提升硝酸铵安全性，共创美好未来

硝酸铵（AN）是一种应用广泛的化合物，具有多种重要用途。作为肥料，它有助于养活数十亿人口。它也是许多矿用炸药的主要成分，通常与燃料油混合，并通过爆炸装药引爆。全球农业活动的增加，加上对硝酸铵燃料油（ANFO）需求的增长，意味着硝酸铵市场预计将增长，未来5年的复合年增长率（CAGR）至少为4%。然而，硝酸铵潜在的爆炸性（及其被滥用的可能性）意味着该化合物的制造商、销售商和用户必须重视安全警示，否则将面临灾难风险。

我们如何在继续利用这种多功能化合物带来的益处的同时，最大限度地降低其使用风险？在本文中，我们将探讨2020年贝鲁特硝酸铵爆炸灾难的关键教训，以及如何预防此类爆炸再次发生。

硝酸铵——不断增长的市场

硝酸铵市场正处于上升轨道，近期报告预计到2026年市场规模将达到240亿美元。人口增长推动了对粮食供应和房地产的需求，从而促进了市场价值的提升。巧合的是，硝酸铵正是这两个行业的重要资源。

硝酸铵是一种受欢迎的肥料，因为氮是该化合物两个组成部分的关键元素：NH₄（铵）和NO₃（硝酸盐）。植物不仅可以直接从硝酸盐形式中获取氮，铵部分也可以通过土壤微生物逐渐转化为硝酸盐。这些特性使硝酸铵成为蔬菜种植者的热门选择，他们更倾向于使用易于获取的硝酸盐源来为植物提供营养。畜牧农户使用硝酸铵进行牧场和干草施肥，因为他们更喜欢它，而不是在植物吸收前就可能从土壤中挥发的尿素类肥料。它还具有高溶解性，非常适合在灌溉系统中使用。

硝酸铵的另一个主要用途是作为采矿、采石和土木工程所用爆炸混合物的成分。作为ANFO的一部分，它占北美所用炸药的80%。遗憾的是，由于ANFO的成分相对容易获得，存在被滥用于简易爆炸装置的风险。这凸显了对这种形式的硝酸铵进行适当管控以降低其潜在危害的重要性。

贝鲁特灾难——后果

2020年8月4日，黎巴嫩首都贝鲁特发生了一起灾难性爆炸，造成至少218人死亡，6000多人受伤。爆炸的主要原因是存放在贝鲁特港口仓库中的约2750吨硝酸铵。这批大量的硝酸铵是从一艘2014年被扣押的废弃船只上查获的。储存的肥料被邻近仓库火灾产生的火花引燃，引发的爆炸造成了巨大的财产损失，估计有30万人无家可归。事发两年后，爆炸的影响仍在持续，2022年7月和8月，邻近的粮仓发生了后续坍塌。

除了爆炸造成的人员伤亡外，经济影响估计超过67亿美元。爆炸摧毁了黎巴嫩90%的粮食储备，加剧了该国本已岌岌可危的粮食安全状况，使其面临严峻的经济挑战。环境也必然受到此类爆炸的影响，尽管目前缺乏相关数据。硝酸铵爆炸时，氮氧化物、氨和一氧化碳等有毒气体被释放到环境中，造成化学污染并对当地居民造成进一步伤害。生态系统也因这种环境污染而受损，随着分解产物转移到海洋，两栖动物和水生生物首当其冲地遭受硝酸盐中毒。

专家们分析了贝鲁特爆炸事件，并将其与其他类似的硝酸铵灾难进行了比较。与多起毁灭性爆炸事件一样，此次爆炸的根本原因被认为是失控的火灾。在同一地点堆放如此大量的硝酸铵加剧了爆炸的影响，而储存地点的城市化性质增加了爆炸造成的伤亡人数。基于这些分析，专家提出了相关建议，包括在黎巴嫩建立国家级化学品监管机构以管控化学品安全，并改进未来突发事件的应急响应规划。

