질산 암모늄

 

Ammonium Nitrate
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1. 개요
2. 상세
3. 폭발물
4. 여담
5. 관련 사고


1. 개요


흡습성이 있는 무취·무미의 수용성 고체로, 가열하면 분해되어 아산화질소(N2O)와 수증기(H2O)가 생성된다.[1]

2. 상세


비료, 화약, 냉각제에 주로 사용된다. 농업에서는 식물에 질소를 공급하기 위한 비료로 사용이 된다. 한 분자에 물에 잘 녹는 이온형태의 질소를 2개나 포함하고 있으면서 농업 혁명의 핵심이며 최고의 발명품으로 추앙받고 있다. 어떤 학자는 질산암모늄이 어느 한 순간 지구상에서 사라진다면 인류는 풀뿌리나 캐고 삶의 대부분을 먹을 것을 찾거나 얻기 위해 써야 할 것이라고 단언했다.
냉각제로도 쓰이는데, 질산암모늄을 물에 용해하면 흡열 반응이 강하게 일어나서 온도를 낮출 수 있다. 물론 이거 쓰느니 요소를 쓰는 게 훨씬 안전하다.
질산염이기 때문에 위험물안전관리법상 '제1류 위험물'[3]로 분류된다. (지정수량 300kg)

3. 폭발물


폭발물 제조에도 쓰인다.
대표적인 것이 안포(ANFO : '''A'''mmonium '''N'''itrate and '''F'''uel '''O'''il )인데 다공성 구슬로 만든 질산암모늄 94%에 경유 6%의 비율로 섞어서 만든다. 질산암모늄의 위력계수는 0.42이지만 안포로 제조하면 0.8까지 상승한다. 그리고 애초에 질산암모늄 자체는 활성화 에너지가 높아 자체발화시키기 힘들다. 이것을 경유의 발열량으로 커버하는 것. 값이 싸고, 취급이 용이하며 폭성이 좋다[4]는 등 여러 가지 장점이 있어 채석장, 석탄/금속 광산이나 민간 공사에 많이 쓰인다. 가장 유리한 건 안정성인데, 질산암모늄 자체의 활성화에너지가 높은 편이므로 뇌관 없이 단순히 불만 당겨서는 경유만 잘 타고 만다. 1년에 북아메리카 전체에서 소비하는 폭발물의 양이 27억 kg인데 이 중 80%를 차지할 정도. 중유 대신 니트로메탄을 이용하여 질산암모늄 60에 니트로메탄 40의 비율로 제조한 것은 ANNM이라고 한다. 질산암모늄과 하이드라진을 2:1의 비율로 섞어서 제조한 것은 고성능인 애스트로라이트(Astrolite) G라고 하며, 애스트로라이트 A는 G에 알루미늄 가루를 추가한 것이다. 그런데 하이드라진이나 니트로메탄은 그 자체가 이미 고폭약이므로 굳이 질산암모늄을 섞어 IED로 만들 이유가 없다.
군용으로는 활주로도로에 매설 후 기폭하여 사용불가 상태로 만드는데 주로 이용한다. 사용하는 양이 대량인 것도 있고, 폭속은 고폭탄 대비 느리지만 폭발가스가 많아 '''밀어내는 힘이 강하기 때문에''' 땅속에 묻어서 터트려야 하는 경우 대개 질산암모늄을 이용한다.
매우 둔감하기 때문에 드럼통에 담아서 운반하는게 가능하며, 급한 경우 드럼통 채로 연료와 섞어서 구덩이에 부어서 사용하기도 하는 듯. 매우 둔감한 관계로 확실하게 기폭시키기 위해 뇌관으로만 힘들어 PETN이나 RDX 같은 전폭제(BOOSTER)을 사용한다, 뇌관이 폭발 → 전폭제가 폭발하여 폭발력 극대화 → 질산암모늄이 폭발하는 과정을 거치는 게 특징.
따라서 질산 암모늄은 그 자체만으로 대형 폭발이 일어나지 않는다. 일단 다른 물질에 의해 1차 폭발이 먼저 일어나고, 그 열과 에너지로 질산 암모늄이 폭발하면서 2차 폭발이 일어나는 식이다.
이렇게 안정적이면서 비료나 냉각제 같은거로 많이 쓰여 의심을 피할 수 있어 비료랍시고 대량으로 동원했다가 폭발시키는 '비료폭탄'의 대표적인 원료가 이 질산암모늄인데, 처음으로 악용한 사람들은 1970년에 위스콘신주의 위스콘신-메디슨 대학에서 시위를 하던 대학생들이었다. 위스콘신 주 자연보호국에서 '야생동물을 위한 구덩이 폭파'라는 책자를 배포했는데 (구덩이 같은 곳에 몸이 끼여서 빼질 못하고 죽는 야생동물들이 많다), 여기에 실려있던 안포 제조법을 보고 따라한 것. 1972년에는 IRA에서 안포를 이용해 차량 폭탄을 제조하기 시작했다.
근래에는 악용을 막기 위해 어느 정도 천천히 비료 성분이 풀리도록 질소 비료 제조 시 질산암모늄을 코팅 처리하여, 제조가 어려워졌다.

