تاریخ کشف فسفر معمولاً سال 1669 در نظر گرفته می شود، اما نشانه هایی وجود دارد که نشان می دهد پیش از این شناخته شده بود. به عنوان مثال، گفر گزارش می دهد که یک نسخه خطی کیمیاگری از مجموعه ای که در کتابخانه پاریس نگهداری می شود، بیان می کند که در حدود قرن دوازدهم. یکی از آلکید بخیل با تقطیر ادرار با خاک رس و آهک ماده ای به دست آورد که او آن را اسکاربوکل می نامید. شاید این فسفر بود که راز بزرگ کیمیاگران بود. در هر صورت معلوم است که کیمیاگران در جستجوی سنگ فیلسوف، انواع مواد را تحت تقطیر و عملیات دیگر از جمله ادرار، فضولات، استخوان و غیره قرار می دادند.
از زمان های قدیم، فسفر نام موادی بوده که می توانند در تاریکی بدرخشند. در قرن هفدهم فسفر بولونی شناخته شده بود - سنگی که در کوه های نزدیک بولونیا یافت شد. پس از شلیک بر روی زغال سنگ، این سنگ توانایی درخشش را به دست آورد. "فسفر بالدوین" نیز شرح داده شده است که توسط سرکارگر ولوست آلدوین از مخلوط کلسینه شده گچ و اسید نیتریک تهیه شده است. درخشش چنین موادی باعث شگفتی شدید شد و یک معجزه به حساب می آمد.
در سال 1669، برند کیمیاگر آماتور هامبورگ، یک تاجر ورشکسته که آرزوی بهبود امور خود را با کمک کیمیاگری داشت، محصولات متنوعی را پردازش کرد. برند با این نظریه که محصولات فیزیولوژیکی ممکن است حاوی "ماده اولیه" باشد که اساس سنگ فیلسوف است، به ادرار انسان علاقه مند شد.
آه، چقدر به این ایده علاقه داشت، چه تلاش هایی برای اجرای آن انجام داد! آزمایشگر خستگی ناپذیر با اعتقاد به اینکه مواد زائد انسان، «پادشاه طبیعت»، می تواند حاوی انرژی اولیه باشد، شروع به تقطیر ادرار انسان کرد، شاید بتوان گفت در مقیاس صنعتی: در پادگان سربازان او کل جمع آوری کرد. یک تن از آن! و آن را به حالت شربتی تبخیر کرد (البته نه یکباره!) و پس از تقطیر مجدداً «روغن ادرار» حاصل را تقطیر کرد و برای مدت طولانی کلسینه کرد. در نتیجه، گرد و غبار سفید در مخزن ظاهر شد، در ته نشست و درخشان شد، به همین دلیل است که برند آن را "آتش سرد" (kaltes Feuer) نامید. معاصران برند این ماده را فسفر نامیدند زیرا توانایی آن در تاریکی می درخشد (یونانی باستان: jwsjoroV).
برند در سال 1682 نتایج تحقیقات خود را منتشر کرد و اکنون به درستی کاشف عنصر شماره 15 محسوب می شود. فسفر اولین عنصری بود که کشف آن مستند شد و کاشف آن شناخته شده است.
علاقه به ماده جدید بسیار زیاد بود و برند از آن استفاده کرد - او فسفر را فقط برای پول نشان داد یا مقادیر کمی از آن را با طلا مبادله کرد. با وجود تلاش های متعدد، تاجر هامبورگ نتوانست رویای گرامی خود را تحقق بخشد - به دست آوردن طلا از سرب با استفاده از "آتش سرد"، و بنابراین او به زودی دستور تهیه یک ماده جدید را به یک کرافت خاص از درسدن به مبلغ دویست تالر فروخت. مالک جدید موفق شد ثروت بسیار بیشتری از فسفر جمع کند - با "آتش سرد" او در سراسر اروپا سفر کرد و آن را به دانشمندان، افراد عالی رتبه و حتی خانواده سلطنتی نشان داد، به عنوان مثال، رابرت بویل، گوتفرید لایبنیتس، چارلز دوم. اگرچه روش تهیه فسفر کاملاً محرمانه بود، اما در سال 1682 رابرت بویل موفق به بدست آوردن آن شد، اما روش خود را نیز تنها در جلسه غیرعلنی انجمن سلطنتی لندن گزارش کرد. روش بویل پس از مرگ او در سال 1692 عمومی شد.
در بهار 1676، کرافت یک جلسه آزمایش با فسفر را در دربار انتخاب کننده فردریک ویلیام از براندنبورگ ترتیب داد. در ساعت 9 شب 24 آوریل، تمام شمع های اتاق خاموش شدند و کرافت آزمایش های حاضر را با "شعله ابدی" نشان داد، اما روش تهیه این ماده جادویی را فاش نکرد.
در بهار سال بعد، کرافت به دربار دوک یوهان فردریش در هانوفر رسید، جایی که در آن زمان فیلسوف و ریاضیدان آلمانی G. W. Leibniz (1646-1716) به عنوان کتابدار خدمت می کرد. در اینجا نیز کرافت یک جلسه آزمایش با فسفر انجام داد و به ویژه دو بطری را نشان داد که مانند کرم شب تاب می درخشیدند. لایب نیتس، مانند کونکل، به شدت به ماده جدید علاقه مند بود. در اولین جلسه، او از کرافت پرسید که آیا یک قطعه بزرگ از این ماده می تواند کل اتاق را روشن کند؟ کرافت موافقت کرد که این کاملاً ممکن است، اما غیرعملی است زیرا فرآیند تهیه این ماده بسیار پیچیده است.
چه کسی این را داشت؟ من داشتم.
