Visione scientifica: caratteristiche dell'esplosione a Beirut

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

La tragica notizia di una grande esplosione a Beirut, che ha preso le prime righe di notizie, solleva domande naturali: come è potuto accadere, cosa è esploso lì, a causa di quali fattori sono possibili tali incidenti? Per capirlo, diamo un'occhiata più da vicino alle proprietà del nitrato di ammonio e ai rischi ad esso associati.

Cosa è successo a Beirut

In breve, la situazione si presenta così: sei anni fa, la nave Rhosus è entrata nel porto di Beirut per una riparazione non programmata. Apparteneva alla compagnia di Igor Grechushkin, originario di Khabarovsk. Le autorità portuali non hanno rilasciato la nave a causa di carenze nei sistemi di sicurezza e nei documenti di carico. A poco a poco, la squadra ha lasciato la Rhosus e il suo carico, che consisteva in 2.750 tonnellate di nitrato di ammonio, è stato trasferito in un magazzino nel porto, dove è stato immagazzinato per i successivi sei anni. Le condizioni di stoccaggio si sono rivelate insufficientemente affidabili, pertanto, al fine di limitare l'accesso a questo carico, sono stati eseguiti lavori di saldatura presso il magazzino, a causa dell'errata organizzazione della sicurezza di cui, successivamente, si sono accesi i pirotecnici immagazzinati nello stesso magazzino.

È divampato un incendio, sostenuto da combustione e fuochi d'artificio. Dopo qualche tempo, il nitrato di ammonio immagazzinato è esploso. L'onda d'urto di questa esplosione ha inferto un grande effetto dannoso sulle aree circostanti di Beirut: oggi le persone morte sono più di 130, e il loro numero continua a crescere poiché sempre più corpi vengono scoperti mentre smantellano le macerie di edifici e strutture. Più di cinquemila persone sono rimaste ferite.

Fotografie dallo spazio scattate dal satellite Kanopus-V. La foto sopra è datata 4 novembre 2019 e la foto sotto è il giorno dopo l'esplosione. / © Roskosmos.ru

Un numero enorme di case è stato danneggiato in varia misura, la distruzione ha interessato metà degli edifici a Beirut, circa 300 mila residenti sono rimasti senza casa. Secondo il governatore della capitale libanese, Marwan Abboud, i danni dell'esplosione sono stimati tra i tre ei cinque miliardi di dollari. Le immagini dallo spazio del porto di Beirut, scattate prima e dopo la tragedia, mostrano un'area di continua distruzione intorno all'intera area portuale. In Libano sono stati dichiarati tre giorni di lutto.

Cos'è il nitrato di ammonio?

Il nitrato di ammonio, o nitrato di ammonio, è un sale di ammonio dell'acido nitrico, ha la formula chimica NH₄NO₃ e consiste di tre elementi chimici: azoto, idrogeno e ossigeno. L'alto contenuto di azoto (circa un terzo in peso) in una forma facilmente assimilabile dalle piante permette di utilizzare ampiamente il nitrato di ammonio come efficace fertilizzante azotato in agricoltura.

Pertanto, il nitrato di ammonio viene utilizzato sia in forma pura che come parte di altri fertilizzanti complessi. La maggior parte del salnitro prodotto nel mondo viene utilizzata proprio in questa veste. Fisicamente, il nitrato di ammonio è una sostanza cristallina bianca, in forma industriale sotto forma di granuli di varie dimensioni.

È igroscopico, cioè assorbe bene l'umidità dall'atmosfera; durante lo stoccaggio ha la tendenza all'agglomerazione, alla formazione di grandi masse dense. Pertanto, viene immagazzinato e trasportato non sotto forma di una massa sfusa solida, ma in sacchi densi e resistenti che non consentono la formazione di grandi masse incrostate difficili da allentare.

Operazioni di brillamento in miniere a cielo aperto con nitrato di ammonio come parte di esplosivi industriali / ©Flickr.com.

