónico es una sal formada por iones nitrato y amonio. Su fórmula es NH4NO3:
Imagen 5. Enlace iónico entre amonio y ácido nítrico.
Se trata de un compuesto incoloro e higroscópico, altamente soluble en agua. El nitrato de amonio es un compuesto inestable y suele ser utilizado como fertilizante.
El nitrato de amonio se utiliza sobre todo como fertilizante por su buen contenido en nitrógeno. El nitrato es aprovechado directamente por las plantas mientras que el amonio es oxidado por los microorganismos presentes en el suelo y sirve de abono de más larga duración.
Una parte de la producción se dedica a la producción del óxido nitroso (N2O) mediante la termólisis controlada:
NH4NO3 2H2O + N2O
Esta reacción es exotérmica y puede ser explosiva si se lleva a cabo en un contenedor cerrado o calentado demasiado rápido.
El nitrato de amonio es un ingrediente en ciertos explosivos. Ejemplos de explosivos conteniendo nitrato amónico incluyen:
◥ Astrolite (nitrato amónico e hidracina).
◥ Amatol (nitrato amónico y TNT).
◥ Ammonal (nitrato amónico y polvo de aluminio).
◥ Amatex (nitrato amónico, TNT y RDX).
◥ ANFO (nitrato amónico y fuel oil).
◥ DBX (nitrato amónico, RDX, TNT y polvo de aluminio).
◥ Tovex (nitrato amónico y nitrato de metil aluminio).
◥ Minol (nitrato amónico, TNT y polvo de aluminio).
◥ Goma-2 (Nitrato amónico, nitroglycol, nitrocelulosa, ftalato de dibutilo y fuel).
En estado puro es también un explosivo, aunque bastante insensible hasta que alcanza temperaturas elevadas. El aluminio en polvo mezclado le aporta energía a la onda de choque, pero con cierta disminución de la onda explosiva.
Como pasa con otros nitratos inorgánicos, el nitrato de amonio es un agente oxidante que incrementa la intensidad de incendios. En este caso el gas oxidante es el óxido nitroso (N2O), más que el oxígeno en sí. El nitrato de amonio grado fertilizante no se debe confundir nitrato de amonio usado como mezcla combustible para producir explosivos cuya concentración es mayor. Todos los grados de nitrato de amonio pueden detonar si se encuentran en la concentración adecuada y con la forma cristalina apropiada o si se encuentra lo suficientemente confinado (entre más puro el material, mayor grado de confinamiento es requerido) [1], [2].
La transición directa entre combustión y detonación en nitrato de amonio grado fertilizante comercial es posible solo si existe una gran cantidad de sustancia almacenada y si la fuente de ignición se encuentra ubicada en el centro o en el tope del apilamiento. El nitrato de amonio involucrado en la explosión de Texas City en 1947 tenía aditivos orgánicos y era sustancialmente diferente al nitrato de amonio producido hoy en día.
Si el nitrato de amonio es almacenado junto con líquido combustible, papel o polietileno, la transición entre combustión y detonación es posible. Dichas mezclas deben clasificarse como agentes explosivos y deben almacenarse de acuerdo con los requerimientos establecidos en NFPA 495 “Explosive Materials Code” [1] ,[5].
Detonaciones de gas son incapaces de iniciar detonación de nitrato de amonio. Algunas sustancias pueden utilizarse para mitigar el efecto oxidante del nitrato de amonio cuando se almacena en grandes cantidades. Por ejemplo, mezclas de 60 % nitrato de amonio y 40% sulfato de amonio no son explosivas en condiciones normales de almacenamiento.
Precauciones con Nitrato de Amonio
Imagen 6. Rombo NFPA704 para el Nitrato de Amonio.
Fuente: My safety labels.
El nitrato de amonio es estable en condiciones normales, pero comienza a disociarse y descomponerse a temperaturas superiores a los 410 °F (210 °C). Al descomponerse emite óxidos de nitrógeno (NOx) y vapor de agua y puede explotar si se encuentra en un ambiente cerrado. Los productos de descomposición peligrosos pueden incluir amoníaco, óxidos de nitrógeno y ácido nítrico. Si el producto se ha contaminado con otras sustancias, la temperatura de descomposición y los efectos de dicha descomposición podrían variar.
