بررسی فرایند تولید و ساخت سولفات آمونیوم

آمونیوم سولفات (ammonium sulfate) با فرمول شیمیایی (NH4)2SO4 یک نمک معدنی با کاربردهای تجاری فراوان است. این ماده حاوی 21% نیتروژن و 24% گوگرد می باشد. سالانه چند صد تن آمونیوم سولفات تولید شده و در کشاورزی و صنایع دیگر به مصرف می رسد. در این مطلب فرایند تولید و ساخت سولفات آمونیوم را به صورت اجمالی بررسی می کنیم.

سولفات آمونیوم چیست؟

سولفات آمونیوم جزو محصولات شیمیایی پرکاربردی است که به صورت گسترده در صنعت کشاورزی و صنایع دیگر به کار گرفته می شود. مهم ترین صنعتی که این ماده را به کار می گیرد صنعت کشاورزی است. کودهای حاوی سولفات آمونیوم از پربازده ترین و پرمصرف ترین کودهای ازته هستند که جهت محصولات باغی و زراعی استفاده می شوند.

علاوه بر صنعت کشاورزی در صنایع دیگری مثل دباغی، تصفیه آب، صنایع شیمیایی مثل ساخت رنگ ها، ساخت چسب و دزدگیر و… از سولفات آمونیوم استفاده می شود. مهمترین و اصلی ترین کاربرد سولفات آمونیوم، تقویت خاک های قلیایی است. سولفات آمونیوم میزان نیتروژن موجود در خاک را تا حد مناسبی بالا نگه می دارد و همچنین میزان اسیدیته خاک را افزایش می دهد.

رنگ این ماده از سفید تا بژ متغیر است. اما در بیش تر موارد این محصول را به شکل کریستال سفید رنگ در بازار می بینیم. اندازه ذرات این ماده به کاربرد مورد نظر بستگی دارد.

سولفات آمونیوم دارای سه گرید مختلف است. گرید محصول تعیین کننده کاربرد محصول است.

• گرید صنعتی (Industrial grade): این محصول ناخالصی بیش تری دارد و در صنایعی مثل ساختمان، چرم، چوب و.. به کار می رود.
• گرید ویژه (Special grade): خلوص این گرید بالاتر است و از آن در کاربردهای کشاورزی استفاده می شود. این گرید بیش ترین کاربرد را دارد.
• گرید تایید شده (Certified grade): از این محصول در صنایع خوراکی مثل صنعت داروسازی و دام و طیور استفاده می شود.

مراحل ساخت سولفات آمونیوم

دو روش کلی برای تولید سولفات آمونیوم وجود دارد:

1. فرایندی که تولید سولفات آمونیوم هدف اصلی است. (روش سنتزی)
2. فرایندی که تولید سولفات آمونیوم هدف اصلی نیست و این ماده به صورت محصول جانبی به دست می آید.

1- تولید سولفات آمونیوم به روش سنتزی

در روش سنتزی، سولفات آمونیوم از واکنش آمونیاک و اسید سولفوریک غلیظ به دست می آید. مهم ترین مواد و وسایل در تولید آزمایشگاهی آمونیوم سولفات شامل آمونیاک، سولفوریک اسید، بالن ته گرد، پایه، گیره، مگنت، هیتر استیرر، بشر شیشه ای، پیپت و پوآر است.

اندازه دانه های این ماده از طریق کنترل شرایط تولید سولفات آمونیوم تعیین می شود. برای تولید سولفات آمونیوم نیاز به فرایند شیمیایی بین گازهای آمونیاک (NH3) و دی اکسید گوگرد (SO2)داریم. این فرآیند در مقیاس صنعتی انجام می شود. مراحل ساخت سولفات آمونیوم به شرح زیر است:

• تهیه آمونیاک: آمونیاک یکی از مواد اولیه ترکیب سولفات آمونیوم است. آمونیاک معمولاً از گاز طبیعی، فراوری نفت یا فرآیندهای تفکیک نیتروژن هوا تولید می شود.
• تهیه دی اکسید گوگرد: SO2 از سوخت های فسیلی یا فرآیندهای شیمیایی به دست می آید.
• ساخت سولفات آمونیوم: برای ساخت سولفات آمونیوم، آمونیاک و دی اکسید گوگرد تحت دما و فشار مناسب واکنش شیمیایی می دهند. این واکنش Haber-Bosch نام دارد و به صورت NH3 + SO2 → (NH4)2SO4 می باشد. در این واکنش، گاز آمونیاک به یون آمونیوم (NH4+) تبدیل می شود و با گاز دی اکسید گوگرد به یون سولفات (SO4^2-) واکنش نشان می دهد.
• تشکیل کریستال: بعد از واکنش شیمیایی، محلول نهایی به صورت محلول تولید می شود. حالا باید محلول به دست آمده به مرحله بلورگری و تشکیل کریستال برود. اندازه دانه های سولفات آمونیوم از طریق کنترل شرایط تولید تعیین می شود. در فرایند تولید، وقتی اندازه ذرات مورد نظر حاصل شد، دانه های سولفات آمونیوم خشک شده و برای سایزبندی غربال می شوند. سولفات آمونیوم به اشکال مختلفی مثل پودری، کریستال (ریز و درشت) و گرانول تولید می شود. مورفولوژی گرانول کروی سفید پرطرفدارترین گرید این ماده است.
• کنترل کیفیت: دانه های سولفات آمونیوم گرانوله به دست آمده تجزیه و تحلیل می شوند تا کیفیتشان سنجیده شود. کنترل کیفیت در تمام مراحل بسیار حیاتی است.
• بسته بندی، نگه داری و عرضه به بازار: محصول نهایی در بسته بندی های مختلف به بازار عرضه می شود. کیسه های حاوی سولفات آمونیوم باید در انبارهای خنک و خشک نگهداری شوند. محل نگهداری در انبار باید تهویه مناسبی داشته باشد. سولفات آمونیوم در بسته بندی های یک کیلوگرمی تا چند کیلوگرمی عرضه می شود.