Il nitrato di ammonio è un forte agente ossidante. I tre atomi di ossigeno che compongono la sua molecola costituiscono il 60% della massa. In altre parole, il nitrato di ammonio è più della metà dell'ossigeno, che viene facilmente rilasciato dalla sua molecola quando riscaldato. La decomposizione termica del nitrato avviene in due forme principali: a temperature inferiori a 200 gradi, si decompone in ossido di azoto e acqua e a temperature di circa 350 gradi e oltre, si formano contemporaneamente con l'acqua azoto libero e ossigeno libero. Questo separa il nitrato di ammonio nella categoria dei forti ossidanti e ne predetermina l'uso nella produzione di vari esplosivi, che richiedono un agente ossidante.

Nitrato di ammonio - un componente degli esplosivi industriali

Il nitrato di ammonio è incluso in molti tipi di esplosivi industriali ed è ampiamente utilizzato in questo, principalmente nell'industria mineraria. L'uomo non ha ancora inventato niente di più efficace di un'esplosione per distruggere le rocce. Pertanto, quasi tutti i lavori con loro si basano su un'esplosione: dall'estrazione nelle miniere ai tagli aperti e alle cave.

L'industria mineraria consuma un'enorme quantità di esplosivi e ogni impresa mineraria o miniera di carbone ha sempre il proprio impianto per la produzione di esplosivi, che vengono consumati in grandi quantità. La relativa economicità del nitrato di ammonio consente di utilizzarlo per la produzione di massa di vari esplosivi industriali.

E qui possiamo notare l'incredibile ampiezza della formazione di sistemi esplosivi da parte del nitrato di ammonio. Mescolando il nitrato letteralmente con qualsiasi sostanza combustibile, puoi ottenere un sistema esplosivo. Miscele di nitrato con polvere di alluminio ordinario formano ammoniaca, che sono quindi chiamati nitrato di AMMONIO - ALLUMINIO. L'80% della massa di ammonio è nitrato di ammonio. Gli ammoniaca sono molto efficaci, sono bravi a far saltare le rocce, alcune varietà sono chiamate ammoniaca di roccia.

Esplosione massiccia durante le operazioni minerarie / © Flickr.com.

Se impregni il nitrato con il gasolio, ottieni un'altra classe di esplosivi industriali: gli igdaniti, dal nome dell'Istituto di estrazione mineraria, l'Istituto di estrazione mineraria dell'Accademia delle scienze dell'URSS. Il salnitro è in grado di formare miscele esplosive se impregnato praticamente di qualsiasi liquido infiammabile, dall'olio vegetale all'olio combustibile. Altre classi di esplosivi a base di nitrati utilizzano additivi di vari esplosivi: ad esempio, le ammoniti (questi non sono solo cefalopodi fossili) contengono TNT o RDX. Nella sua forma pura, il nitrato di ammonio è anche esplosivo e può esplodere. Ma la sua detonazione è diversa dalla detonazione di esplosivi industriali o militari. Che cosa esattamente? Ricordiamo brevemente cos'è la detonazione e come si differenzia dalla normale combustione.

Cos'è la detonazione?

Affinché le reazioni di combustione abbiano inizio nelle sostanze combustibili, gli atomi del combustibile e dell'ossidante devono essere liberati e avvicinati fino a formare legami chimici tra di loro. Liberarli dalle molecole in cui sono contenuti significa distruggere queste molecole: questo fa riscaldare le molecole alla temperatura della loro decomposizione. E lo stesso riscaldamento unisce gli atomi del combustibile e dell'ossidante alla formazione di un legame chimico tra loro - a una reazione chimica.

