نگهداری اسید نیتریک

مقدمه

خرید اسید نیتریک که یک اسید معدنی بسیار خورنده و واکنش پذیر است به طور گسترده در صنایع برای تولید کودها، مواد منفجره و مواد شیمیایی استفاده می شود. اما نگهداری نادرست اسید نیتریک می تواند به بروز حوادث خطرناک، آسیب های زیست محیطی و از بین رفتن مواد منجر شود. این اسید اکسیدکننده قوی بخارات سمی زرد-قهوه ای متصاعد می کند و می تواند با بسیاری از مواد به شدت واکنش دهد، بنابراین نیازمند اقدامات ایمنی سختگیرانه هستند. با درک خواص اسید نیتریک و پیروی از دستورالعمل های تعیین شده، شرکت ها و آزمایشگاه ها می توانند آن را به طور ایمن نگهداری کنند.

شناخت اسید نیتریک و خطرات آن

اسید نیتریک مایعی شفاف و بیرنگ تا متمایل به زرد با بوی تند و خفه کننده است. این ماده معمولاً در غلظت های مختلف از محلول های رقیق آزمایشگاهی تا گریدهای غلیظ یا دود کننده عرضه می شود. به عنوان یک اکسیدکننده قدرتمند و اسید قوی، اسید نیتریک خطرات متعددی دارد. در تماس با پوست و چشم می تواند سوختگی شدید شیمیایی ایجاد کند و بخارات آن موجب تحریک سیستم تنفسی می شوند. به دلیل خاصیت اکسید کنندگی، می تواند مواد قابل اشتعال را در تماس با خود آتش بزند یا حتی منفجر کند. اسید نیتریک همچنین با ترکیبات آلی، فلزات و بازها به شدت واکنش نشان می دهد و گاهی حرارت و گازهای سمی آزاد می کند. این ویژگی های خطرناک لزوم دقت در حمل و نگهداری آن را آشکار می سازد. هر کسی که با اسید نیتریک کار می کند باید از خطرات آن آگاه بوده و برای جلوگیری از آسیب به افراد، تجهیزات و محیط زیست دستورالعمل های ایمنی را رعایت کند.

خواص شیمیایی موثر بر ایمنی ذخیره سازی

چندین ویژگی فیزیکی و شیمیایی اسید نیتریک به طور مستقیم بر شیوه نگهداری ایمن آن تاثیر می گذارند. یکی از عوامل کلیدی خاصیت دود کردن آن است: اسید نیتریک غلیظ (با غلظت بالای حدود ۶۸٪) می تواند گاز دی اکسید نیتروژن قرمز-قهوه ای تولید کند، خصوصاً اگر در معرض هوا یا نور قرار گیرد. این به آن معناست که ظروف حاوی اسید قوی ممکن است با گذشت زمان فشار داخلی پیدا کنند و باید درپوش های مناسب یا دریچه هایی برای خروج ایمن هرگونه گاز داشته باشند. اسید نیتریک با آب بسیار واکنش پذیر است، مخلوط کردن حتی مقدار کمی آب با اسید غلیظ گرما و پاشیدن شدید ایجاد خواهد کرد. بنابراین محیط های نگهداری و ظروف باید کاملاً خشک نگه داشته شوند. علاوه بر این خاصیت اکسیدکنندگی قوی اسید نیتریک باعث می شود بسیاری از فلزات را خورده و اکسید کند و همچنین اگر با مواد آلی تماس داشته باشد می تواند موجب احتراق آنها شود. خود این اسید قابل اشتعال نیست اما اکسیژن لازم برای هر آتش سوزی را فراهم می کند و آن را تشدید می کند. نقطه انجماد اسید نیتریک حدود ۴۲- درجه سانتی گراد و نقطه جوش آن حدود ۸۳ درجه سانتی گراد (برای اسید دود کننده) است، بنابراین کنترل دما مهم است. همچنین بخارات اسید نیتریک از هوا سنگین ترند و در صورت تهویه نامناسب تمایل به نشست در مناطق پایین دارند که نیاز به جریان هوای خوب در محل نگهداری را تشدید می کند.

