نیتریک اسید

نیتریک اسید :

نیتریک اسید یک اسید قوي و مایعی خورنده است که توسط اکسیداسیون آمونیاك و سپس واکنش احیائی با آب بدست می آید. نیتریک اسید خالص بی رنگ است. رنگ قهوه اي مایل به زرد آن در محلولهاي غلیظ نیتریک اسید، بواسطه انحلال دي اکسید نیتروژن در آن می باشد. نیتریک اسید یک عامل اکسید کننده میباشد و با بسیاري از مواد واکنش میدهد، میتواند با مواد شیمیایی مثل انیدریدها، کتونها، الکلها، آمینها، نیتریلها، آلدهیدها، اترها، هیدروکربن ها و آلکینها واکنش انفجاري دهد. نیتریک اسید 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 انفجاري با ترکیباتی مانند سیانیدها، کاربیدها و پودرهاي فلزي تهیه کرد. همچنین نیتریک اسید با بسیاري از فلزات واکنش میدهد و براي استخراج و خالص سازي طلا کاربرد دارد.

در حال حاضر بیشترین مصرف نیتریک اسید در تهیۀ کودهاي کشاورزی از قبیل نیترات آمونیوم، نیتروفسفات، کودهاي مخلوط و غيره است. ضمن این که در تولید نیتراتهاي معدنی و آلی، در اسید شویی تجهیزات صنعتی، آبکاري، مقاومسازي در برابر خوردگی، جداسازي طلا و نقره و در صنایع الکترولیز از نیتریک اسید به وفور استفاده میشو. در صنایع نظامی، صنایع شیرسازي و صنایع پلاستیک سازي نیز مصرف نیتریک اسید قابل توجه است.

نیتریک اسید مورد استفاده در صنعت تهیه کود شیمیایی، از نوع نیتریک اسید رقیق است، که غلظت آن بین 50 و 60 % است. نیتریک اسید از اکسیداسیون کاتالیستی آمونیاك تهیه میشود. این فرایند شامل مراحل زیر است:

1- اکسیداسیون آمونیاك با هوا براي تهیه اکسید نیتروژن

2-  تکمیل فرآیند اکسیداسیون اکسید نیتروژن و تشکیل دي اکسید نیتروژن

3-  جذب گاز دي اکسید نیتروژن در آب و تهیه محلول نیتریک اسید

مشخصات فيزيکي و شیمیایی نیتریک اسید :

نیتریک اسید خالص ١٠٠ %، مایعی بی رنگ است که در دماي ٤٢ - درجه سانتیگراد ذوب و در دماي 83 درجه سانتیگراد  می جوشد. در صورتی که جوشش در نور انجام شود و محیط اتاق باشد، در دماي ٧٢ درجه نیتریک اسید به صورت زیر تجزیه می شود:

4 HNO₃ → 2 H₂O + 4 NO₂ + O₂ (72°C)

نیتریک اسید (HNO₃) داراي چگالی 5/1 بوده و غیر اشتعال پذیر است. محلول 68 % آن در دماي 120 درجه سانتیگراد می جوشد. در جدول زیر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نیتریک اسید را نشان داده است.

خواص فيزيكی و شيميايی نیتریک اسید

گرید های مختلف :

بر اساس غلظت اسید در محلول آب که با درجه بومه نیز شناخته می شود، گریدهاي مختلفی از نیتریک اسید مطرح می باشد که در جدول ذیل معرفی می شود. نیتریک اسید تولیدي جهت فرآیندهاي شیمیائی عموما با غلظتهاي تا 8/68 % در بازار موجود بوده و گریدهاي با غلظت بالا براي کاربردهاي خاص تولید و ارائه می شود.