4. 여담


일본의 에어백 제조업체 타카타 또한 가격이 기존의 에어백 분사제로 사용하던 '테트라졸' 보다 훨씬 싸다는 이유로 바로 이 '질산암모늄'을 새로운 분사제로 사용하는 에어백을 2001년부터 내놓았다가 전 세계 곳곳에서 타카타사의 에어백들이 폭발하는 바람에 세계 각지에서 공식적으로 접수된 사망자만 무려 16명이나 발생하는 최악의 사태가 발생했고 그로 인해 전 세계 총합 1억 대가 넘는 자사의 에어백들을 대량 리콜 하던 중 결국 이 에어백 결함 사태로 인해 2017년 6월 부채 총액 1조 엔을 넘어 일본 제조업 사상 전후 최대의 파산을 하게 되었다.
질산 암모늄이 다량 적재된 곳에서 폭발했을 경우 워낙 폭발력이 크다보니 한번 사고가 발생하면 다음날 신문 1면이나 뉴스 헤드라인을 장식한다. 아래 관련 사고에 작성되어있는 것들을 보면 하나같이 대규모 폭발로 큰 피해가 발생한 사고들이다.
이처럼 안정적이라 일반적인 폭약과 달리 창고에 수천~수만톤 가량 대량으로 쌓아놓고 보관을 많이한다. 이 때문에 질산 암모늄이 대량으로 적재된 곳에서 폭발이 일어난다면 초소형 핵무기에 버금가는 위력을 보여준다. 마치 실제 핵무기가 터진 것처럼 버섯구름이 생기고 폭심지에는 웅덩이가 생기며 주변 수킬로미터 내의 사람들과 건물들이 피해를 입는다. 따라서 질산 암모늄이 적재된 곳 근처에 화재가 났다면 초기진화에 실패했을 경우 화재 진압은 전문가들에게 맡기고 일반인들은 건물 지하, 지하철, 건물 최심부[5] 등 안전한 곳으로 신속히 대피해야한다. 특히 이런 유형의 사고에서는 2차 폭발의 가능성을 간과하고 사고현장 근처에서 셀카 등을 찍다가 유명을 달리하는 사람들이 나온다.

5. 관련 사고


  • 텍사스 시티 폭발 사고(1947)
  • 비숍게이트 폭파 사건(1993)
  • 오클라호마 폭탄 테러(1995)[6]
  • 룡천역 열차 폭발사고(2004)
  • 웨스트 비료공장 폭발 사고(2013)
  • 톈진 항구 폭발 사고(2015)[7]
  • 베이루트 항구 폭발 사고(2020)[8]

[1] NH4NO3 → N2O + 2H2O[2] 제1류 위험물 중에는 산화성 고체와 별도로 무기과산화물 또한 포함되는데 이 무기과산화물은 물과 대기 중의 수증기와 접촉 시 산소를 내뿜어 화재를 키우기 때문에 이 녀석만큼은 알칼리 금속 같이 마른 모래를 이용해 소화해야 한다.[3] 강산화물. 특히 산화성 고체가 그 주류이고 이런 물질은 주수해서 냉각소화 해야하는 대상이다.[2] 하지만 질산암모늄은 제5류 위험물과 같이 폭발성 물질 특성도 지녀서 열에 노출되더라도 식히기도 하지만 더 큰 폭발을 피할 수만 있다면 제거소화를 진행해 옮기던가 제거하는게 제일 좋다. 이게 실패해 폭발이 시작되면 자연연소가 될 때까지 기다려야 한다. 일단 폭발을 시작하면 손 쓸 방도가 없다.[4] 위력계수는 낮지만 생성되는 가스가 많아 크고 무거운 걸 철거하거나 파낼 때 유리하다.[5] 건물이 무너지면 위험하지 않겠냐 볼 수 있겠지만 건물이 무너질 위험보다 섣불리 밖에 나갔다가 날아다니는 낙하물들에 맞아서 다칠 위험이 더 크다. 대피할 때 가방 등으로 머리를 보호해주면 좋다.[6] ANNM을 썼다[7] 니트로셀룰로오스에서 촉발된 발화가 질산 암모늄에 옮겨붙음.[8] 원인으로 추정