آمونیاک چه کاربردهایی در صنایع مختلف دارد؟

آمونیاک ترکیبی متشکل از اتم‌های نیتروژن و هیدروژن است که در حالت عادی به شکل گازی بی‌رنگ با بوی تند وجود دارد. این ماده شیمیایی یکی از اجزای اصلی کودهای شیمایی است و در صنایع تیرید صنعتی، مواد غذایی و پاک‌کننده‌های خانگی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال به‌دلیل احتمال سمیت تنفسی، مصرف آن باید همراه با رعایت نکات ایمنی باشد. در این مطلب برای آشنایی بیشتر با کاربردهای آمونیاک، به بررسی نقش آن در صنعت غذا، نفت و گاز، تولید فلز، کشاورزی و شوینده‌های شیمیایی می‌پردازیم.

همچنین بخوانید:

♣ معرفی عنصر گوگرد و کاربردهای 12 گانه آن

♣ اسید نیتریک | از ماده اولیه تا کاربردهای صنعتی

آمونیاک چیست و چه خواصی دارد؟

آمونیاک (Ammonia) یک ترکیب شیمیایی با فرمول NH₃ است که در آن یک اتم نیتروژن به صورت کوالانسی با سه اتم هیدروژن پیوند دارد. این مولکول در فرم گازی بی رنگ با بوی تند است،  به‌خوبی در آب حل می‌شود و در شرایط صنعتی واکنش‌پذیری بالایی دارد. از خصوصیات شیمیایی اصلی آمونیاک  نقطه جوش بسیار پایین ۳۳.۳۴- درجه سانتی‌گراد و نقطه ذوب ۷۷.۷۳- درجه سانتی‌گراد آن است. از نظر شیمیایی آمونیاک یک ماده ضعیف قلیایی محسوب می‌شود که بعد از واکنش با اسیدها نمک آمونیوم تولید می‌کند.

آمونیاک به‌طور طبیعی در جو زمین وجود دارد و نتیجه تجزیه مواد آلی و فرایندهای زیستی در خاک است. با این حال بیشتر آمونیاک مصرفی در صنعت به‌صورت مصنوعی تولید می‌شود. فرایند اصلی تولید صنعتی آمونیاک «هابر-بوش» (Haber Bosch) نام دارد. در این فرایند نیتروژن موجود در هوا با هیدروژن به دست آمده از گاز طبیعی ترکیب شده و تحت فشار و دمای بالا در حضور کاتالیزور، آمونیاک را تولید می‌کند.

نقش آمونیاک در طبیعت چیست؟

به دلیل تطبیق‌پذیری و خواص شیمیایی‌اش، در فرآیندهای مختلف صنعتی ضروری است. در سنتز سایر ترکیبات، به عنوان ماده اولیه در تولید کودها، مواد منفجره، داروها و منسوجات عمل می‌کند. توانایی آن در واکنش با اسیدها، نمک‌های آمونیوم را تشکیل می‌دهد که برای کاربردهای متعدد حیاتی است. در کاهش انتشار آلاینده‌ها، آمونیاک نقش مهمی در فناوری کاهش کاتالیزوری انتخابی (SCR) ایفا می‌کند. این فرآیند اکسیدهای نیتروژن (NOx) مضر برای محیط زیست را به نیتروژن و آب بی‌ضرر تبدیل می‌کند و آلودگی هوا را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. اهمیت آمونیاک در تولید هیدروژن و مشتقات آن قابل توجه است. هیدروژن تولید شده از آمونیاک در پالایش نفت و سنتز متانول استفاده می‌شود. علاوه بر این، به عنوان یک حامل انرژی، آمونیاک ذخیره‌سازی و انتقال هیدروژن را که یک جزء کلیدی در فناوری‌های انرژی پاک است، تسهیل می‌کند.

کاربرد آمونیاک در صنایع مختلف چیست؟

آمونیاک به دلیل ویژگی‌های شیمیایی منحصر به فرد خود کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد. این ماده جزء اصلی زندگی مدرن است و تاثیر آن در شیوه زندگی و فعالیت صنایع غیر قابل انکار است. آمونیاک به دلیل خواص شیمیایی منحصر به فرد خود، به طور گسترده در کاربردهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده معمولاً به عنوان ماده اولیه در تولید مواد شیمیایی مختلف مانند کود، پلاستیک و مواد منفجره استفاده می‌شود. علاوه بر این، آمونیاک در فرآیندهای صنعتی مختلف مانند تصفیه فلزات، تمیز کردن و چربی‌زدایی استفاده می‌شود.

در این بخش مهم ترین کاربردهای آمونایک در صنعت و مصارف خانگی را بررسی می‌کنیم.