Nella combustione normale - detta deflagrazione - i reagenti vengono riscaldati per normale trasferimento di calore dal fronte di fiamma. La fiamma riscalda gli strati della sostanza combustibile e, sotto l'influenza di questo riscaldamento, le sostanze si decompongono prima dell'inizio delle reazioni di combustione chimica. Il meccanismo di detonazione è diverso. In esso, la sostanza viene riscaldata prima dell'inizio delle reazioni chimiche a causa della compressione meccanica di alto grado - come sai, sotto una forte compressione, una sostanza si riscalda.

Tale compressione dà un'onda d'urto che passa attraverso il pezzo detonante di esplosivo (o semplicemente il volume, se esplode un liquido, una miscela di gas o un sistema multifase: ad esempio, una sospensione di carbone nell'aria). L'onda d'urto comprime e riscalda la sostanza, provoca in essa reazioni chimiche con il rilascio di una grande quantità di calore ed è essa stessa alimentata da questa energia di reazione rilasciata direttamente in essa.

E qui la velocità di detonazione è molto importante, cioè la velocità dell'onda d'urto che passa attraverso la sostanza. Più è grande, più potente è l'esplosivo, l'azione esplosiva. Per gli esplosivi industriali e militari, la velocità di detonazione è di diversi chilometri al secondo - da circa 5 km / sec per ammoniti e ammoniti e 6-7 km / sec per TNT a 8 km / sec per RDX e 9 km / sec per HMX. Più veloce è la detonazione, maggiore è la densità di energia nell'onda d'urto, più forte è il suo effetto distruttivo quando lascia i confini del pezzo di esplosivo.

Se l'onda d'urto supera la velocità del suono nel materiale, lo frantuma in pezzi - questa si chiama azione esplosiva. È quello che rompe il corpo di una granata, un proiettile e una bomba in frammenti, schiaccia le rocce attorno a un pozzo trivellato oa un pozzo pieno di esplosivo.

Con la distanza da un pezzo di esplosivo, la potenza e la velocità dell'onda d'urto diminuiscono, e da una certa breve distanza non può più schiacciare la sostanza circostante, ma può agire su di essa con la sua pressione, spingere, accartocciare, disperdere, lanciare, gettare. Tale azione di pressione, schiacciamento e lancio è chiamata altamente esplosiva.

Caratteristiche della detonazione del nitrato

Anche il nitrato di ammonio industriale senza additivi che formano esplosivi, come abbiamo notato sopra, può anche esplodere. La sua velocità di detonazione, a differenza degli esplosivi industriali, è relativamente bassa: circa 1,5-2,5 km/sec. La diffusione della velocità di detonazione dipende da molti fattori: sotto forma di quali granuli è il salnitro, quanto strettamente sono compressi, qual è l'attuale contenuto di umidità del salnitro e molti altri.

Pertanto, il salnitro non forma un'azione esplosiva - non schiaccia i materiali circostanti. Ma l'effetto altamente esplosivo della detonazione del nitrato produce abbastanza tangibile. E il potere di una particolare detonazione dipende dalla sua quantità. Con grandi masse esplosive, l'effetto altamente esplosivo dell'esplosione può raggiungere la distruttività di qualsiasi livello.

Conseguenze dell'esplosione a Beirut / © "Lenta.ru"

Parlando di detonazione, notiamo un altro punto importante: come inizia. Infatti, affinché un'onda d'urto di compressione attraversi l'esplosivo, deve essere lanciata in qualche modo, creata con qualcosa. La semplice accensione di un pezzo di esplosivo non fornisce la compressione meccanica necessaria per avviare la detonazione.

Quindi, su piccoli pezzi di TNT, dati alle fiamme con un fiammifero, è del tutto possibile far bollire il tè in una tazza: bruciano con un sibilo caratteristico, a volte fumano, ma bruciano tranquillamente e senza un'esplosione. (La descrizione non è una raccomandazione per preparare il tè! È comunque pericoloso se i pezzi sono grandi o contaminati.) Per innescare la detonazione, è necessario un detonatore, un piccolo dispositivo con una speciale carica esplosiva inserita nel corpo principale degli esplosivi. L'esplosione di un detonatore, saldamente inserito nella carica principale, lancia un'onda d'urto e una detonazione al suo interno.