El nitrato de amonio es estable en condiciones normales, pero es un oxidante y como tal puede incrementar la inflamabilidad y/o la explosividad de otras sustancias.
El fertilizante con nitrato de amonio no tiene la propiedad de sufrir una combustión espontánea. Como oxidante, el nitrato de amonio puede dar apoyo a una combustión en ausencia de oxígeno atmosférico, como por ejemplo en estructuras mal ventiladas.
El nitrato de amonio fundido es un oxidante poderoso y durante un incendio es capaz de dar apoyo a la ignición de ciertos materiales combustibles con los que entre en contacto y reaccionar explosivamente con polvos metálicos finamente divididos, especialmente en espacios cerrados. El nitrato de amonio puede sufrir una descomposición autosostenida cuando se lo expone a temperaturas elevadas, incluyendo una exposición al fuego. La tasa de contaminación autosostenida puede incrementarse por descomposición.
Condiciones para almacenamiento seguro
El nitrato de amonio debe almacenarse en edificios o áreas de manipulación separados de materiales combustibles por una pared que actúe como barrera cortafuegos aprobada con una calificación mínima de resistencia al fuego de 2 horas. La pared exterior del lado expuesto de un edificio de almacenamiento de nitrato de amonio no debe encontrarse a menos de 50 pies (15,2 m) de un edificio de combustibles salvo que otras medidas de mitigación del riesgo hayan sido aprobadas por la autoridad competente.
Guarde en un sitio bien ventilado y alejado de materiales fácilmente oxidables y de lo que constituya un riesgo agudo de incendio.
◥ Evite que se contamine.
◥ No almacene cerca de dinamita, detonadores ni otros explosivos.
◥ Almacene alejado de materiales combustibles, temperaturas extremadamente altas, gases comprimidos inflamables, materiales pirofóricos, materiales corrosivos, líquidos inflamables y combustibles, fuentes de ignición y materiales incompatibles y/o contaminantes.
◥ No se debe permitir el almacenamiento de equipos con motores de combustión interna tales como camiones, montacargas, tractores y cargadores frontales en edificios de almacenamiento de nitrato de amonio.
◥ El equipo utilizado para extraer nitrato de amonio de un edificio o bandeja de almacenamiento nunca debe dejarse desatendido cuando el equipo esté en el edificio.
Materiales incompatibles
Anhidrido acético, metales alcalinos, nitrato de aluminio y calcio, aluminio, cloruro de amonio, dicromato de amonio, fosfato de amonio y de potasio, grasas animales, antimonio materiales combustibles embolsados o enfardados (algodón, trapos, papel, semillas), cloruro de bario, bismuto, polvos o sustancias químicas blanqueadoras, latón o bronce, arpillera, cadmio, alcanfor, soda cáustica, carbón de leña, cloruros, cromo, carbón, coque, cobalto, sulfuro de cobre y hierro II, cobre, corcho, cianoguanidina, combustible diésel y aceites, metales en polvo o finamente divididos, fibras, aceites de pescado, harina de pescado, espuma de goma, heno, aceites hidrocarburos, hierro, plomo, aceite lubricante, magnesio, manganeso, naftaleno, níquel, estopa, materiales con aceites (ropa, papel, textiles), sustancias químicas orgánicas, pinturas, fósforo, cromato de potasio, dicromato de potasio, nitrato de potasio, nitrito de potasio, permanganato de potasio, aceites vegetales o de semillas de cualquier tipo, aserrín, semillas, cloruro de sodio, perclorato de sodio, paja, azúcar, menas sulfurosas, azufre, estaño, titanio, trinitroanisol, astillas o virutas de madera y cinc [4].
Mientras que algunos otros materiales fertilizantes tales como cloruro de potasio (conocido también como potasa) u otros fertilizantes basados en cloruros normalmente se mezclan con el nitrato de amonio justo antes de la aplicación en el campo, esto puede generar un riesgo adicional de sensibilizar el nitrato de amonio fundido en caso de un incendio.
