已经存在的回答
@四爷基于一些火工品相关的书籍在化学反应动力学、热力学、和贮存标准上进行了一些解释[1],充分展现了一个博士生在面对同一个一级学科下的一个和自己不相关的二级学科领域时精湛的学习能力。
@Rive在另外的角度对相同的点提供了补充信息,并提供了一些事例和其他典型炸药的爆炸及做功能力数据用以横向参考[2]。
@中国科普博览在一则镜像问题的回答上刊载了一篇由老徐诺维奇撰写的作品[3],内容深入浅出,在保持文章的科普属性的同时得以感受到笔者在文章背后牢靠而雄厚的含能材料学知识。
当然,除此之外,还有很多本领域和其它领域的ID基于自己的个人经验或者个人专业背景给出了对此次事件性质本身的评价,以及对其可能造成的社会学影响进行的分析[4][5][6]。
知乎就是这样一个平台,每个人站在自己的专业领域对事件进行一个凝聚而精确的分析;而将所有人的回答汇聚在一起,就拼凑成了一幅完备的面貌。
相关资料
关于硝酸铵(AN)的很多爆炸学的具体数据,我推荐的数据来源是田德余等撰写、由国防工业出版社印制的《含能材料及相关物手册》。这本书现在在国内,我肯定不可能把它带到美国来,毕竟我都快十年没碰过能材了,很遗憾。同样会很有用的书籍还有由劳允亮等撰写、由北京理工大学出版社印制的《火工药剂学》,由舒远杰撰写、由化学工业出版社印制的《炸药学概论》,和由U. Teipei撰写,国防工业出版社印制的《含能材料》。
这些书都不在手边,我现在只能靠并不精确的记忆给出一些十分定性的回答。
事件总体
发生这种规模的化学品爆炸事件,只要在排除是燃气或者储油罐爆炸,基本都可以先推测是硝酸铵导致的。能够大量储存在民用仓库的具有爆炸性能的物质常见的基本上就是它了。至于排除燃气和储油罐,可以通过氧平衡、稳定爆轰速度和火焰情况进行判断,火焰情况又很大程度取决于炸药的氧平衡,而前两者又很大程度的会体现在爆炸的现象上。这次通过视频能够感觉到爆轰波的强劲和迅猛,也能看出来产生的烟雾(蘑菇云)不是十分的高耸,可以推测出爆炸的爆速不是很高,这些都可以印证AN不到3000的爆速。
所以在一开始关于爆炸的原因还在众说纷纭的时候,有人说是燃气,不像。有人说是大量储存的烟火,emmm确实不能排除,一方面是配方达到最佳水平的黑火药的爆速能够到大概400,几乎也是个空气激波了;另一方面是现代烟火里会添加不到10%的硝基芳香化合物作为炸响剂,常见的就是TNT和DNT(二硝基甲苯)。当然还会添加金属粉末比如铝和镁,这个是用来发生亮光,在炸药学里会提高爆热和(次要)爆压。最后说是AN,我觉得跑不了了,基本上就是AN了。
关于硝酸铵
AN是很典型的矿物和工程用炸药,各种国内的民爆公司对这个物质实在是再熟悉不过了。一般在使用中会和矿物油或者碳数更高的矿物脂进行复配,或者形成乳化炸药。之前也说过了,AN的爆速大概是3000(有回答提供了一个2700的数据[2]),和TNT的当量系数不到1,大概是0.7我记得。所以在现在各种对爆炸威力进行估计的声音中,如果看到有人提供的TNT当量质量大于AN质量的,肯定是错的。还有人基于这个TNT当量质量再横向比较相当于多大规模的核弹攻击,这个就更不能这么比较了。因为爆速和爆压相差非常大(仅仅TNT的爆速就达到了AN的大概3倍,6000~7000),破坏效应的最大距离和空间分布是不一样的。
和大众的朴素认知不同,猛炸药其实物理性能大都十分稳定,不会经过轻微刺激就爆炸。AN的机械感度真的是低得令人发指,有报道称在实际使用中#8雷管都有可能无法完全引爆乳化炸药。TNT是很典型的低熔点低感度猛炸药,在未被有效起爆之前,甚至可以安静燃烧,有消息称TNT可以承受子弹直接射击而不发生殉爆。苦味酸(三硝基苯酚,TNP)的感度在当今猛炸药行列中算是很高了,但其实依然十分顿感,正常的物理运输甚至跌落不会造成其殉爆;其主要逐渐退出历史舞台的原因是它和金属炮弹壳的低相容性(强酸性),以及反应产物苦味酸盐具有媲美起爆药的极高感度(臭名昭著的下濑炸药)[7]。现代硝铵类爆炸物黑索金(三亚甲基三硝胺,RDX[8])和奥克托金(四亚甲基四硝铵,HMX)的感度介于TNT和TNP之间。上一代经典的硝酸酯类炸药比如太安(季戊四醇四硝酸酯,PETN)具有极强的做功能力,但是感度较高而且(次要)非常危害环境,也在逐渐退出历史舞台。
说了这么多,其实是让大家先比较感性地了解一下当前的各类炸药感度处在什么样的水平。大概十年前有的学者在推荐镍的肼合物含能盐作为绿色新型起爆药,比如硝酸肼合镍(II)(NHN)和叠氮肼镍(II)。其中NHN可以完全起爆TNT、TNP、RDX、HMX、PETN、以及硝基四唑类含能材料,但是用NHN无法引爆AN。由此可见AN的感度到底有多低。
所以说AN不可能是事故的起源,而只能是殉爆。目前有声音称是对储藏有炸药的仓库门进行焊接导致的爆炸。
有报道称AN在含水量3%以上无法被引爆。但这个应该指的是未变质的高纯AN。含能材料学内常见的敏化炸药机械感度的方法之一是向混合体系内部添加刚性填料比如氮化硅或者金刚石。低纯度的AN中大量分布的杂质可能会起到提高机械感度的作用。另外,长期存放的AN可能产生相对更加不稳定的亚硝酸铵,以及由于AN自身作为固体酸的属性,可能会和容器发生反应形成感度较高的硝酸过渡金属盐。
在材料发生断裂的时候,永远会是从整个材料中最薄弱的那个点开始的。一个系统的整体安全度取决于最危险的那个过程。