杂质作用下硝酸盐热分解特性研究

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硝酸盐一般由金属离子或铵根离子(NH4+)和硝酸根离子(NO3-)组成,属于硝酸衍生的离子化合物,在工业和农业都有广泛应用。因其具有强氧化性,被认定属于危险品5.1范畴,严禁与酸类、还原剂、易(可)燃物、活性金属粉末等共储混运,且远离火种、热源。虽然硝酸盐的生产、储运和使用有着严格要求,但由硝酸盐热分解引起的火灾爆炸事故多发且具有极强的破坏性,造成了大量的人员伤亡,经济损失惨重,因此国内外学者对其热危险性研究一直保持持续关注。由于杂质介入导致的热点形成机制及其诱导过程,尚不十分清晰,故本文选取硝酸铵(AN)和硝酸胍(GN)两类硝酸盐,研究其生产、储运、使用过程中可能接触的杂质,如水、柴油、木粉、Fe2O3对其热分解特性的影响。采用热重-微商热重(TG-DTG)法探究杂质作用下硝酸盐热分解特性,通过 Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和 Kissinger Akahira and Sunose(KAS)法计算活化能,Coats-Redfern(CR)法探究最适反应机理函数,并利用热力学理论求解相关热安全性参数,为硝酸盐的热危险性研究提供理论参考,为其安全应用提供理论支撑。(1)硝酸铵在400-650K温度范围内呈一步失重,不同升温速率下的平均外推起始温度为538.30K,平均外推终止温度为577.73K,且Zero-order(F0)模型最能反映其分解机理。含水或柴油的硝酸铵呈两步失重,外推起始温度推迟;含木粉的硝酸铵外推起始、峰值和终止温度均提前;含Fe2O3的硝酸铵外推起始温度稍有推迟,但总体影响不大。杂质的存在,均不同程度降低了硝酸铵的活化能,对其分解过程起到了一定的促进作用。(2)硝酸胍在450-700K温度范围内呈一步失重,不同升温速率下的平均外推起始温度为580.28K,平均外推终止温度为607.78K,且Avrami-Erofeev(A2)模型最能反映其分解机理。含水或柴油的硝酸胍呈两步失重,外推起始温度推迟,活化能增大,反应难度随反应程度的加大而增加;含木粉的硝酸胍外推起始、峰值和终止温度均提前,活化能减小,反应难度随反应程度的加大而降低,热危险性进一步增加;含Fe2O3的硝酸胍外推起始温度提前,活化能减小,一定程度促进其分解。(3)硝酸铵的自发火温度和自加速分解温度分别为519.71K和502.35K,水、木粉和Fe2O3的存在,使其热安全性降低,热危险性增加;硝酸胍的自发火温度和自加速分解温度分别为548.10K和530.15K,木粉和Fe2O3的存在,使其热安全性降低,热危险性增加,故应避免接触,严格控制周围环境温度,避免热量累积引发热失控事件。
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