گرید 36:      غلضت اسید: 3/52 %   و چگالی: 330/1

گرید 38:      غلضت اسید: 5/56 %   و چگالی: 335/1

گرید 40:      غلضت اسید: 0/60 %   و چگالی: 381/1

گرید 42:      غلضت اسید: 2/67 %   و چگالی: 408/1

علاوه بر گریدهاي عمومی فوق انواع دیگري از نیتریک اسید که شامل اسیدهاي قوي و خالص می باشد به شرح ذیل معرفی می گردد.

گرید دود سفید (White Fuming Nitric acid-WFNC) که به آن اسید 100% نیز می گویند، مطرح میباشد که حداکثر  2% آب همراه آن بوده و تا 5/0 % NO2 بصورت محلول در آن میباشد.

گرید دیگر تحت عنوان اسید قوي با غلظت 90 % است.

نیتریک اسید دود قرمز  (Red fuming nitric acid, RFNA) نوع دیگري از اسیدنیتریک غلیظ است که درصد اکسید نیتروژن محلول آن بالاست (بین 13 تا 17%).

موارد کاربرد نیتریک اسید:

موارد مصرف عمده نیتریک اسید شامل تولید نیترات آمونیوم، آدیپیک اسید، نیتروبنزن، تولوئن دي ایزوسیانات، سطوح فلزات و نیترات فلزات می باشد. تولید نیترات آمونیوم حدود 80% از مصرف جهانی نیتریک اسید را به خود اختصاص می دهد.

نیترات آمونیوم :

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

آدیپیک اسید :

واکنش نیتریک اسید با مخلوط سیکلوهگزان/سیکلوهگزانول منجر به تولید آدیپیک اسید می شود. بخش عمده تولیدات آدیپیک اسید جهت تولید نایلون66 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 دي استر آدیپات و پلاستی سایزرهاي پلیمري می باشد.

نیترو بنزن :

از واکنش مستقیم بنزن و نیتریک اسید در حضور اسید سولفوریک در فرآیند نیتراسیون بنزن، نیترو بنزن حاصل می شود. بخش عمده نیتروبنزن تولیدي (در حدود 85%) جهت تولید آنیلین مصرف می شود.

تلوئن 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 دي آمید، در نهایت منجر به تولوئن دي ایزوسیانات (TDI) میگردد. عمده ترین کاربرد TDI در تولید فومهاي انعطاف پذیر پلی یورتان
 می باشد که درحدود 85 % 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: نیتریک اسید جهت از بین بردن و حذف اکسیدها تشکیل شده در سطح انواع فولادها و آماده سازي سطح جهت عملیات ضد خوردگی مورد استفاده قرار می گیرد. از نیتریک اسید عموما جهت آماده سازي سطوح استیلهاي ضد زنگ با کربن پائین مانند سري 200 (کروم-نیکل-منگنز)، سري  300 (نیکل – کروم) و سری 400 (کروم) استفاده می شود.

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

صنایع الکترونیک: در تولید کنداکتورهاي نیمه هادي از نیتریک اسید براي آماده سازي سطح کنداکتور قبل از چاپ مدار بر روي برد الکترونیکی استفاده می شود.

استانداردهای نیتریک اسید:

نیتریک اسید بعنوان یک ماده شیمیائی پر مصرف و مطرح در مجموعه استاندارد بین المللی داراي 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 براي سنجش کیفیت نیتریک اسید استاندارد مصوب وجود دارد که در جدول ذیل معرفی می گردد.

استانداردهای ملی نیتریک اسید

اثرات زيست محيطي و ايمنی :

نیتریک اسید هاي بسیار غلیظ  97 تا 99% بصورت بخار بوده و در مواد مواد تمیزکننده بکار میرود. نیتریک اسید 50 الی 60% را باید در ظرفهاي فولاد زنگ نزن یا ظروف سفالی یا بطريهاي تیره محافظت شده، حمل کرد.  بوده و غلظتهاي بالاتر از آن را باید در ظروف آلومینیومی غیر فعال نگهداري و حمل کرد.

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

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

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

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

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