1. آمونیاک در صنایع شوینده و پاک‌کننده شیمیایی

آمونیاک یکی از ترکیبات اصلی مواد شوینده خانگی است که برای پاک کردن لکه‌ها، وان حمام، سینک ظرفشویی، پنجره و سطوح کاربرد دارد. محلول‌های آمونیاکی به‌عنوان عامل ضد میکروبی یا ضدعفونی‌کننده نیز در شستشو و پاک‌ کردن سطوح مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته در بیشتر موارد محلول آمونیاک با وجود بوی ناخوشایند آن در صورت ترکیب درست با آب برای پاکسازی سطوح خانگی یا لباس‌ها هم استفده می‌شوند.

به‌عنوان مثال محلول‌های آماده آمونیاک برای تمیز کردن کاشی‌های لعاب‌دار یا سطوح سرامیکی و درزهای بین آن‌ها بسیار مناسب است. این محلول حتی لکه‌های قدیمی چربی را نیز از بین می‌برد. در مورد سطوح شیشه‌ای مخلوط کردن پودر آمونیاک با آب به‌عنوان مایع از بین برنده چربی از روی شیشه بدون باقی ماندن لک بسیار محبوب است. از محلول آمونیاک برای از بین بردن لکه‌های سرسخت کفش یا لباس نیز می‌توان استفاده کرد. البته مدت زمان خیس کردن آن‌ها داخل محلول نباید طولانی باشد.

2. آمونیاک در صنایع غذایی

آمونیاک در فرم خوراکی خود در برخی محصولات غذایی به‌عنوان افزودنی به کار می‌رود. مهم‌ترین کاربرد آن در نان و شیرینی‌ها به عنوان عامل عمل آورنده، در گوشت‌های فرآوری شده به‌عنوان ماده نگهدارنده و در نوشابه‌های گازدار و آبجو برای تنظیم سطح PH و بهبود طعم و کیفیت نهایی محصول است. همچنین مصرف هیدروکسید آمونیاک به رشد مناسب باکتری‌های مورد استفاده در تولید پنیر کمک می کند و با کاهش سطح اسیدیته، کیفیت پنیر را افزایش می‌دهد.

هر چند مصرف آمونیاک خوراکی در مقادیر بسیار کم برای مصرف انسان بی‌خطر است، با این حال کاربرد آن در صنعت غذا تحت مقررات سختگیرانه‌ای انجام می گیرد و علاوه بر  بهبود کیفیت محصول لازم است ایمنی و سلامت مصرف‌ کننده در آن مد نظر قرار می‌گیرد.

3. آمونیاک به عنوان مبرد

آمونیاک به دلیل گرمای نهان تبخیر بالا، نقطه جوش پایین و هزینه کم، یک مبرد محبوب است. این ماده معمولاً به دلیل خواص جذب گرمای کارآمدش در سیستم‌های تبرید صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. تأسیسات فرآوری مواد غذایی در مقیاس بزرگ اغلب از سیستم‌های تبرید مبتنی بر آمونیاک استفاده می‌کنند که می‌توانند دمای پایین را برای مدت طولانی حفظ کنند. کاربرد آمونیاک علاوه بر تولید محصولات غذایی در حفظ و نگهداری مواد فاسد شدنی نیز چشمگیر است.

این ماده شیمیایی، یک عامل خنک‌کننده کارآمد است که به عنوان سیال تبرید در یخچال و قفسه‌های خنک کننده فروشگاه‌های مواد غذایی و سوپر مارکت‌ها کاربرد دارد. البته در سیستم‌های تبرید صنعتی و سردخانه‌ها نیز آمونیاک به دلیل ضریب عملکرد بالا (COP) نسبت به دیگر سیال‌های خنک کندده ترجیح دارند. با این حال، استفاده از آمونیاک به عنوان مبرد به دلیل ماهیت سمی آن، خطرات ایمنی را به همراه دارد که می‌تواند در غلظت‌های بالا به سلامت انسان آسیب برساند.

4. آمونیاک در صنایع کشاورزی

آمونیاک به‌طور گسترده‌ای در تولید کودهای شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد و نقش مهمی در افزایش بازدهی محصولات کشاورزی دارد. این ماده شیمیایی، منبع اصلی نیتروژن برای گیاهان به‌خصوص ذرت و گندم است و مواد مغذی برای رشد آن‌ها را فراهم می‌کند. استفاده از کودهای آمونیاکی به‌ دلیل سادگی کاربرد، مقرون‌به‌صرفه بودن و بهبود چشمگیر کیفیت محصولات اولویت بسیاری از کشاورزان است. با این حال کاربرد بیش از اندازه آن‌ها نیز اثرات منفی بر محیط زیست دارد و باعث تخریب خاک و آلودگی منابع آبی می‌شود. در خانه نیز محلول‌های آمونیاکی را می‌توانیم در مقادیر متعادل به‌صورت اسپری روی برگ گیاهان استفاده کنیم.

