Amonium nitrat : Perkembangan, Pembuatan, Penyimpanan, dan Penggunaan

ABSTRAK

Sebelum Perang Dunia I, material peledak telah diteliti oleh para ilmuwan. Sejak saat itu, sistem pembuatan bahan peledak mulai dikembangkan hingga sekarang. Perkembangan bahan peledak mencapai puncaknya pada Perang Dunia I, dimana amonium nitrat menjadi salah satu zat yang diteliti dan dikembangkan untuk maksud ini. Ditemukan bahwa amonium nitrat sangat berpotensi dalam hal peledakan. Hal ini terbukti dari penggunaannya dan produksinya yang mencapai skala besar pada saat Perang Dunia I untuk kepentingan militer. Sampai sekarang pun, amonium nitrat masih digunakan dimana penggunaannya merambah bidang non-militer. Karena sifatnya yang berbahaya, maka penggunaannya harus memperhatikan faktor-faktor keamanan.

Kata kunci: Amonium nitrat, Bahan peledak, Faktor keamanan.

BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Amonium nitrat, senyawa dengan rumus molekul NH4NO3 secara umum berbentuk padatan pada suhu ruangan dan tekanan standard. Sesuai dengan sifatnya sebagai pengoksidasi, senyawa ini mempunyai berbagai banyak fungsi dalam berbagai bidang. Sejak Perang Dunia I, senyawa ini dikenal sebagai bahan peledak yang berkekuatan tinggi sehingga penggunaannya hingga saat ini masih untuk berbagai kegunaan.
Amonium nitrat mempunyai karateristik zat yang sangat khas sehingga penggunaannya lebih disukai dalam beberapa bidang, seperti dalam industri roket. Tidak hanya sebagai bahan peledak, amonium nitrat juga mempunyai beberapa fungsi lain yang berguna untuk mensintesis zat kimia lainnya. Namun, jika dilihat berdasarkan sifat, kegunaan, dan sisi histrosinya, maka faktor keamanan pengelolaan senyawa ini patut diperhatikan dan dijaga agar tidak menimbulkan dampak dan efek yang tidak diinginkan. Bagaimanakah sebenarnya pengelolaan amonium nitrat dalam perindustrian? Apakah sebagai peledak, perannya selalu dipandang negatif di dunia?

BAB II
ISI
II.1 Sejarah Penemuan dan Perkembangan Amonium Nitrat
Penyelidikan akan bahan peledak yang semakin berkembang membawa para ilmuwan-ilmuwan ternama kepada suatu penemuan baru, yaitu ammonium nitrat. Penemuan ini bermula dengan adanya kalium nitrat, suatu senyawa yang mudah meledak jika ditambahkan dengan zat lain. Hal ini membawa pada pembuatan gun powder oleh orang-orang Cina yang kemudian digunakan pada senjata, meriam, dan kembang api. Untuk mempercepat reaksi, pada ilmuwan mengembangkan daya ledak yang lebih besar dengan mencampurkan nitrogen, karbon, oksigen, dan hidrogen. Nitrogliserin, zat dengan daya ledak dan kesensifitasan tinggi yang pertama kali ditemukan oleh Afred Nobel. Zat ini kemudian digunakan sebagai bahan baku dinamit. Sampai saat ini, dinamit masih digunakan, namun sekarang telah digantikan oleh amonium nitrat.
Pertama kali, amonium nitrat disintesis oleh Johann R.Glauber pada tahun 1965 dengan mengombinasikan amonium karbonat dengan asam nitrit. Namun, daya ledaknya tidak ditemukan sampai Perang Dunia I. Sepanjang Perang Dunia I, sistem pembuat ammonium nitrat telah dibangun dan digunakan di Jerman untuk membekali keperluan bahan peledak negara tersebut. Sistem tersebut dapat mensintesis ammonia dengan menggunakan proses Haber-Bosch yang telah dikembangkan oleh peraih Hadiah Nobel, Fritz Haber dan kemudian diindustrialisasikan oleh peraih Hadiah Nobel, Carl Bosch. Proses tersebut mengombinasikan hidrogen dan nitrogen dibawah tekanan yang sangat tinggi untuk menghasilkan amonia.
Pada akhir perang, kelebihan amonium nitrat dalam jumlah besar dibiarkan ketika mesin sistem pembuat amunium dihentikan. Gundukan besar zat tersebut disimpan di lapangan terbuka; dalam usaha untuk menguraikan zat untuk pembersihan, bahan peledak dimasukkan ke dalam gundukan tersebut. Berlawanan dengan harapan, seluruh gundukan diledakkan dan menghasilkan letusan sebanyak 4500 ton. Kejadian ini menelan korban sebanyak 600 jiwa. Ada dua insiden lain dimana amonium nitrat merupakan sumber bencana yang terjadi di Texas dan Oklahoma.