یکی دیگر از روش های ساخت سولفات آمونیوم، تولید این محصول از گیپس است. در این فرآیند، گیپس و آمونیوم کربنات مخلوط می شوند و کربنات کلسیم رسوب می کند. در این روش، سولفات آمونیوم در فاز محلول باقی می ماند و سپس در تجهیزات کریستالایزر به سولفات آمونیوم کریستال تبدیل می شود.

2- تولید غیرمستقیم سولفات آمونیوم

بخشی از تولیدات سولفات آمونیوم، حاصل فرآیندهایی است که در آنها تولید سولفات آمونیوم هدف اصلی نبوده و این ماده به صورت محصول جانبی به دست می آید. از جمله این فرآیندها می توان به فرایند تولید کاپرولاکتام و متیل متاکریلات اشاره کرد.

آمار ساخت Ammonium sulfate در ایران و جهان

ظرفیت ساخت سولفات آمونیوم در دنیا سالانه حدود 40 میلیون تن است. صادرکنندگان بزرگ سولفات آمونیوم دنیا کشورهای چین، بلژیک، هلند، کانادا و آمریکا هستند. حدود 15 میلیون تن از نیاز سولفات آمونیوم دنیا، توسط کشور چین رفع می شود. باقی تولیدات در سایر کشورها انجام می گیرد.

همانطور که توضیح دادیم ساخت سولفات آمونیوم به دو صورت سنتزی و جانبی انجام می شود. سولفات آمونیوم به عنوان محصول جانبی ناخالصی داشته و قیمت پایین تری در بازار جهانی دارد. همچنین قیمت خرید و فروش سولفات آمونیوم سنتزی، به درصد خلوص محصول بستگی دارد.

با توجه به نوسان قیمت ارز و هزینه های واردات کالا، واردات آمونیوم سولفات چندان به صرفه نیست. تولید سولفات آمونیوم یک فرآیند پیچیده و صنعتی است که نیاز به تجهیزات و فرآیندهای دقیق دارد تا محصول نهایی با کیفیت تولید شود. چند شرکت معتبر در ایران با تکیه بر جدیدترین متدهای تولیدات صنعتی آمونیوم سولفات، این محصول را تولید می کنند. در ایران سولفات آمونیوم هم به صورت سنتزی و هم به صورت محصول جانبی تولید می شود. شرکت بارثاوا سپهر تولید کننده سولفات آمونیوم باکیفیت، آماده ارائه خدمات به شما می باشد.

نکات ایمنی مهم برای کارکنان واحدهای تولید سولفات آمونیوم

• از تماس این ترکیب با پوست و چشم جلوگیری کنید.
• هنگام تولید حتما باید از دستکش لاستیکی و عینک محافظ استفاده شود. در صورت نداشتن عینک، حتما از شیلد صورت استفاده گردد.
• در صورت تماس این ماده شیمیایی با پوست، محل تماس را با آب سرد به مدت 15 -30 دقیقه بشویید. سپس پوست تحریک شده را با نرم کننده ضد باکتریائی بپوشانید.
• در هنگام ساخت سولفات آمونیوم یا در زمان کارکردن با این ماده، از ماسک فیلتر دار، دستکش و لباس کار استفاده کنید.
• استنشاق این ماده می تواند باعث خواب آلودگی، تنگی نفس، تشنج و یا انقباض عضلانی شود. در صورت استنشاق این ماده، فرد را به محیط سرباز برده و در صورت تشدید علائم، سریعا او را به اورژانس منتقل کنید.

جمع بندی

فرآیند ساخت سولفات آمونیوم شامل ترکیب آمونیاک و اسید سولفوریک، بلورین سازی، تصفیه و خشک کردن است. این ترکیب با داشتن نیتروژن و گوگرد، در کشاورزی به عنوان کود شیمیایی و در صنایع مختلف به عنوان ماده اولیه، تصفیه کننده، افزودنی غذایی، و تثبیت کننده مورد استفاده قرار می گیرد. اهمیت سولفات آمونیوم در بهبود کیفیت خاک، تقویت رشد گیاهان، تولید مواد شیمیایی و غذایی و بهبود فرآیندهای صنعتی بسیار بالاست. روند ساخت سولفات آمونیوم در کیفیت و گرید این محصول تاثیرگذار است. برای خرید سولفات آمونیوم باکیفیت، باید به سراغ شرکت های معتبری مثل بارثاوا سپهر بروید.