5. آمونیاک در صنعت نفت و گاز

از آمونیاک در صنعت نفت و گاز برای چند فرایند کلیدی زیر استفاده می‌شود:

• کاهش اکسید نیتروژن (NO_X) در فناوری کاهش کاتالیزور انتخابی (SCR):

در این فرایند با تزریق آمونیاک به گازهای خروجی از انتشار آلاینده‌های شیمیایی جلوگیری می‌کنند. به این شکل که آمونیاک بعد از تزریق در حضور کاتالیزور با NO_X واکنش می‌دهد و با تولید ازت و آب سطح آلاینده‌ها را کاهش می‌دهد.

• تولید هیدروژن از طریق اصلاح بخار گاز:

این فرایند یکی از محورهای اصلی تصفیه نفت است. هیدروژن تولید شده در عملیات هیدروترکینگ و کراکینگ که در اثر واکنش با آمونیاک تولید می‌شوند، برای تهیه سوخت‌ پاک و با کیفیت ضروری است.

• سنتز محصولات شیمیایی:

آمونیاک ماده اولیه برای تولید بسیاری از ترکیبات شیمیایی مورد استفاده در صنعت نفت و گاز است. مهم‌ترین این مواد به شرح زیر هستند:

• آمین‌ها برای تولید گاز شیرین‌ساز کننده واحدهای پالایش و بازیابی
• اوره به عنوان منبع نیتروژن برای کاهش NO_X
• هیدروکسید آمونیوم برای تنظیم PH و کنترل خورندگی برخی فرایندها
• هیدازین به عنوان عامل حذف اکسیژن در آب بویلرها

6. آمونیاک در تولید فلزات

آمونیاک در عملیات حرارتی فلزات مانند آنیلینگ، سنترینگ و لحیم‌کاری فولادهای کم کربن و آلیاژهای مسی کاربرد دارد. پیوندهای شیمیایی این ماده در اثر حرارت، شکسته شده و گاز احیا کننده‌ای شامل ۷۵ درصد هیدروژن و ۲۵ درصد نیتروژن تولید می‌کند که مانع اکسیداسیون سطح فلز در درجه حرارت‌های بالا است. در نتیجه این فرایند کیفیت فلز تولیدی افزایش پیدا می‌کند.

ملاحظات ایمنی و زیست محیطی استفاده از آمونیاک

هر چند آمونیاک یک ماده شیمیایی پر کاربرد است، با این حال عدم رعایت اصول ایمنی هنگام کار با آن ضروری است. این ماده به دلیل سمی بودن می‌تواند باعث مشکلات تنفسی و تحریک پوست و چشم شود. حتی افرادی که با محلول‌های غلیظ آمونیاک کار می کنند، در صورت عدم رعایت نکات ایمنی امکان آسیب شدید و کشنده به ریه‌های آن‌ها وجود دارد. بنابراین در هنگام کار توجه به موارد زیر اهمیت دارد:

• استفاده از تجهیزات حفاظت فردی مانند دستکش، عینک و ماسک تنفسی
• تهویه مناسب محل برای جلوگیری از تجمع گاز
• روش صحیح نگهداری و حمل و نقل مطابق دستورالعمل تولیدکننده برای جلوگیری از نشت آمونیاک روی سطوح

از لحاظ زیست محیطی نیز مصرف متعادل محلول‌های آمونیاکی باید مورد توجه قرار گیرد. این ماده به‌خصوص در غلظت‌های بالا تاثیرات منفی زیر را بر محیط می‌گذارد:

• اسیدی شدن خاک و آب و به خطر انداختن سلامت گیاهان و جانوران
• تشکیل مه شیمیایی و آلودگی اکوسیستم‌های آبی
• امکان تشکیل مخلوط‌های انفجاری در معرض هوا

به همین دلیل کلیه افراد شاغل در صنعت لازم است ضمن آموزش دقیق نحوه کاربرد آمونیاک با سیستم‌های تشخیصی کنترل نشت آن نیز آشنا باشند. در حال حاضر روش‌های ایمن و پیشرفته به کاهش اثرات منفی آمونیاک کمک می‌کند.

کلام آخر:

آمونیاک یک ماده شیمیایی چند منظوره و پر کاربرد است که در صنایع مختلف کشاورزی، غذایی، نفت و گاز، فلزات و پاک‌کننده‌ها نقش مهمی دارد. توانایی آن در تشکیل کود از طریق فرآیند هابر-بوش برای توسعه کشاورزی مدرن بسیار مهم بوده و تولید مواد غذایی را به طور قابل توجهی افزایش داده است. علاوه بر این، NH3 در صنعت نفت و گاز، آمونیاک برای کاهش انتشار آلاینده‌ها و تولید هیدروژن استفاده می‌شود که هر دو برای ایجاد سوخت‌های پاک‌تر حیاتی هستند. با توجه به ویژگی‌های خاص این ماده پیش‌بینی می‌شود در آینده میزان تقاضا برای آمونیاک در صنایع مختلف افزایش پیدا کند. با این حال رعایت ملاحظات ایمنی هنگام مصرف و آموزش روش صحیح کار با آمونیاک تضمین سلامت افراد و جلوگیری از بروز حوادث است.