II.2 Amonium Nitrat sebagai Peledak
Amonium nitrat, NH4NO3, zat dengan berat molekul 80,04, adalah salah satu senyawa komersial yang penting. Amonium nitrat adalah komponen utama dalam kebanyakan industri bahan peledak dan nonmiliter. Amonium nitrat tidak terdapat di alam karena sifatnya yang mudah larut atau mudah diuraikan.
Amonium nitrat menjadi campuran yang mudah meledak ketika dikombinasikan dengan senyawa hidrokarbon, khususnya bahan bakar diesel, atau terkadang minyak tanah. Campuran amonium nitrat dan fuel oil (ANFO) telah digunakan oleh teroris sebagai bom, seperti pada peristiwa Oklahoma.
Amonium nitrat digunakan dalam kemiliteran sebagai bom dan komponen dari amatol . campuran ini seringkali dibubuhi oleh bubuk aluminium unutk meningkatkan daya ledak. salah satu contoh campuran ini adalah ammonal yang terdiri dari amonium nitrat, TNT (Trinitrotulena), dan aluminium. Campuran aluminium sangat efektif dalam peledakan tempat tertutup, seperti peledakan bawah air yang menggunakan torpedo.
Amonium nitrat juga didapati sebagai bahan pembakar roket. Namun, untuk sementara waktu amonium perklorat lebih disukai karena performa yang lebih tinggi dan kecepatan pembakaran yang lebih tinggi. Kemudian, amonium nitrat kembali lebih disukai pada indsutri roket karena tingkat bahaya dan kesensitifannya yang rendah.

II.2.I Amonium Nitrat-Fuel Oil
Peledak amonium nitrat-fuel oil menggambarkan industri pembuatan bahan peledak terbesar (dalam hal kuantitas) di Amerika Serikat. Produk ini terutama digunakan dalam pertambangan dan penggalian. Pada umumnya komponen-komponen tersebut dicampur di lokasi untuk alasan keselamatan. Produk campuran tersebut relatif aman, mudah dibawa, dan dapat dituangkan ke dalam lubang objek yang akan diledakkan.
Bahan peledak terdiri dari campuran minyak dan oksidator yang keduanya tidak tergolong sebagai zat yang mudah meledak. Nitrokarbonitrat adalah aturan klasifikasi untuk bahan peledak yang dibuat oleh Departemen Transportasi Amerika Serikat dalam hal pengepakan dan pengapalan. Bahan peledak tersebut terdiri dari nitrat anorganik dan minyak bakar berkarbon dan mengandung zat tambahan yang tidak mudah meledak seperti bubuk aluminium atau ferosilikon untuk meningkatkan massa jenis. Bahan peledak tambahan yang digunakan adalah TNT yang dapat mengubah letusan menjadi ledakan.
Pencampuran antara minyak dan amonium nitrat sangat penting untuk menghasilkan gaya ledakan yang penuh. Beberapa bahan peledak dicampur dan dikemas oleh produsen. Cara yang terbaik, walaupun tidak selalu dipraktekan adalah dengan deretan bertingkat. satu cara yang biasa dan efektif untuk pencampuran adalah merendam butiran padatan di kantung besar dengan 8-10% dari berat minyak. Setelah pengeringan selama ± 1,5 jam, butiran padatan tersebut akan dipertahankan jumlahnya sebanyak minyak.
Fuel oil juga dapat dituangkan kedalam amonium nitrat ± sebanyak ukuran yang akan dituangkan ke dalam lubang ledakan. Untuk tujuan ini, sekitar 1 gal fuel oil untuk setiap 100 pon amonium nitrat. Minyak tersebut dapat ditambahkan setelah setiap kantung, dan campuran tersebut akan dimasukkan secara bersamaan.

