نیتریک اسید

نیتریک اسید

اسید نیتریک یک اسید قوی و مایعی خورنده است که توسط اکسیداسیون آمونیاک و سپس واکنش احیائی با آب بدست می آید. اسید نیتریک خالص بی رنگ است. رنگ قهوه ای مایل به زرد آن در محلولهای غلیظ اسید نیتریک، بواسطه انحلال دی اکسید نیتروژن در آن می باشد. اسید نیتریک یک عامل اکسید کننده میباشد و با بسیاری از مواد واکنش میدهد، میتواند با مواد شیمیایی مثل انیدریدها، کتونها، الکلها، آمینها، نیتریلها، آلدهیدها، اترها، هیدروکربن ها و آلکینها واکنش انفجاری دهد. اسید نیتریک در ترکیب با مواد سوختی و الکلها ایجاد گرما میکند و میتواند با عوامل احیا کننده و یا مواد آلی قابل احتراق واکنش دهد و بسوزد و یا منفجر شود. این محصول ماده بسیار خطرناکی است و هنگام استفاده از آن باید کاملاً احتیاط شود. نیتریک اسید را میتوان از واکنش انفجاری با ترکیباتی مانند سیانیدها، کاربیدها و پودرهای فلزی تهیه کرد. همچنین اسید نیتریک با بسیاری از فلزات واکنش میدهد و برای استخراج و خالص سازی طلا کاربرد دارد.

در حال حاضر بیشترین مصرف اسید نیتریک در تهیۀ کودهای کشاورزی از قبیل نیترات آمونیوم، نیتروفسفات، کودهای مخلوط و غیره است. ضمن این که در تولید نیتراتهای معدنی و آلی، در اسید شویی تجهیزات صنعتی، آبکاری، مقاومسازی در برابر خوردگی، جداسازی طلا و نقره و در صنایع الکترولیز از اسید نیتریک به وفور استفاده میشو. در صنایع نظامی، صنایع شیرسازی و صنایع پلاستیک سازی نیز مصرف اسید نیتریک قابل توجه است.

اسید نیتریک مورد استفاده در صنعت تهیه کود شیمیایی، از نوع اسید نیتریک رقیق است، که غلظت آن بین ۵۰ و ۶۰ % است. اسید نیتریک از اکسیداسیون کاتالیستی آمونیاک تهیه میشود. این فرایند شامل مراحل زیر است:

۱- اکسیداسیون آمونیاک با هوا برای تهیه اکسید نیتروژن

۲-  تکمیل فرآیند اکسیداسیون اکسید نیتروژن و تشکیل دی اکسید نیتروژن

۳-  جذب گاز دی اکسید نیتروژن در آب و تهیه محلول اسید نیتریک

مشخصات فیزیکی و شیمیایی نیتریک اسید

اسید نیتریک خالص ۱۰۰ %، مایعی بی رنگ است که در دمای ۴۲ – درجه سانتیگراد ذوب و در دمای ۸۳ درجه سانتیگراد  می جوشد. در صورتی که جوشش در نور انجام شود و محیط اتاق باشد، در دمای ۷۲ درجه اسید نیتریک به صورت زیر تجزیه می شود:

۴ HNO3 → ۲ H2O + 4 NO2 + O2 (72°C)

اسید نیتریک (HNO_۳) دارای چگالی ۵/۱ بوده و غیر اشتعال پذیر است. محلول ۶۸ % آن در دمای ۱۲۰ درجه سانتیگراد می جوشد. در جدول زیر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اسید نیتریک را نشان داده است.

خواص فیزیکی و شیمیایی اسید نیتریک

گریدهای مختلف نیتریک اسید

بر اساس غلظت اسید در محلول آب که با درجه بومه نیز شناخته می شود، گریدهای مختلفی از اسید نیتریک مطرح می باشد که در جدول ذیل معرفی می شود. اسید نیتریک تولیدی جهت فرآیندهای شیمیائی عموما با غلظتهای تا ۸/۶۸ % در بازار موجود بوده و گریدهای با غلظت بالا برای کاربردهای خاص تولید و ارائه می شود.

• گرید ۳۶:       غلضت اسید: ۳/۵۲ %   و چگالی: ۳۳۰/۱
• گرید ۳۸:       غلضت اسید: ۵/۵۶ %   و چگالی: ۳۳۵/۱
• گرید ۴۰:       غلضت اسید: ۰/۶۰ %   و چگالی: ۳۸۱/۱
• گرید ۴۲:       غلضت اسید: ۲/۶۷ %   و چگالی: ۴۰۸/۱

علاوه بر گریدهای عمومی فوق انواع دیگری از اسید نیتریک که شامل اسیدهای قوی و خالص می باشد به شرح ذیل معرفی می گردد.

• گرید دود سفید (White Fuming Nitric acid-WFNC) که به آن اسید ۱۰۰% نیز می گویند، مطرح میباشد که حداکثر ۲% آب همراه آن بوده و تا ۵/۰ % NO2 بصورت محلول در آن میباشد.
• گرید دیگر تحت عنوان اسید قوی با غلظت ۹۰ % است.
• اسید نیتریک دود قرمز (Red fuming nitric acid, RFNA) نوع دیگری از اسیدنیتریک غلیظ است که درصد اکسید نیتروژن محلول آن بالاست (بین ۱۳ تا ۱۷%).

موارد کاربرد نیتریک اسید

موارد مصرف عمده اسید نیتریک شامل تولید نیترات آمونیوم، آدیپیک اسید، نیتروبنزن، تولوئن دی ایزوسیانات، سطوح فلزات و نیترات فلزات می باشد. تولید نیترات آمونیوم حدود ۸۰% از مصرف جهانی اسید نیتریک را به خود اختصاص می دهد.

