Phase transformation of ammonium nitrate by thermal factors and inoculation

Abstract

The reason for the special thermal behaviour of ammonium nitrate (AN) has been examined. Under certain experimental conditions more transition temperatures were obtained than hitherto found (37–42°, 50° and 86°). With Du Pont DSC curves several exothermic peaks or exothermic oscillations were shown after the endothermic peak at 51°, indicating that phase IV had been transformed to metastable phase III, as a consequence of which the III→II transformation at 86° also became possible. On repeated cycling the exothermic peak decreased or disappeared if the III→II transformation had developed to a greater extent. A successful IV→III transformation was induced by inoculation of AN with phase III, an unusual procedure in investigating the phase transformation of AN. The use of the method is obvious with regard to the fact that all transformations are controlled by the rate of nucleation.

Résumé

On a étudié les causes du comportement thermique spécial du nitrate d'ammonium. Dans certaines conditions d'expériences, on a obtenu des températures de transition en plus grand nombre qu'il n'avait été trouvé auparavant (37–42 °C, 51 °C et 86 °C). On a mis en évidence sur des enregistrements obtenus à l'aide d'un appareil d'analyse calorimétrique différentielle DSC Dupont, plusieurs pics exothermiques ou oscillations exothermiques après le pic endothermique à 51°C, ce qui indique que la phase IV a été transformée en phase métastable III. Par conséquent, la transformation III→II à 86 °C devient également possible. Lors du cyclage répété, le pic exothermique diminue ou disparaît si la transformation III→II s'est développée dans une plus grande mesure. On induit avec certitude une transformation IV→III en inoculant le nitrate d'ammonium avec la phase III, procédure insolite dans l'étude des transformations de phases du nitrate d'ammonium. L'avantage de la méthode est évident, puisque toutes les transformations sont contrôlées par la vitesse de nucléation.

Zusammenfassung

Die Ursachen des besonderen thermischen Verhaltens von Ammoniumnitrat (AN) wurden untersucht. Unter gewissen Versuchsbedingungen wurden mehrere Übergangstemperaturen erhalten als bisher gefunden wurden (37°–42°, 51° und 86 °C). An Du Pont DSC Thermogrammen wurden mehrere exotherme Peaks oder exotherme Oszillationen nach dem endothermen Peak bei 51 °C nachgewiesen, welche zeigen, daß die Phase IV in die metastabile Phase III umgewandelt wurde. Infolgedessen wurde die Umwandlung III→II bei 86 °C ebenfalls möglich. Bei wiederholtem Meßzyklus nahm der exotherme Peak ab oder verschwand, wenn die Umwandlung III→II sich in größerem Maße entwickelte. Eine erfolgreiche IV→ III Umwandlung wurde durch Inokulierung mit der Phase III von AN induziert, was ein ungewöhnliches Verfahren bei der Untersuchung der Phasenumwandlung von AN ist. Die Vorteile dieser Methode sind offensichtlich, da sämtliche Umwandlungen durch die Geschwindigkeit der Nuklierung geregelt werden.

Резюме

Были исследованы при чины особого термического поведе ния нитрата аммония. При определенных экс периментальных усло виях было получено больше темп ератур переходов, чем до сих пор найдено (37–42°, 51° и 86 °C). На термограммах, получе нных с помощью ДСК фирмы Дю пон, после эндотермич еского пика при 51°C, были видны несколько экзотерми ческих пиков или экзо термических осцилляции, указываю щих на превращение фазы IV до м ета-стабильной фазы III, вследствие чего такж е становится возможным при 86 °С фазо вый переход III→II. При пов торном цикле экзотермическ ий пик уменьшается или в овсе исчезает, если пр евращение III→II происходило в боль шей степени. Успешное пре вращение IV→III было вызв ано, используя в качестве затравки фазу III, что является не обычным методом в исс ледовании фазового превращени я нитрата аммония. Использован ие этого метода согла суется с тем фактом, что все фазовы е превращения контролируются скор остью образования центров кристаллиза ции.