II.3 Kegunaan Lainnya
• Bahan Baku Pupuk Nitrogen
Penggabungan pupuk amonium nitrat dan nitrogen dalam bentuk yang keduanya dapat diserap oleh tanaman: amonia dan ion nitrat. Pupuk yang hanya mengandung nitrogen amonia sering tidak efektif, seperti kebanyakan tanaman cenderung menyerap nitrogen dalam bentuk nitrat dan ion amonium harus diubah terlebih dahulu menjadi nitrat oleh mikroba sebelum terbentuknya nitrogen. Perubahan ini berlangsung dengan lambat dalam temperatur yang dingin..
• Kegunaan dalam Bidang Industri
Amonium nitrat digunakan untuk memodifikasi zeolit. pada pertukaran ion, zeolit mempertukarkan ion natriumnya dengan NH4+ pada amonium nitrat. Proses ini membentuk katalis zeolit yang digunakan berbagai macam indsutri, seperti industri perminyakan.
a. Salah satu zat pengolah bijih titanium.
b. Digunakan dalam penyediaan N2O.
NH4NO3(aq) ⟶ N2O(g) + 2H2O(l)
c. Sebagai bahan baku amonia anhidrat, yang biasa digunakan untuk membuat metamfetamin.

II.4 Sifat Fisika dan Kimia
Amonium nitrat berupa kristal garam berwarna putih, =1,725, mudah terlarut dalam air, seperti yang ditunjukkan pada Table.1. Walaupun amonium nitrat sangat higroskopis, zat ini tidak berasal dari hidrat . Sifat higroskopis ini menyulitkan penggunaannya sebagai peledak, dan sampai sekitar tahun 1940, menjadi suatu halangan untuk penggunaan pupuk. Garam padat menyerap air dari udara ketika tekanan uap air melampaui tekanan uap dari sebuah larutan amonium nitrat encer yang jenuh (Lihat Tabel.2).
Titik didih amonium nitrat-terlarut dalam air, terdapat pada Tabel.3, menunjukkan temperatur yang dibutuhkan untuk menghilangkan air.
Pada fase padat, amonium nitrat mempunyai lima bentuk kristal yang berbeda-beda (Tabel.4) yang dapat dilihat dari kurva waktu-temperatur. Karena semua perubahan fase melibatkan penyusutan atau pengembangan kristal, maka dapat terjadi efek fisika dari material padat tersebut. Hal ini secara khusus adalah benar dimana 32,3oC merupakan titik transisi yang mendekati temperatur penyimpanan selama cuaca panas.
Amonium nitrat mempunyai kalor nagatif dalam air dan oleh karena itu dapat digunakan untuk membuat campuran yang sangat dingin/pembekuan. Penguraian amonium nitrat dalam amonia anhidrat, bagaimanapun, disertai oleh perubahan kalor. Dalam pencairan larutan, netralisasi kalor dari asam nitrit melibatkan amonia dengan energi sebesar 51,8 kJ/mol (12,4 kcal/mol).
Tabel.1 Kelarutan Amonium Nitrat
Kelarutan NH4NO3, g/100 g Kelarutan NH4NO3, g/100 g
Temperatur (Co) Air Larutan Temperatur (Co) Air Larutan
0 118 54,20 60 410 80,4
10 150 60,00 70 499 83,3
20 187 65,20 80 576 85,2
30 232 69,90 90 740 88,1
40 297 74,80 100 843 89,4
50 346 77,60

Tabel.2 Tekanan Uap Larutan Amonium Nitrat
Tekanan Uap, kPaa
Temperatur, oC Air Larutan NH4NO3 jenuh
10 1,2 0,85
20 2,3 1,5
30 4,2 2,5
40 7,4 3,9
auntuk mengkonversi kPa ke mmHg, kalikan dengan 7,5
Tabel.3 Titik Didih Larutan Amonium Nitrat
NH4NO3, wta% Bpb, oC NH4NO3, wt% Bp, oC NH4NO3, wt% Bp, oC
10 101,0 60 113,5 94 165
20 102,5 70 119,5 95 170
30 104,0 80 128,5 96 182
40 107,5 85 136 98 203
50 109,5 90 157 99 222
aweight (berat), bBoiling Point (titik didih)
Tabel.4 Bentuk Kristal Amonium Nitrat
Penandaan Jangkauan temperatur, oC Kristal sistem
α < – 18 tetragonal
β -50,1 rombik
γ 32,1-84,2 rombik
δ 84,2-125,2 tetragonal
Є 125,2-169,6 kubik

