Kwas azotowy techniczny

Roztwór o stężeniu technicznym

Kwas azotowy, HNO3, jest jednym z najważniejszych kwasów mineralnych przemysłu nieorganicznego. Jakość techniczna opisywana w archiwum tej domeny to wodny roztwór o zawartości kwasu w przedziale 50–55 % wagowych — a to stężenie nie jest przypadkowe. Poniżej progu około 65 % kwas przestaje być klasyfikowany jako ciecz utleniająca i pozostaje przede wszystkim silnie żrący, co upraszcza wymagania wobec przewozu i składowania, jednocześnie zachowując pełną przydatność do nitrowania rozcieńczonego, roztwarzania metali i produkcji azotanów.

Świeży roztwór jest bezbarwny. Żółtawy odcień, dopuszczony zresztą przez archiwalną specyfikację, pochodzi od rozpuszczonych tlenków azotu powstających w wyniku powolnego rozkładu kwasu pod wpływem światła i ciepła. Zjawisko to nie dyskwalifikuje materiału, ale jest widocznym wskaźnikiem warunków, w jakich był przechowywany.

Dane identyfikacyjne i właściwości

Cecha Wartość
Wzór sumaryczny HNO3
Numer CAS 7697-37-2
Masa molowa ok. 63,01 g/mol
Stan skupienia ciecz
Stężenie jakości technicznej 50–55 % wag.
Mieszalność z wodą w każdym stosunku
Zapach ostry, drażniący
Barwa bezbarwna, dopuszczalne lekkie zażółcenie
Azeotrop z wodą ok. 68 % kwasu, wrzenie ok. 121 °C

Istnienie azeotropu jest powodem, dla którego kwas o stężeniu wyższym niż około 68 % nie daje się otrzymać zwykłą destylacją i wymaga odwadniania środkami pomocniczymi. Wyjaśnia to również, dlaczego jakości handlowe grupują się w kilku charakterystycznych przedziałach stężeń zamiast rozkładać się równomiernie.

Reaktywność i dobór materiałów

Kwas azotowy jest zarazem mocnym kwasem i utleniaczem, i to połączenie decyduje o doborze materiałów konstrukcyjnych. Roztwarza większość metali, w tym miedź i srebro, przy czym w odróżnieniu od kwasów nieutleniających nie wydziela wodoru, lecz tlenki azotu. Na aluminium i na stalach chromowo-niklowych powoduje natomiast pasywację — tworzy szczelną warstewkę tlenkową, która hamuje dalszy atak, i właśnie dlatego stal kwasoodporna jest tu standardowym tworzywem aparatury. Złota i platyny nie roztwarza samodzielnie.

Z materiałami organicznymi — drewnem, trocinami, tekstyliami, olejami, rozpuszczalnikami — reaguje gwałtownie, z zapłonem włącznie. Stąd bierze się najważniejsza zasada składowania: kwas azotowy trzyma się w wydzielonej przestrzeni, bez sąsiedztwa jakichkolwiek innych klas materiałów, a wspólne przechowywanie dopuszcza się jedynie z substancjami o tej samej charakterystyce zagrożenia. Materiały łatwopalne muszą pozostać całkowicie odizolowane.

Zastosowania

  • Produkcja nawozów — zdecydowanie największy kierunek zużycia; kwas azotowy jest substratem do wytwarzania saletry amonowej, saletry wapniowej i nawozów wieloskładnikowych powstających przez roztwarzanie fosforytów.
  • Synteza organiczna — nitrowanie w produkcji barwników i półproduktów, gdzie kwas dostarcza grupy nitrowej.
  • Materiały wybuchowe — wytwarzanie nitrozwiązków i estrów azotowych, kierunek objęty odrębnymi przepisami o obrocie.
  • Trawienie i pasywacja metali — obróbka powierzchniowa stali kwasoodpornej, przygotowanie powierzchni przed powlekaniem.
  • Czyszczenie i dezynfekcja instalacji — mycie zbiorników z blach kwasoodpornych, między innymi w przetwórstwie mleczarskim, gdzie kwas usuwa osady mineralne.
  • Analityka — mineralizacja próbek przed oznaczaniem zawartości metali.

Składowanie i warunki instalacji

Wymagania wobec pomieszczeń, w których przechowuje się ten kwas, wynikają wprost z jego dwóch cech: żrącego działania cieczy i par oraz zdolności do reakcji z otoczeniem organicznym. W praktyce oznacza to zbiorniki ze stali kwasoodpornej ustawione na tacach wychwytujących z odprowadzeniem do studzienek neutralizujących, posadzkę nienasiąkliwą, łatwo zmywalną i wyprofilowaną w kierunku odpływu, ściany zabezpieczone powłoką odporną chemicznie, wentylację mechaniczną z układem awaryjnym oraz odrębną kanalizację niepołączoną z siecią ogólną.

Sam roztwór jest trwały przez lata, o ile pozostaje w zamkniętym naczyniu, w chłodzie i bez dostępu światła słonecznego. Ogrzewanie i naświetlanie przyspieszają rozkład do tlenków azotu i tlenu, co objawia się żółknięciem cieczy oraz narastaniem ciśnienia wewnątrz szczelnie zamkniętej przestrzeni — dlatego stosuje się zamknięcia z odpowietrzeniem albo kontroluje temperaturę składowania.

Zagrożenia i status regulacyjny

Kwas azotowy w opisywanym zakresie stężeń działa silnie żrąco na skórę i oczy, powodując głębokie oparzenia, a charakterystyczne żółte zabarwienie skóry po kontakcie wynika z reakcji z białkami. Pary i mgły drażnią drogi oddechowe, przy czym poważnym ryzykiem jest opóźniony obrzęk płuc — objawy mogą wystąpić wiele godzin po narażeniu, co bywa mylnie odczytywane jako brak następstw. Wymagana jest odzież kwasoodporna, ochrona oczu i twarzy oraz dostęp do natrysku i oczomyjki.

W przewozie towarów niebezpiecznych roztworom o stężeniu do 70 % odpowiada numer UN 2031 w klasie 8. Kwas azotowy o zawartości powyżej progu 3 % wagowych jest ponadto objęty unijnym reżimem prekursorów materiałów wybuchowych podlegających ograniczeniom — nie może być udostępniany osobom postronnym, a transakcje podlegają obowiązkom kontrolnym i zgłoszeniowym. Dla stężenia 50–55 % oznacza to, że jest to substancja o obrocie reglamentowanym, a nie zwykły odczynnik.

Powiązane substancje