نقش کاربردی نیتریک در صنعت آبکاری و فلزات

اسید نیتریک (HNO₃) از قدرتمندترین اکسیدکننده‌های معدنی در صنعت محسوب می‌شود. این اسید نه تنها به‌عنوان ماده‌ای برای تمیزکاری و زنگ‌زدایی به کار می‌رود، بلکه نقش کلیدی در آماده‌سازی سطوح فلزی قبل از آبکاری و ایجاد لایهٔ محافظ مقاوم در فولاد ضدزنگ دارد.

در کارخانه‌های فلزکاری، آبکاری، تولید فولاد ضدزنگ و صنایع قطعه‌سازی خودرو، HNO₃ به‌عنوان یک عامل تمیزکننده، فعال‌کننده و پسیواسیون‌کننده استفاده می‌شود.

ترکیب شیمیایی و ویژگی‌های صنعتی

فرمول مولکولی: HNO₃
غلظت صنعتی: ۵۵٪ تا ۶۸٪ (غلظت‌های بالاتر برای واکنش‌های شیمیایی خاص)
طبیعت: بی‌رنگ تا زرد کم‌رنگ، با بخارات قرمز-قهوه‌ای (NO₂)
خواص فیزیکی: چگالی ≈ ۱.۴۲ g/cm³، نقطه جوش ۸۳ °C
رفتار اکسیدکنندگی HNO₃ باعث می‌شود که بر خلاف اسیدهای ضعیف‌تر، نه تنها جرم فلز را کاهش دهد بلکه سطح را از ترکیبات اکسیدی غیرفعال پاک کند.

نقش HNO₃ در آماده‌سازی سطح فلزات

• زنگ‌زدایی و حذف پوسته‌های اکسیدی

در صنایع ریخته‌گری و نورد فولاد، پوسته‌های اکسیدی (mill scale) شامل Fe₂O₃ و Fe₃O₄ روی سطح تشکیل می‌شوند.

اسید نیتریک به دلیل پتانسیل اکسیدکنندگی بالا، این لایه را به نمک‌های محلول تبدیل می‌کند:

Fe+6HNO3​→Fe(NO3​)3​+3NO2​+3H2​O

اما بر سطح فلز کروم موجود اکسید می‌شود و لایه‌ای از Cr₂O₃ تشکیل می‌دهد؛ همین لایه باعث مقاومت فولاد ضدزنگ می‌شود.

نتیجه: فولاد پس از پسیواسیون با HNO₃ دارای براقیت بالا، مقاوم در برابر خوردگی و مناسب برای صنایع غذایی و دارویی است.

• پولیش شیمیایی (Chemical Polishing)

در آبکاری نیکل و کروم، قبل از آبکاری باید سطح فلز کاملاً صیقلی شود. برای این منظور از محلول‌های اسید نیتریک + فسفریک استفاده می‌شود.

این فرآیند به جای سایش مکانیکی، سطح را به‌صورت شیمیایی صیقل می‌دهد و خراش‌ها را محو می‌کند.

ترکیب نمونه محلول:

HNO₃ (۶۰٪): ۴ لیتر
H₃PO₄ (۸۵٪): ۴ لیتر
H₂SO₄: ۱ لیتر
زمان غوطه‌وری: ۲–۵ دقیقه در ۸۰ °C

کاربرد: تجهیزات استیل غذایی، ابزار جراحی، اتصالات دارویی

نقش HNO₃ در خطوط آبکاری

حضور اسید نیتریک در چرخهٔ آبکاری به سه بخش تقسیم می‌شود:

• تمیزکاری و فعال‌سازی سطح

حذف زنگ و چربی قبل از ورود به محلول‌های Cu، Ni یا Cr

• زدودن آلودگی بین مراحل (De-smutting)

بعد از اچ کردن آلومینیوم با قلیا، سطح دارای دوده‌های تیره‌ای می‌شود که با HNO₃ (حدود ۵۰٪) پاک می‌گردد.

افزایش چسبندگی لایه آبکاری:

سطحی که توسط اسید نیتریک فعال شده است، چسبندگی بالاتری برای لایه‌های نیکل یا کروم دارد.