Kalor spesifik dari fase pada amonium nitrat adalah 1,70 J/g (0,406 cal/g) antara 0 dan 310C; kalor spesifik larutan NH4NO3 ditunjukkan pada Tabel.5. Koefisien muainya adalah 0,000920 pada 0oC, 0,000982 pada 20oC, dan 0,001113 pada 100oC; panas yang terbentuk dari elemen tersebut adalah 364 kJ/mol (87,1 kcal/mol).
Dekomposisi dan Resiko Ledakan
Amonium nitrat dianggap sebagai garam (kristal) yang sangat stabil, walaupun garam amonium dari asam kuat umumnya meniadakan amonia dan menjadi sedikit asam pada saat penyimpanan. Pada amonium nitrat, peruraian endotermis pH rendah berlangsung pada suhu 169oC.
NH4NO3 ⟶ HNO3 + NH3 ∆H = 175 kJ/mol (41,8 kcal/mol)
Ketika garam dipanaskan dari suhu 200 hingga 230oC, terjadi peruraian eksotermis. Rekasi berlangsung dengan cepat dan dapat dikontrol. Inilah hal dasar untuk pengolahan komersial nitrogen oksida.
NH4NO3 ⟶ N2O + 2 H2O ∆H = -37 kJ/mol (-8,8 kcal/mol)
Diatas 230oC, penyisihan eksotermis N2 dan NO2 dimulai.
4 NH4NO3 ⟶ 3 N2 + 2 NO2 + 8 H2O ∆H = -102 kJ/mol (-24,4 kcal/mol)
Akhir reaksi eksotermis terjadi dengan cepat dan dahsyat ketika amonium nitrat meledak.
2 NH4NO3 ⟶ 2 N2 + 4 H2O + O2 ∆H = -118,5 kJ/mol (-28,5 kcal/mol)
Biasanya, amonium nitrat dikelompokkan sebagai zat pengoksidasi. Garam murni tidak dikelompokkan sebagai bahan mudah meledak karena sifatnya yang sukar untuk meledak. Percikan, nyala api, atau resistansi tidak menyebabkan ledakan, dan amonium nitrat relatif tidak sensitif jika digoncang. Bagaimanapun, berbagai zat, seperti minyak dan klorida, diketahui dapat mensensitifkan senyawa. Jadi, industri berusaha untuk mengeliminasi zat-zat tersebut dalam proses.
Untuk menghasilkan ledakan, amonium nitrat dicampur dengan fuel oil dan pensensitif lain seperti bubuk amonium. Densitas amonium yang lebih rendah lebih disukai untuk membuat perumusan ledakan, karena akan menyerap lebih banyak minyak dengan efektif. ketika diledakan, campuran ini mempunyai daya ledak ± 40 hingga 50% daya ledak TNT.