انتخاب ظروف برای نگهداری اسید نیتریک

انتخاب جنس ظرف مناسب برای نگهداری ایمن اسید نیتریک بسیار مهم است. اسید نیتریک بسیاری از فلزات و پلیمرها را به شدت تخریب می کند، بنابراین ظروف نگهداری باید از موادی ساخته شوند که در برابر خوردگی مقاوم باشند. مواد متداول و مناسب شامل برخی پلاستیک ها، شیشه و بعضی فلزات خاص است. پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) اغلب برای اسید نیتریک با غلظت های متوسط (معمولاً زیر ۷۰٪) در دمای اتاق استفاده می شود، چون در این شرایط تا حد زیادی مقاوم است. برای غلظت های بالاتر یا نگهداری درازمدت، مواد خنثی تر مانند پلیمرهای فلوئوردار (مثلاً تفلون PTFE) یا شیشه (مانند بطری های شیشه ای بوروسیلیکاتی) ترجیح داده می شوند. در مقیاس صنعتی اسید نیتریک معمولاً در مخازن ساخته شده از فولاد زنگ نزن (به ویژه نوع ۳۰۴) ذخیره می شود که در برابر خوردگی اکسیدکننده اسید مقاومت خوبی دارد. برخی مخازن صنعتی نیز با پوشش های محافظ خاص (مانند پوشش های پلیمری یا پوشش شیشه ای) لاینینگ می شوند تا مقاومت بیشتری داشته باشند. از سوی دیگر فولاد معمولی کربنی یا آلومینیومی به سرعت توسط اسید نیتریک خورده می شوند و باید از آنها اجتناب کرد. حتی برخی واشرها و آب بندهای لاستیکی نیز تجزیه می شوند، بنابراین درپوش ها و اتصالات با پوشش تفلون توصیه می شوند. در جدول زیر خلاصه ای از سازگاری مواد مختلف و موارد استفاده آنها برای ظروف اسید نیتریک آمده است:

شرایط ایده آل ذخیره سازی: دما، تهویه و نور

حفظ شرایط مناسب نگهداری به کاهش خطرات مرتبط با اسید نیتریک کمک می کند. کاربردهای اسید نیتریک در صنایع مختلف از تولید کودهای شیمیایی و مواد منفجره گرفته تا داروسازی و فلزکاری باعث شده است که ذخیره‌ سازی ایمن آن اهمیت ویژه‌ ای داشته باشد. کنترل دما مهم است: اسید نیتریک را در محیطی خنک، ترجیحاً در دمای اتاق (حدود ۲۰-۲۵ درجه سانتی گراد) و دور از هر منبع گرما یا تابش مستقیم آفتاب نگهداری کنید. دماهای بالا می توانند تجزیه اسید به گاز دی اکسید نیتروژن را تسریع کرده و فشار ظرف را افزایش دهند، در حالی که سرما نیز می تواند باعث یخ زدن محلول های رقیق تر یا آسیب به ظرف شود. تهویه نیز یک عامل حیاتی است. محل نگهداری اسید نیتریک باید دارای تهویه مناسب باشد تا هرگونه بخارات یا دودهای تصادفی پراکنده شده و از تجمع گازهای سمی جلوگیری شود. استفاده از یک اتاق یا کابینت مخصوص مواد شیمیایی با تهویه می تواند خطر استنشاق را کاهش دهد. نورپردازی در محل نگهداری باید برای ایمنی کافی باشد ولی باید از تابش مستقیم نور خورشید پرهیز شود، زیرا نور فرابنفش می تواند تجزیه اسید نیتریک را تسریع کرده و همچنین ظروف را گرم کند. خشک نگه داشتن محیط نیز ضروری است، زیرا رطوبت می تواند با اسید واکنش داده یا باعث خوردگی ظروف شود. با کنترل دما، تهویه و نور می توان پایداری و ایمنی اسید نیتریک ذخیره شده را در طول زمان به طور قابل توجهی بهبود داد.

جداسازی از مواد ناسازگار

اسید نیتریک باید جدا از موادی که ممکن است واکنش خطرناک با آن داشته باشند نگهداری شود. به طور کلی این اسید را دور از هرگونه مواد آلی قابل اشتعال و عوامل کاهنده قرار دهید. اگر اسید غلیظ نشت کند یا بخارات آن به موادی مانند حلال ها، روغن ها, کاغذ, چوب یا پارچه برسد، ممکن است آتش سوزی یا انفجار رخ دهد، چون اسید نیتریک می تواند این مواد را به سرعت اکسید کرده و شعله ور کند. به همین ترتیب، اسید نیتریک باید از بازها و مواد شیمیایی واکنش پذیر دیگر مانند آمونیاک یا پودر فلزات نیز جدا نگه داشته شود؛ اختلاط تصادفی می تواند واکنش های خنثی سازی شدید یا انتشار گازهای سمی را در پی داشته باشد. در عمل، این به آن معناست که از کابینت های مجزا یا سینی های نگهداری مخصوص تنها برای اسید نیتریک و سایر اسیدهای معدنی سازگار استفاده کنید. در آن محل نباید هیچ سوخت یا ماده قابل احتراق دیگری وجود داشته باشد. حتی در مورد اسیدهای مختلف نیز احتیاط کنید، اگرچه می توان اسید نیتریک را در نزدیکی سایر اسیدهای معدنی مانند اسید سولفوریک یا هیدروکلریک ذخیره کرد، هرگز نباید اجازه داد که به طور تصادفی با هم مخلوط شوند (برای مثال ترکیب شدن اسید نیتریک با اسید هیدروکلریک می تواند گاز سمی کلر و نیتروزیل کلرید تولید کند). با حفظ فاصله و برچسب گذاری صحیح ظروف اسید نیتریک، خطر اختلاط تصادفی با مواد ناسازگار به میزان زیادی کاهش می یابد.

