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'''NH4NO3
질산암모늄
窒酸암모늄
||질산암모늄
窒酸암모늄
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Ammonium nitrate'''| 분류 | 무기화합물 | 상온 상태 | 흰색 고체 |
| 분자량 | 80.043 g/mol | 밀도 | 1\ kg/m3 |
| 녹는점 | 443K 170°C / 338°F | 끓는점 | 483K 210°C / 410°F |
| CAS 등록번호: 6484-52-2 | |||
Pubchem
1. 개요
Ammonium Nitrate흡습성이 있는 무취·무미의 수용성 고체로, 가열하면 분해되어 아산화 질소(N2O)와 수증기(H2O)가 생성된다.[1]
질산 암모늄은 줄여서 '질안'이라고 부르기도 하고, 산업계에서는 구 일본식 번역의 잔재로 초산(硝酸) 암모늄을 줄인 말인 '초안'으로도 일컬어진다.[2] 영어로는 Ammonium Nitrate를 줄여서 AN 이라고 약칭하기도 한다.
2. 제조
질산과 암모늄을 반응시켜 만든다. 반응식은 다음과 같다.HNO3+ NH4OH -> NH4NO3 + H2O[3]
또한 질산 칼슘과 황산 암모늄을 반응시켜 만들 수 있다.
Ca(NO3)2 + (NH4)2SO4 -> 2NH4NO3 + CaSO4
다만 이 방법은 제거하기 어려운 황산 칼슘을 부산물로 낳으니 필터하는 데 매우 긴 시간이 걸린다.
3. 상세
비료, 화약, 냉각제에 주로 사용된다. 농업에서는 식물에 질소를 공급하기 위한 비료로 사용이 된다. 한 분자에 물에 잘 녹는 이온 형태의 질소를 2개나 포함하고 있으면서 농업 혁명의 핵심이며 최고의 발명품으로 추앙받고 있다. 어떤 학자는 질산 암모늄이 어느 한순간 지구상에서 사라진다면 인류는 풀뿌리나 캐고 삶의 대부분을 먹을 것을 찾거나 얻기 위해 써야 할 것이라고 단언했다.냉각제로도 쓰이는데, 질산 암모늄을 물에 용해하면 흡열 반응이 강하게 일어나서 온도를 낮출 수 있다. 물론 이거 쓰느니 요소를 쓰는 게 훨씬 안전하다. 미국에서는 질산 암모늄, 또는 질산 칼슘 암모늄 아이스팩을 쉽게 구할 수 있다. 브레이킹 배드에서 월터 화이트가 거스 프링 암살을 위해 제조한 폭탄도 기폭장치를 단 보온병에 칠판장난감 속 테르밋과 이 아이스팩 속 질산암모늄을 섞어 끓인 것을 부어서 만들었다.
질산염이기 때문에 위험물안전관리법상 '제1류 위험물'[4]로 분류된다. (지정 수량 300kg)
4. 폭발물
폭발물 제조에도 쓰인다.대표적인 것이 안포(ANFO: Ammonium Nitrate and Fuel Oil)인데 다공성 구슬로 만든 질산 암모늄 94%에 중유 6%의 비율로 섞어서 만든다. 질산 암모늄의 위력계수는 0.42이지만 안포로 제조하면 0.8까지 상승한다. 질산암모늄의 활성화 조건이 까다롭다보니 연쇄반응 촉발에 에너지가 낭비되어 위력이 떨어지는 것을 중유를 태워 에너지를 전달함으로써 해결하는 것. 값이 싸고, 취급이 용이하며 폭성이 좋다[5]는 등 여러 가지 장점이 있어 채석장, 광산이나 민간 공사에 많이 쓰인다. 가장 유리한 건 안정성인데, 경유는 액체상태에서는 심지 없이 불이 붙지 않기 때문. 1년에 북아메리카 전체에서 소비하는 폭발물의 양이 27억 kg인데 이 중 80%를 차지할 정도.
중유 대신 나이트로메테인(nitromethane)을 이용하여 질산 암모늄 60에 나이트로메테인 40의 비율로 제조한 것은 ANNM이라고 한다. 여기서 알루미늄 가루를 약 70 : 23 : 7의 비로 섞어 폭속은 살짝 낮아졌지만 위력은 더 커진 ANNMAL을 만들 수 있다. ANNM은 폭속이 약 6125m/s, ANNMAL은 폭속이 약 5360m/s이다.
질산 암모늄과 하이드라진을 2:1의 비율로 섞어서 제조한 것은 고성능인 애스트로라이트(Astrolite) G라고 하며, 애스트로라이트 A는 G에 알루미늄 가루를 추가한 것이다. 폭속은 최대 9000m/s 정도. 무려 TNT의 2배가량 되는 위력이다. 한때(핵무기를 제외한) 세계에서 가장 강력한 폭약으로 불리기도 하였다. 하이드라진이나 나이트로메테인은 그 자체가 이미 고폭약이지만 스스로 폭파시키기 매우 어려워 질산 암모늄을 섞어 IED로 만든다.
군용으로는 활주로나 도로에 매설 후 기폭해 큰 구덩이를 만들어서 사용할 수 없게 만드는 데 주로 이용한다. 사용하는 양이 대량인 것도 있고, 폭속은 고폭탄 대비 느리지만 폭발 가스가 많아 밀어내는 힘이 강하기 때문에 땅속에 묻어서 터트려야 하는 경우 대개 질산 암모늄을 이용한다.