硝酸铵的爆炸特性

大多数硝酸铵爆炸事故发生在运输或储存过程中（图 1），但要全面了解爆炸的风险因素，必须深入认识硝酸铵的化学性质及其制造工艺。

硝酸铵是通过氨与硝酸在水中反应，随后小心蒸发水分以获得固体元素而制成的：

NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃

氨通常从大气氮中提取，而硝酸则通过氨的燃烧制备。这两种起始原料通常不会存放在一起。制造过程在水溶液中进行，因为该反应会产生大量热量。随后的蒸发过程曾引发过多次爆炸。与制造过程相关的其他爆炸源包括杂质的混入，这会降低硝酸铵的稳定性。如果没有适当的温度控制，硝酸铵还可能吸收水分或改变晶体形态，导致结块，使其无法使用。

尽管对硝酸铵的反应进行了数十年的研究，但其分解和爆炸的确切机制尚未完全明确。这一难题部分归因于反应的化学复杂性，也与多变的环境条件和潜在污染物有关。以下反应被假设为主要的爆炸反应：

2NH₄NO₃ → 2N₂ + O₂ + 4H₂O

硝酸铵之所以具有如此强的爆炸性，是因为其分子中同时包含作为燃料的铵离子和作为强氧化剂的硝酸根。当分解发生时，产生的热量会引发爆炸，且由于存在氧源，燃烧会迅速加速。其结果是产生氮氧化物、氧气、水以及大量的热能和动能。这些产物导致体积膨胀至硝酸铵初始体积的 1,000 倍，从而对周边地区造成灾难性的爆炸破坏。

为了尽量减少意外爆炸及普遍滥用的危险，人们已经测试了多种工艺、添加剂和硝酸铵替代品（表 1）。尽管如此，目前尚无完美的解决方案，仍需进一步努力开发安全且经济的替代品。由 CAS 制作的一份探讨硝酸铵爆炸经验教训的洞察报告强调：“仅制造不会意外爆炸的肥料是不够的；制造出难以被恶意引爆的肥料同样重要。”

表 1. 氮肥替代品列表

‍

氮肥替代品也已纳入考量（表 1）。然而，含氮量最高的替代品在室温下呈气态，且具有毒性，限制了其使用。将高氮肥料与其他大量营养元素混合，可以在降低爆炸风险的同时生产出高效肥料。

谨慎处理硝酸铵

许多国家已经针对硝酸铵的安全处理和储存制定了严格的法规和要求。在美国，主要法规由职业安全与健康管理局 (OSHA) 于 2001 年发布。更多指导信息可参考 OSHA 于 2015 年与环境保护署 (EPA) 及烟酒枪炮及爆炸物管理局 (ATF) 联合发布的咨询文件。该咨询文件是政府旨在改善硝酸铵风险管理与安全，并协助保护环境的持续倡议的一部分。

这份关于硝酸铵安全的 CAS 洞察报告强调，其安全储存需要仔细考量多个变量（图 2）。OSHA 法规规定，储存区域必须具备充足的通风，这对于防止有毒气体和热气积聚以及防止结块至关重要。法规中考虑的其他关键安全因素包括：在储存区使用不可燃材料、将温度保持在 130°F 以下、限制单地点的硝酸铵储存量，以及确保配备充足的消防措施。

法规和指南对于控制固体硝酸铵等危险物质至关重要，但只有在严格遵守的情况下才能提高安全性。提高对硝酸铵危险性的认识以及对遵守现有指南重要性的重视，将有助于预防或至少极大程度地限制未来灾难性事件的发生。

硝酸铵是一种用途广泛且具有重要经济价值的物质，全球农业和其他行业均依赖于它。然而，过去一个世纪发生的多次毁灭性爆炸事件凸显了其在制造和储存过程中的危险性。为了改善这一危险状况，公众必须了解硝酸铵的危害，在寻求合适替代品的同时，必须严格遵守安全措施，这一点至关重要。

如需了解更多信息，请下载我们的洞察报告：《硝酸铵爆炸：经验教训》。

‍