II.5 Pembuatan Amonium Nitrat
Secara historis, amonium nitrat dibuat dengan metode dekomposisi ganda menggunakan natrium nitrat dan amonium sulfat atau amonium klorida. Bagaimanapun, menggunakan penetralisasi asam nitrat, diproduksi dari amonia melalui pengoksidasian katalis, dengan amonia. Biasanya, pembuatan menggunakan amonia pada proses walaupun beberapa amonium nitrat dibuat dari perolehan amonia itu sendiri. Produk dalam bentuk padat digunakan sebagai pupuk. Penjualan amounium nitrat sebagai komponen urea-pupuk cair amonium nitrat berkembang dimana sekitar setengah dari produksi amonium nitrat diperdagangkan dalam bentuk cair.
Ada tiga langkah penting dalam pembuatan amonium nitrat; netralisasi asam nitrit dengan amonia untuk menghasilkan sebuah larutan terkonsentrasi (Netralization); evaporasi untuk menghasilkan lelehan (Concentration), dan proses pembijihan (Solid Finished Product) untuk menghasilkan produk padat.
Netralization. Reaksi antara amonia dan asam nitri sangat eksotermis dan panas yang dilepaskan menguapkan air. Kedua reaktan mudah menguap pada tempertaur yang dihasilkan sehingga kondisi dari pengendalian reaktor sangat diusahakan untuk mencegah kehlangan material. Untuk menghindari pemanasan yang berlebihan, reaktor dirancang untuk melakukan pencampuran yang sempurna dan memanfaatkan pengendali pH otomatis.
Concentration. Prosedur penguapan bergantung pada konsentrasi larutan yang diproduksi selama netralisasi dan kandungan air yang dibutuhkan untuk menghasilkan produk padat.
Sejak 1965, tabung penguapan sudah digunakan pada banyak sistem. Evaporator tingkat kedua, dimana amonium nitrat dikonsentrasikan hingga lebih 99%, dirancang untuk tetap menghasilkan hanya sedikit jumlah lelehan, melindungi dari pemanasan yang berlebihan dan kontaminasi pensensitif.
Solid Finished Product. Tahap akhir dalam pembuatan pupuk amonium nitrat adalah produksi ukuran yang seragam, tahan gores-hancur, dan alur penyimpanan produk padat yang baik. Disamping menjadi higroskopis, perusakan amonium nitrat menjadi salah satu masalah yang terjadi selama penyimpanan. Hal ini dikarenakan temperatur yang berubah-ubah dimana pada suhu 32,1oC fase kristal akan berubah. Banyak industri untuk menanggulangi masalah ini dengan menambahkan zat penstabil pada lelehan amonium nitrat. Salah satunya adalah magnesium nitrat. Proses ini terdiri dari dua proses penting, yaitu:
• Prilling Process. Prilling amonium nitrat melibatkan penyemprotan larutan yang terkonsentrasi (96% atau 99+%). Tetesan-tetesan larutan tersebut didinginkan dengan aliran udara. proses ini menghasilkan partikel dengan bermacam ukuran bergantung pada sisa uap larutan, suhu udara, dan kecepatan aliran.
• Granulation Process. Pada awal tahun 1970-an, pembuatan amonium nitrat dalam skala besar menggunakan spheroidizer process. Proses ini dikembangkan oleh Cominco, Ltd. (Canada) dan C&I Gidler Corporation. partikel yang telah dibentuk ini diproduksi dengan cara disaring dan didinginkan. proses ini digunakan oleh beberapa produsen amonium nitrat di United States. Beberapa produsen kalsium amonium nitrat dan amonium nitrat sulfat di luar United States juga menggunakan teknik ini.
II.6 Kualitas Produk
Biasanya, amonium nitrat dibuat dari bahan mentah yang mempunyai kemurnian yang tinggi. Jika suatu produk digunakan untuk bahan peledak, maka produk tersebut mengandung 99% amonium nitrat dan 1% air. Produk tersebut harus mengandung material yang tidak dapat larut dalam air dan dapat larut dalam eter, sulfat dan klorida, dan tidak mengandung nitrit. Produk padat harus bebas dari alkali, dan bersifat sedikit asam.
Jika suatu produk digunakan dalam pembuatan nitrat oksida, maka gas anastetik dengan kemurnian yang tidak lebih rendah dari 99,5% dibutuhkan. Garam dari produk tersebut harus bebas dari kontminasi bahan-bahan organik, besi, sulfat, dan klorida.

II.7 Faktor Keamanan
Amonium nitrat dapat dianggap sebagai zat yang aman jika di perlakukan dan disimpan dengan benar. bahaya yang dapat timbul jika ada kontak dengan api, penguraian yang disertai dengan uap beracun, dan letupan.
Walaupun amonium nitrat tidak dengan sendirinya terbakar, kemampuan oksidatornya yang kuat dapat memicu pembakaran zat dalam jumlah yang banyak ketika dipanaskan. Amonium nitrat murni adalah bahan peledak yang relatif tidak sensitif, diperlukan energi awal yang tinggi untuk meledakannya. Namun, ketika diledakan, zat ini mempunyai 70% daya ledak nitrogliserin. Pada tahun 1947, setelah terjadinya kebakaran hebat, terjadi dua ledakan pada kapal barang yang berisi sejumlah pupuk amonium nitrat. Jadi, amonium nitrat dapat dianggap sebagai zat yang mudah peledak dengan beberapa kondisi : dipicu oleh kecepatan letupan, disimpan pada ruangan tertutup dengan suhu tinggi, dan adanya material yang mudah teroksidasi.
Sebagai pengontrol penggunaan dan penjamin keamanan amonium nitrat, maka dibuat suatu peraturan keamanan,seperti yang diberlakukan di UK (United Kingdom), yaitu The Ammonium Nitrate Materials (High Nitrogen Content) Safety Regulation 2003, Statutory Instrumen 2003 No.1082. Undang-Undang ini memuat peraturan yang berkaitan dengan pembuatan, penyimpanan, penyediaan, pengambilan sampel, dan penggunaan dalam berbagai bidang industri hingga metode-metode yang dapat digunakan untuk pemrosesan senyawa ini.

DAFTAR PUSTAKA
Macaluso, P., Weil, E. D., Encyclope of Chemical Technology, Vol. 2, 4th ed., John Wiley and Sons.Inc, 1992
Microsoft Corporation, Microsoft ®Encarta® References Library 2008
Wikipedia. “Ammonium Nitrate”. http://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_nitrate (21 Mei 2008)
UK SI. “The Ammonium Nitrate Materials (High Nitrogen Content) Safety Regulations 2003”. http://www.opsi.gov.uk/si/si2003/20031082.htm (23 Mei 2008)