매우 둔감하기 때문에 드럼통에 담아서 운반하는 게 가능하며, 급한 경우 드럼통째로 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 → 질산 암모늄이 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 같은 거로 많이 쓰여 의심을 피할 수 있어 비료랍시고 대량으로 동원했다가 폭발시키는 '비료 폭탄'의 대표적인 원료가 이 질산 암모늄인데, 처음으로 악용한 사람들은 1970년에 위스콘신주의 위스콘신-메디슨 대학에서 시위를 하던 대학생들이었다. 위스콘신주 자연 보호국에서 '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 질산 암모늄을 질산 칼슘 또는 탄산 칼슘 등으로 코팅 처리하여, 제조가 어려워졌다. 다만 이 또한 IRA가 비료를 곱게 갈고 설탕 등의 촉진제를 추가하고 폭파시켰다. 따라서 아직까지도 '비료 폭탄' 제조가 가능하다.
그 외에도 사격 연습 시 폭발하는 과녁으로 개발된 테너라이트도 이거랑 알루미늄 분말을 혼합한 제품이다.
5. 여담
질산 암모늄이 다량 적재된 곳에서 폭발했을 경우 워낙 폭발력이 크다보니 한번 사고가 발생하면 다음 날 신문 1면이나 뉴스 헤드라인을 장식한다. 아래 관련 사고에 작성되어 있는 것들을 보면 하나같이 대규모 폭발로 큰 피해가 발생한 사고들이다.이처럼 안정적이라 일반적인 폭약과 달리 창고에 수천~수만 톤가량 대량으로 쌓아놓고 보관을 많이 한다. 이 때문에 질산 암모늄이 대량으로 적재된 곳에서 폭발이 일어난다면 방사능이 없는 초소형 핵무기에 버금가는 위력을 보여준다. 발화시키기가 힘들다는거지 아예 발화하지 않는다는게 아니며 대형 화재는 그 자체로 뇌관의 역할을 하므로 당연히 폭발한다.[6] 마치 실제 핵무기가 터진 것처럼 버섯구름이 생기고 폭심지에는 웅덩이가 생기며 주변 수 킬로미터 내의 사람들과 건물들이 피해를 입는다.
따라서 질산 암모늄이 적재된 곳 근처에 화재가 났다면 초기 진화에 실패했을 경우 화재 진압은 전문가들에게 맡기고 일반인들은 건물 지하, 지하철, 건물 최심부[7] 등 안전한 곳으로 신속히 대피해야 한다. 특히 이런 유형의 사고에서는 2차 폭발의 가능성을 간과하고 사고 현장 근처에서 셀카 등을 찍다가 유명을 달리하는 사람들이 나온다.
6. 관련 사고
- 오파우 공장 폭발 사고(1921)
- 텍사스 시티 폭발 사고(1947)
- 루이스 카레로 블랑코 피살 사건(1973)[8]
- 세계무역센터 폭탄 테러사건(1993)[9]
- 비숍게이트 폭파 사건(1993)
- 오클라호마 폭탄 테러(1995)[10]
- 타카타 에어백 결함 사태(1990년대 후반 ~ 2010년대)
- 툴루즈 AZF 공장 폭발 사고(2001)
- 네이샤부르 철도 참사(2004)
- 룡천역 열차 폭발사고(2004)
- 노르웨이 연쇄 테러(2011)
- 웨스트 비료공장 폭발 사고(2013)
- 톈진 항구 폭발 사고(2015)[11]
- 베이루트 항구 폭발 사고(2020)
[1] NH4NO3 → N2O + 2H2O[2] https://tkg.huchems.com/business/product/ammoniumNitrate.do[3] 폭발물 중에서도 유달리 제법이 간단한 편이다. 눈썰미가 있다면 염산과 암모니아가 반응해 염화 암모늄을 만드는 반응과 거의 똑같다는 사실을 알 수 있다.[4] 강산화물. 특히 산화성 고체가 그 주류이고 이런 물질은 주수해서 냉각소화해야 하는 대상이다.(제1류 위험물 중에는 산화성 고체와 별도로 무기 과산화물 또한 포함되는데 이 무기 과산화물은 물과 대기 중의 수증기와 접촉 시 산소를 내뿜어 화재를 키우기 때문에 이 녀석만큼은 알칼리 금속 같이 마른 모래를 이용해 소화해야 한다.) 하지만 질산 암모늄은 제5류 위험물과 같이 폭발성 물질 특성도 지녀서 열에 노출되더라도 식히기도 하지만 더 큰 폭발을 피할 수만 있다면 제거 소화를 진행해 옮기든가 제거하는 게 제일 좋다. 이게 실패해 폭발이 시작되면 자연 연소가 될 때까지 기다려야 한다. 일단 폭발을 시작하면 손쓸 방도가 없다.[5] 위력계수는 낮지만 생성되는 가스가 많아 크고 무거운 걸 철거하거나 파낼 때 유리하다.[6] 산소 평형이 양의 값이라 추가적인 산소 없이도 스스로 연소하며 오히려 산화제를 더 만들어 낸다.[7] 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 보호해 주면 좋다.[8] 질산 암모늄+니트로글리콜 폭약이 쓰였다.[9] 질산 암모늄 이외의 물질도 폭탄에 섞였지만, 주재료는 질산 암모늄이었다.[10] ANNM을 썼다[11] 니트로셀룰로오스에서 촉발된 발화가 질산 암모늄에 옮겨붙음.