اثر HNO₃ بر فلزات مختلف

ترکیب HNO₃ با دیگر اسیدها

در واحدهای آبکاری، معمولا HNO₃ با اسید فسفریک یا هیدروفلوریک مخلوط می‌شود تا هم‌زمان چند اثر داشته باشد:

• HNO₃: اکسیدزدایی
• H₃PO₄: براق‌کنندگی
• HF: حذف سیلیس و اکسید آلومینیوم
• مثلا در پولیش شیمیایی فولاد ضدزنگ، ترکیب HNO₃ + HF بهترین نتیجه را می‌دهد.

ایمنی در کار با اسید نیتریک

بخارات NO₂ بسیار سمی‌اند، باید تهویه قوی و Scrubber نصب شود.
تجهیزاتی از جنس پلی‌پروپیلن یا فولاد 316L استفاده شود.
در تماس با مواد آلی (پارچه، چوب، روغن) می‌تواند باعث آتش‌سوزی شود.
هرگز نباید با مواد کاهنده مانند قلیاها یا آمونیاک مخلوط شود مگر تحت کنترل دقیق.
نکته ایمنی ویژه: در کارگاه‌های آبکاری کوچک، همیشه HNO₃ را به آب اضافه کنید، نه برعکس.

مدیریت پسماند و بازیافت اسید نیتریک

گازهای NO₂ و محلول‌های رقیق باقیمانده را نمی‌توان مستقیم تخلیه کرد. راهکارهای صنعتی شامل:

جذب گاز NO₂ در برج شست‌وشوی آب (Scrubber):

2NO2​+H2​O→HNO2​+HNO3​

تغلیظ مجدد با تقطیر تحت خلا: بازیابی تا ۵۵–۶۰٪
استفاده دوباره در مراحل اولیه شست‌وشو سطح (Pickling recycling)
کارخانه‌های بزرگ مانند Sandvik و Outokumpu از این سیستم‌ها برای کاهش مصرف سالانه HNO₃ تا ۳۰٪ استفاده کرده‌اند.

مقایسه HNO₃ با اسیدهای مشابه در صنعت فلزات

نتیجه: اگرچه HCl ارزان‌تر است، اما در صنایع حساس (پزشکی، غذایی، هوافضا)، اسید نیتریک گزینهٔ ارجح است.

کاربردهای تخصصی در صنایع فلزی ایران

• شرکت‌های تولید استیل و لوله: پسیواسیون نهایی با HNO₃ پیش از بسته‌بندی
• کارگاه‌های آبکاری خودرو و شیرآلات: فعال‌سازی قبل از آبکاری کروم و نیکل
• کارخانه‌های قطعه‌سازی مسی (کابل و برد الکترونیکی): پاک‌سازی سطح از سولفید
• تولیدکنندگان ورق‌های براق استیل تزیینی: پولیش شیمیایی با NPh mixture (نیتریک+فسفریک)

آینده و نوآوری‌ها در استفاده از HNO₃

پژوهش‌های جدید به‌سوی استفاده از محلول‌های Low-NOx Nitric Acid پیش می‌روند، یعنی فرآیندهایی که با افزودن اکسیدکننده‌های ثانویه (مانند H₂O₂)، گاز NO₂ کمتری آزاد می‌کنند. همچنین تکنولوژی بازیافت غشایی اسید نیتریک (Membrane Regeneration) در خطوط آبکاری فلزی در حال گسترش است و می‌تواند تا ۷۰٪ مصرف HNO₃ را کاهش دهد.

جمع‌بندی

اسید نیتریک در صنایع فلزی و آبکاری نقشی دوگانه دارد: از یک‌سو به عنوان عامل تمیزکننده و از سوی دیگر به‌عنوان عامل حفاظت و براقیت سطح. اگر با دقت در غلظت، دما و شرایط تماس استفاده شود، HNO₃ فلز را نه تنها از زنگ‌زدگی نجات می‌دهد بلکه در برابر خوردگی آینده مقاوم می‌کند. در صنایع مدرن ایران، تحقق استانداردهای جهانی در خطوط پسیواسیون، بدون حضور اسید نیتریک کنترل‌شده و خالص ممکن نیست.

🔗 پیشنهاد مطالعه: کاربرد اسید نیتریک در صنعت تولید کودهای شیمیایی