نگهداری اسید نیتریک با غلظت های مختلف

الزامات نگهداری بسته به غلظت اسید نیتریک می تواند متفاوت باشد. محلول های رقیق (مثلاً ۱۰٪ یا ۲۰٪ HNO3 در آب) دود کمتری دارد و به طور کلی تهاجم کمتری نشان می دهد، اما همچنان خورنده هستند و باید با احتیاط رفتار شود. اسید نیتریک غلیظ (معمولاً حدود ۶۸-۷۰٪ که گرید تجاری متداول است) بسیار خطرناک تر است: بخارات بیشتری متصاعد می کند و می تواند باعث اکسید شدن شدید مواد شود. اسید نیتریک دودکننده قرمز (با غلظت بالای ۸۶٪ که حاوی دی اکسید نیتروژن محلول است) و اسید نیتریک دودکننده سفید (تقریباً خالص) به شدت واکنش پذیرند و حتی در دمای محیط به شدت دود می کنند. این اسیدهای دودکننده نیاز به مراقبت ویژه دارند، همیشه باید در هود شیمیایی یا محیط کاملاً تهویه شده، در مقادیر کم و در ظروف با درپوش های دارای تهویه نگهداری شوند. توصیه می شود اسید نیتریک دودکننده را در کمترین مقدار لازم خریداری کرده و سریعاً مصرف کنید، به جای آنکه برای مدت طولانی ذخیره شود. اسید نیتریک با غلظت متوسط (۳۰-۵۰٪) هرچند نسبت به اسید دودکننده کار با آن آسان تر است، ولی همچنان خطرناک بوده و اگر مدت طولانی نگهداری شود ممکن است به تدریج برخی از پلاستیک ها را تخریب کند. درک تفاوت های بین اسید نیتریک رقیق، غلیظ و دودکننده اجازه می دهد روش های نگهداری متناسب با خطرات هر نوع اعمال شود.

طراحی و ویژگی های ظروف ذخیره سازی اسید نیتریک

طراحی ظرف نگهداری اسید نیتریک نقشی اساسی در ایمنی دارد. ظروف باید همیشه کاملاً هوابند بوده ولی بتوانند در صورت لزوم فشار را به شکلی ایمن تخلیه کنند. برای حجم های کم (مثل بطری ها یا گالن های کوچک)، درپوشی که محکم بسته شود و دارای پوشش داخلی تفلون (PTFE) باشد ایده آل است تا از نشتی جلوگیری کرده و در برابر اسید مقاوم باشد. برخی ظروف مخصوص اسید نیتریک غلیظ دارای درپوش های تهویه دار هستند که به طور خودکار فشار ایجاد شده ناشی از گاز را آزاد می کنند و مانع انفجار یا نشت می شوند. در مورد نگهداری مقادیر بزرگ تر (بشکه ها یا مخازن)، طراحی آنها معمولاً شامل تجهیزاتی مانند شیرهای اطمینان، اسکرابرها یا لوله های خروجی برای خنثی سازی یا انتشار ایمن دودها است. تمام ظرف باید به روشنی برچسب گذاری شده باشند که نشان دهد حاوی اسید نیتریک هستند و هشدارهای خطر (خوردگی، اکسیدکننده) روی آنها درج شود. ضخامت و استحکام جنس ظرف نیز مهم است، زیرا اسید نیتریک مایعی سنگین است. ظروف پلاستیکی باید جداره های ضخیم داشته و ترجیحاً برای مواد خورنده تایید شده باشند. در صورت استفاده از شیشه اغلب از شیشه رنگ کهربایی برای کاهش مواجهه با نور استفاده می شود و ممکن است خود بطری داخل یک پوشش پلاستیکی یا سطل محافظ قرار گیرد تا در صورت شکست، نشت کنترل شود. همچنین توصیه می شود زیر ظروف، سینی های مقاوم به اسید قرار داده شود تا هرگونه چکه یا نشتی احتمالی را مهار کند. هرگز از ظروفی با قطعات فلزی (مثل درپوش های فلزی) که در برابر اسید مقاوم نیستند استفاده نکنید، زیرا این قطعات زنگ می زنند یا واکنش می دهند و استحکام ظرف را به خطر می اندازند.