نیترات آمونیوم:

نیترات آمونیوم یکی از اصلی ترین محصولات حاصل از اسید نیتریک است که بصورت مستقیم بعنوان کود شیمیائی در مزارع مصرف شده و یا در محلولها و ترکیبات کودهای ترکیبی استفاده می شود. از دیگر کاربردهای نیترات آمونیوم در تولید مواد منفجره است که در صنایع نظامی و حفاریهای غیر نظامی کاربرد دارد.

آدیپیک اسید:

واکنش اسید نیتریک با مخلوط سیکلوهگزان/سیکلوهگزانول منجر به تولید آدیپیک اسید می شود. بخش عمده تولیدات آدیپیک اسید جهت تولید نایلون۶۶ مورد استفاده قرار می گیرد. سایر مصارف آدیپیک اسید در تولید پلی یورتانها، پلی استر و رزین پلی آمید-اپی کلروهیدرین بوده

و بخش جزئی از آن نیز در تولید دی استر آدیپات و پلاستی سایزرهای پلیمری می باشد.

نیترو بنزن:

از واکنش مستقیم بنزن و اسید نیتریک در حضور اسید سولفوریک در فرآیند نیتراسیون بنزن، نیترو بنزن حاصل می شود. بخش عمده نیتروبنزن تولیدی (در حدود ۸۵%) جهت تولید آنیلین مصرف می شود.

تولوئن دی ایزوسیانات (TDI):

از فرآیند نیتراسیون تولوئن در حضور مخلوط اسیدنیتریک و اسید سولفوریک نیتروتولوئن حاصل می شود که در ادامه آن و تبدیل به تولوئن دی آمید، در نهایت منجر به تولوئن دی ایزوسیانات (TDI) میگردد. عمده ترین کاربرد TDI در تولید فومهای انعطاف پذیر پلی یورتان
می باشد که درحدود ۸۵ % از تولیدات TDI را بخود اختصاص داده است. بخش کمی از TDIدر انواع پوشش ها، درزگیرها و الاستومرها مصرف می شود.

آماده سازی فلزات:

صنعت فولاد: اسید نیتریک جهت از بین بردن و حذف اکسیدها تشکیل شده در سطح انواع فولادها و آماده سازی سطح جهت عملیات ضد خوردگی مورد استفاده قرار می گیرد. از اسید نیتریک عموما جهت آماده سازی سطوح استیلهای ضد زنگ با کربن پائین مانند سری ۲۰۰ (کروم-نیکل-منگنز)، سری  ۳۰۰ (نیکل – کروم) و سری ۴۰۰ (کروم) استفاده می شود.

سایر فلزات:  علاوه بر فولاد و انواع آلیاژهای استیل ضدزنگ، در سایر فلزات مانند آلمینیوم، زیرکونیوم و… نیز مصرف دارد.

صنایع الکترونیک: در تولید کنداکتورهای نیمه هادی از اسید نیتریک برای آماده سازی سطح کنداکتور قبل از چاپ مدار بر روی برد الکترونیکی استفاده می شود.

استانداردهای نیتریک اسید

اسید نیتریک بعنوان یک ماده شیمیائی پر مصرف و مطرح در مجموعه استاندارد بین المللی دارای کد مشخص جهت آنالیز محصول می باشد که به شرح ذیل معرفی می گردد.

ASTM E1584 – 11 Standard Test Method for Assay of Nitric Acid

همچنین در مجموعه استاندارد ملی ایران برای سنجش کیفیت اسید نیتریک استاندارد مصوب وجود دارد که در جدول ذیل معرفی می گردد.

استانداردهای ملی اسید نیتریک

اثرات زیست محیطی و ایمنی نیتریک اسید

اسید نیتریک های بسیار غلیظ  ۹۷ تا ۹۹% بصورت بخار بوده و در مواد مواد تمیزکننده بکار میرود. اسید نیتریک ۵۰ الی ۶۰% را باید در ظرفهای فولاد زنگ نزن یا ظروف سفالی یا بطریهای تیره محافظت شده، حمل کرد.  بوده و غلظتهای بالاتر از آن را باید در ظروف آلومینیومی غیر فعال نگهداری و حمل کرد.

براساس ضوابط اتحادیه اروپا ، اسید نیتریک بعنوان یک ماده آلاینده مهم ارزیابی نمی شود.

از مخاطرات واحد اسید نیتریک توجه به دو نکته مهم می باشد:

۱- خوردگی تجهیزات و اتصالات که با انتخاب جنس استیل ضد زنگ و ضخامت مناسب می توان مخاطرات آنرا به حداقل رساند.

۲-  انفجار در مخلوط هوا و آمونیاک که با توجه به پیوسته بودن فرآیند و امکان نظارت مستمر توسط ابزارهای کنترلی و تنظیم نسبت این دو ماده در پائین تر از منطقه خطر، احتمال انفجار از بین می رود.

اسید نیتریک ماده خورنده قوی است که در اثر تماس با پوست بدن باعث سوزش، خارش و از بین رفتن بافتهای پوست می گردد. گاز دی اکسید نیتروژن نیز همانند اسید نیتریک یک ماده بسیار سمی است که بایستی از تماس با آن و یا استنشاق آن به شدت خودداری نمود.

در بخش مقالات به معرفی دسته ای از محصولات  شیمیایی پرداخته شده است.شایان ذکر است محصولات نام برده شده شامل مطالعات امکانسنجی می باشد. در گزارشات امکانسجی به وضعیت بازار،فرایندهای تولید و اطلاعات سرمایه‌گذاری مورد نیاز پرداخته شده  که تمامی این اطلاعات قابل ارائه به مشتریان می باشد.

این مقالات توسط شرکت آلما شیمی پاسارگاد برای شما تهیه شده است.