Cosa potrebbe aver causato la detonazione

La detonazione può avvenire spontaneamente? Forse: la combustione ordinaria è in grado di trasformarsi in detonazione quando viene accelerata, con un aumento dell'intensità di questa combustione. Se accendi una miscela di ossigeno con idrogeno, un gas esplosivo, inizierà a bruciare silenziosamente, ma man mano che il fronte di fiamma accelera, la combustione si trasformerà in detonazione.

La combustione di sistemi di gas multifase, come tutti i tipi di sospensioni e aerosol, utilizzati nelle munizioni per un'esplosione volumetrica, si trasforma rapidamente in detonazione. La combustione del propellente può anche trasformarsi in detonazione se la pressione nel motore inizia a salire rapidamente, in modo fuori progetto. Un aumento della pressione, un'accelerazione della combustione: questi sono i prerequisiti per il passaggio dalla combustione ordinaria alla detonazione.

Inoltre, i catalizzatori di combustione possono essere vari additivi, contaminanti, impurità - più precisamente, loro o i loro componenti, che contribuiranno alla transizione locale alla detonazione. Le munizioni ossidate e arrugginite hanno maggiori probabilità di esplodere se l'esplosivo è adiacente alla sezione ossidata dello scafo. Ci sono molte sfumature e punti nell'inizio della detonazione che tralasceremo, quindi torniamo alla domanda: come potrebbe esplodere il salnitro nel magazzino?

E qui è ovvio che la pirotecnica potrebbe svolgere perfettamente il ruolo di un detonatore. No, solo un sibilo di polvere da sparo non ha causato la detonazione del salnitro con la sua forza di fumo con scintille. Ma il video cattura numerosi enormi focolai che scintillano nel fumo del fuoco prima dell'esplosione del salnitro. Queste sono piccole esplosioni di una manciata di componenti pirotecnici di fuochi d'artificio. Sono serviti come un ovvio inizio detonante. No, non erano detonatori industriali.

Ma in condizioni di fuoco, riscaldamento di grandi superfici di salnitro con una fiamma e l'imponenza di migliaia di operazioni pirotecniche che si verificano, questi razzi pirotecnici furono probabilmente introdotti nella superficie riscaldata del salnitro con ulteriori esplosioni nel salnitro caldo. Ad un certo punto, si è verificata la sua detonazione sotto un tale impatto e si è diffusa all'intera gamma di salnitro immagazzinato.

È difficile analizzare in dettaglio ulteriori eventi senza informazioni dettagliate e uno studio del luogo dell'esplosione. Non si sa fino a che punto siano state fatte esplodere tutte le 2750 tonnellate. La detonazione non è un inizio assoluto che avviene sempre come è scritto su carta. Succede che le mattonelle di TNT accatastate insieme non facciano esplodere tutte: alcune semplicemente si disperdono ai lati, se non vengono prese misure affidabili per trasferire la detonazione tra di loro.

Dopo massicce esplosioni di rocce, quando vengono fatte saltare in aria centinaia e migliaia di pozzi pieni di esplosivo (possono essere dotati di esplosivo per un mese intero), dopo che una nuvola di polvere si è depositata, solo gli specialisti prima entrano sempre nella zona di esplosione e ispezionano ciò che è esploso e cosa non è esploso. Raccolgono anche esplosivi inesplosi. Così è con il salnitro in un magazzino nel porto di Beirut: la completezza della detonazione dell'esplosione dell'intera massa di nitrato è difficile da determinare, ma è chiaro che era piuttosto grande.