پایداری بلندمدت و عمر مفید اسید نیتریک

اسید نیتریک در صورتی که به درستی ذخیره شود، عموماً پایدار است، اما در دوره های زمانی طولانی ممکن است تغییراتی در آن رخ دهد. یکی از اثرات قابل توجه، تجزیه تدریجی اسید نیتریک غلیظ به مرور زمان، به ویژه اگر در معرض نور یا دمای بالاتر باشد، است. این تجزیه باعث تولید گاز دی اکسید نیتروژن می شود که در اسید حل شده و رنگ آن را با گذشت زمان به زرد یا قهوه ای تغییر می دهد. در نتیجه ممکن است یک بطری قدیمی اسید نیتریک در مقایسه با محلول شفاف تازه، کمی تغییر رنگ داده باشد. تولید گاز در ظرف دربسته می تواند به افزایش جزئی فشار منجر شود. بنابراین توصیه می شود اسید نیتریک ذخیره شده به ویژه اگر مدت زیادی استفاده نشده است را هر از گاهی بررسی کنید. از نظر شیمیایی، اسید نیتریک تاریخ انقضا به معنای متداول ندارد، اما اگر تجزیه شده باشد، غلظت موثر آن ممکن است اندکی تغییر کند. همیشه آن را در ظرف کاملاً بسته نگهداری کنید تا از تبخیر یا جذب رطوبت هوا (که می تواند اسید را رقیق کند) جلوگیری شود. ظروف پلاستیکی ممکن است به آهستگی دچار تخریب شوند؛ برای مثال HDPE پس از سال ها نگهداری اسید قوی می تواند شکننده شود. اگر مشاهده کردید ظرف قدیمی علائم فرسودگی یا آسیب دارد، بهتر است اسید را به یک ظرف جدید منتقل کنید. استفاده از روش نخستین ورودی-نخستین خروجی (اول مصرف کردن اسیدهای قدیمی تر) یک رویه مناسب است. با نگهداری صحیح، اسید نیتریک را می توان برای مدت طولانی حفظ کرد، اما هوشیاری جهت حفظ پایداری خود اسید و سلامت ظرف ضروری است.

نگهداری اسید نیتریک: آزمایشگاه در مقابل صنعت

روش های ذخیره سازی اسید نیتریک در محیط آزمایشگاهی و در تأسیسات صنعتی ممکن است بسیار متفاوت باشد، اگرچه اصول ایمنی پایه در هر دو یکسان است. در آزمایشگاه ها، اسید نیتریک معمولاً در بطری های کوچک تر (اغلب با حجم ۵۰۰ میلی لیتر تا ۲.۵ لیتر) نگهداری می شود. این بطری ها معمولاً در یک کابینت مخصوص مواد خورنده که اغلب تهویه دار و مقاوم در برابر مواد شیمیایی است و معمولاً زیر هود شیمیایی یا در اتاق ذخیره جداگانه قرار داده می شوند. در محیط آزمایشگاهی تأکید بر این است که تنها حداقل مقدار لازم از اسید نگهداری شود، و برای حمل آن از گیره های حمل بطری یا سطل های ثانویه استفاده شود. همچنین طبق دستورالعمل ها، اسیدها زیر ارتفاع چشم نگهداری می شوند و از هرگونه تماس با واکنشگرهای ناسازگار دور نگه داشته می شوند. برچسب ها و علائم هشداردهنده در آزمایشگاه بسیار مهم هستند و معمولاً یک چشم شوی اضطراری یا دوش ایمنی نیز در نزدیکی وجود دارد. در مقابل در ذخیره سازی صنعتی ممکن است مخازن بزرگی حاوی صدها یا هزاران لیتر اسید نیتریک مورد استفاده قرار گیرد. این مخازن اغلب در فضای باز یا در مناطق محصور ویژه با امکانات ایمنی قرار دارند. مخازن صنعتی معمولاً از فولاد ضدزنگ یا مواد دارای پوشش ویژه ساخته شده اند و شامل تجهیزاتی مانند نمایشگر سطح مایع، سیستم های تخلیه فشار و پایش از راه دور برای نشتی هستند. نگهداری حجم بالا نیازمند رعایت مقررات زیست محیطی است. به عنوان مثال استفاده از سازه های ثانویه برای جلوگیری از رسیدن هر گونه نشتی بزرگ به خاک یا آب های محیط. همچنین تجهیزات جابجایی (پمپ ها، لوله ها، شیرها) در تأسیسات صنعتی باید از مواد سازگار با اسید ساخته شده و طوری طراحی شوند که از شوک های فشاری و نشتی جلوگیری شود. با وجود تفاوت در مقیاس، چه در آزمایشگاه و چه در صنعت، هدف نهایی این است که از طریق استفاده از ظروف مناسب، جداسازی و تهویه صحیح و آمادگی برای شرایط اضطراری، خطرات نگهداری اسید نیتریک کنترل شود.