Área de Almacenamiento [4]
El almacenamiento debe ser construido de materiales no combustibles y debe estar equipado con un sistema rociador automático.
Los edificios para almacenamiento de nitrato de amonio deben estar dotados con un sistema para detección de incendios aprobado.
Todos los pisos en edificios de almacenamiento y áreas de manipulación de nitrato de amonio deben estar libres de drenajes abiertos, trampas, túneles, fosos o huecos para evitar la acumulación del flujo de nitrato de amonio fundido en caso de incendio.
Los pisos deben construirse de materiales no combustibles como por ejemplo hormigón a menos que el piso de la instalación esté protegido de la impregnación de nitrato de amonio. Los pisos construidos de materiales combustibles deben identificarse como un riesgo durante una revisión del plan de respuesta a emergencias previo a incidentes con la autoridad local competente.
Métodos para el tratamiento de residuos:
Recomendaciones para desechar aguas negras: no vierta en alcantarillas; deshágase de este material y de su envase de una manera segura.
Recomendaciones para desechar residuos: deshágase de los residuos de acuerdo con todos los reglamentos locales, regionales, nacionales, provinciales, territoriales e internacionales.
Conclusiones
Consideraciones de seguridad deben implementarse con respecto a manipulación y almacenamiento de Nitrato de Amonio:
El nitrato de amonio debe almacenarse en edificios o áreas de manipulación separados de materiales combustibles por una pared que actúe como barrera cortafuegos aprobada con una calificación mínima de resistencia al fuego de 2 horas.
El Nitrato de Amonio se debe almacenar en un sitio bien ventilado y alejado de materiales fácilmente oxidables y de lo que constituya un riesgo agudo de incendio.
El almacenamiento debe ser construido de materiales no combustibles y debe estar equipado con un sistema rociador automático.
Los edificios para almacenamiento de nitrato de amonio deben estar dotados con un sistema para detección de incendios aprobado.
Referencias
[1] SANTIS, Lon D. Explosives and Blasting Agents. Fire Protection Handbook. Section 6, Chapter 15. National Fire Protection Association NFPA. Edition 20. 2018.
[2] DRYSDALE, Dougal. Physics and Chemestry of Fire. Fire Protection Handbook. Section 2, Chapter 1. National Fire Protection Association NFPA. Edition 20. 2018.
[3] SCHWAB, Richard F. Dusts. Fire Protection Handbook. Section 6, Chapter 8. National Fire Protection Association NFPA. Edition 20. 2018.
[4] DAVENPORT, Jhon A. Storage and Handling of Chemicals. Fire Protection Handbook. Section 7, Chapter 4. National Fire Protection Association NFPA. Edition 20. 2018.
[5] BENEDETTI, Robert P. Fire Hazards of Materials. Fire Protection Handbook. Section 6, Chapter 1. National Fire Protection Association NFPA. Edition 20. 2018.
[6] KARLSSON, Bjorn. QUINTIERE James G. Enclosure Fire Dynamics. CRC Press, Taylor and Francis Group. 2012.
[7] BRYNER, Nelson P. GANN, Richard G. Combustion products and their effects on life safety. Fire Protection Handbook. Section 6 – Characteristics of Materials and Products. National Fire Protection Association NFPA. Edition 20. 2018.
[8] MOWRER W Frederick, ROSENBAUM Eric R. Overview of Performance-Based fire protection design. Fire Protection Handbook. Section 3, Chapter 11. National Fire Protection Association. 20th Edition.
[9] BECK, Vaughan. Performance Based Fire Engineering Design and its application. Centre of Environmental Safety and Risk Engineering. Victoria University of Technology 2019.
[10]ROZAKIS, Laurie. Writing Great Research Papers. Schaum’s Quick Guide. Second Edition. Mc Graw Hill. 2017.
[11]IEEE, Publishing Services Department, «Preparation of Papers in a two-column format for IEEE photooff set publications», Instructivo para autores del IEEE. New York. 1983.
[12]IEEE, Publishing Services Department, «Information for authors», Instructivo para autores del IEEE.New York. 1983.