Caratteristiche dell'esplosione a Beirut

L'immagine stessa dell'esplosione corrisponde bene alla detonazione del nitrato. Una grande colonna di fumo bruno-rossastro dopo l'esplosione è un colore tipico della nuvola con ossidi di azoto rossi, che vengono rilasciati in grandi quantità durante la decomposizione del nitrato nell'esplosione. A causa della bassa velocità di detonazione del nitrato, non si è verificata una massiccia azione di frantumazione.

Non si è quindi formato un grande cratere nel luogo dell'esplosione: i materiali dei moli e della copertura in calcestruzzo dei magazzini non sono stati dettagliati, quindi non sono stati gettati via. A causa di ciò, non c'è stato alcun bombardamento della città con pezzi che volavano dall'area dell'esplosione e l'alto sultano di pezzi volanti e frammenti formati dall'esplosione non si è alzato al di sopra del luogo dell'esplosione.

Una colonna di fumo, colorata dalle emissioni di ossidi di azoto durante la decomposizione del nitrato di ammonio / © dnpr.com.ua.

Allo stesso tempo, l'abbondante rilascio di prodotti di combustione gassosi - vapore acqueo, ossidi di azoto - ha conferito all'immagine dell'esplosione le caratteristiche di un'esplosione volumetrica. Oltre a un'onda d'urto che passa rapidamente, abbastanza potente e visibile come un veloce muro di nebbia, le riprese mostrano un muro in avvicinamento di gas esplosivi in espansione, mescolati a polvere e che si sollevano dalla superficie della terra con un rapido avvicinamento. Questo è tipico per esplosioni di grandi volumi con una bassa velocità di detonazione.

La natura del danno agli edifici con un'alta probabilità mostrerà che sono stati colpiti non solo dall'onda d'urto stessa - potente, ma a breve termine - ma anche da un'esposizione più lunga al flusso d'aria in espansione diffuso dall'area dell'esplosione.

Esplosioni di nitrati a Beirut

Esplosioni di fertilizzanti a base di sali di acido nitrico si sono verificate prima, sono ben note, ci sono molti casi simili nella storia. Così, il 1 settembre 2001, a Tolosa, presso l'impianto di fertilizzanti dell'azienda Grande Paroisse, esplose un hangar, in cui furono fatte esplodere 300 tonnellate di nitrato di ammonio. Morirono circa 30 persone, migliaia rimasero ferite. Molti edifici a Tolosa sono stati danneggiati.

In precedenza, il 16 aprile 1947, c'è stata un'esplosione di 2.100 tonnellate di nitrato di ammonio a bordo della nave "Grancan" nel porto di Texas City, negli Stati Uniti. È stato preceduto da un incendio sulla nave: una situazione e una sequenza di eventi simili. L'esplosione ha causato incendi ed esplosioni su navi e depositi di petrolio nelle vicinanze. Circa 600 persone sono state uccise, centinaia sono scomparse, più di cinquemila sono rimaste ferite.

Il 21 settembre 1921, 12mila tonnellate di una miscela di solfato di ammonio e nitrato di ammonio esplosero nell'impianto chimico della BASF vicino alla città di Oppau in Baviera. Un'esplosione di tale potenza formò un enorme cratere, due villaggi più vicini furono spazzati via dalla faccia della terra e la città di Oppau fu distrutta.

Esplosioni catastrofiche di nitrato di ammonio con grande distruzione e numerose vittime si sono verificate nel 2004 nella città nordcoreana di Ryongcheon; nel 2013 nella città di West in Texas, USA; nel 2015 nella città portuale di Tianjin in Cina. E la lista continua.

Sfortunatamente, il nitrato di ammonio, con tutti gli enormi vantaggi che porta a una persona, rimane un oggetto pericoloso che richiede il rispetto di una serie di requisiti di sicurezza nella manipolazione. E l'incuria o la negligenza possono causare nuove tragedie, la cui prevenzione richiede sia l'inasprimento delle regole per la manipolazione dei nitrati sia l'aumento della responsabilità per la loro osservanza e attuazione.