تلاش های لایب نیتس برای متقاعد کردن کرافت برای فروش راز به دوک شکست خورد. سپس لایب نیتس برای دیدن خود برند به هامبورگ رفت. در اینجا او موفق به انعقاد قراردادی بین دوک یوهان فردریش و برند شد که طبق آن دوک اولی موظف بود برای افشای راز 60 تالر به برند بپردازد. از این زمان به بعد، لایب نیتس مکاتبات منظمی با برند داشت.
تقریباً در همان زمان، I.I Becher (1635-1682) با هدف جذب برند به دوک مکلنبورگ وارد هامبورگ شد. با این حال، براندا دوباره توسط لایب نیتس رهگیری شد و به هانوفر نزد دوک یوهان فردریش برده شد. لایب نیتس کاملاً مطمئن بود که برند به کشف "سنگ فلسفی" بسیار نزدیک است و بنابراین به دوک توصیه کرد تا زمانی که این کار را انجام نداده است او را رها نکند. برند اما پنج هفته در هانوفر ماند، منابع تازه فسفر را در خارج از شهر آماده کرد، طبق توافق، راز تولید را نشان داد و رفت.
در همان زمان، برند مقدار قابل توجهی فسفر برای فیزیکدان کریستیان هویگنس که در حال مطالعه ماهیت نور بود تهیه کرد و مقداری فسفر به پاریس فرستاد.
برند اما از قیمتی که لایب نیتس و دوک یوهان فردریش برای افشای راز تولید فسفر به او دادند بسیار ناراضی بود. او نامه ای با عصبانیت برای لایب نیتس فرستاد و در آن شکایت کرد که مبلغ دریافتی حتی برای خرج خانواده اش در هامبورگ و پرداخت هزینه های سفر کافی نیست. نامه های مشابهی به لایب نیتس و همسر برند، مارگاریتا ارسال شد.
برند همچنین از کرافت ناراضی بود و در نامه هایی از او ابراز ناراحتی کرد و او را به خاطر فروش مجدد راز به قیمت 1000 تالر به انگلیس سرزنش کرد. کرافت این نامه را به لایبنیتس فرستاد و او به دوک یوهان فردریش توصیه کرد که برند را عصبانی نکند، بلکه به خاطر افشای راز به او سخاوتمندانه‌تر بپردازد، زیرا می‌ترسید که نویسنده این کشف به عنوان اقدامی انتقام‌جویانه دستور تهیه فسفر را به او بگوید. شخص دیگری لایب نیتس نامه ای اطمینان بخش برای خود برند فرستاد.
ظاهراً برند جایزه ای دریافت کرد، زیرا. در سال 1679 او دوباره به هانوفر آمد و به مدت دو ماه در آنجا کار کرد و حقوق هفتگی 10 تالر با پرداخت اضافی برای هزینه های سفر و سفر دریافت کرد. مکاتبات لایب نیتس با برند، بر اساس نامه های ذخیره شده در کتابخانه هانوفر، تا سال 1684 ادامه یافت.
اکنون به کونکل بازگردیم. اگر به لایب نیتس اعتقاد دارید، پس کونکل از طریق کرافت دستور تهیه فسفر را آموخت و دست به کار شد. اما اولین آزمایش های او ناموفق بود. او نامه‌ای پشت نامه برای برند ارسال می‌کرد و در آن شکایت می‌کرد که دستور پختی برای او ارسال شده است که برای شخص دیگری بسیار غیرقابل درک است. در نامه‌ای که در سال 1676 از ویتنبرگ، جایی که کانکل در آن زمان زندگی می‌کرد، نوشته شد، از برند درباره جزئیات این فرآیند پرسید.
در پایان، کانکل در آزمایشات خود به موفقیت دست یافت و روش برند را کمی تغییر داد. با افزودن کمی ماسه به ادرار خشک قبل از تقطیر، فسفر به دست آورد و... ادعای کشف مستقل کرد. در همان سال، در ماه ژوئیه، کونکل به دوست خود، استاد دانشگاه ویتنبرگ، کاسپار کرچمایر، در مورد موفقیت های خود گفت، او اثری را در این زمینه منتشر کرد با عنوان "چراغ شب دائمی، گاهی درخشان، که مدت ها در جستجوی آن بود. ، اکنون پیدا شده است." در این مقاله، Kirchmeyer در مورد فسفر به عنوان یک سنگ درخشان شناخته شده صحبت می کند، اما از خود اصطلاح "فسفر" استفاده نمی کند، که بدیهی است که تا آن زمان هنوز مورد استفاده قرار نگرفته بود.
در انگلستان، مستقل از برند، کونکل و کیرشمایر، فسفر در سال 1680 توسط R. Boyle (1627-1691) بدست آمد. بویل از همان کرافت فسفر را می دانست. در ماه می 1677، فسفر در انجمن سلطنتی لندن به نمایش گذاشته شد. در تابستان همان سال خود کرافت با فسفر به انگلستان آمد. بویل، طبق داستان خود، از کرافت بازدید کرد و فسفر را به شکل جامد و مایع در اختیارش دید. برای قدردانی از استقبال گرم، کرافت، با خداحافظی با بویل، به او اشاره کرد که ماده اصلی فسفر او چیزی ذاتی در بدن انسان است. ظاهراً این اشاره برای شروع کار بویل کافی بود. پس از رفتن کرافت، آزمایش خون، استخوان، مو، ادرار را آغاز کرد و در سال 1680 تلاش های او برای به دست آوردن عنصر نورانی با موفقیت به پایان رسید.
بویل شروع به بهره برداری از کشف خود در شرکت با دستیار آلمانی Gaukwitz کرد. پس از مرگ بویل در سال 1691، Gaukwitz تولید فسفر را توسعه داد و آن را در مقیاس تجاری بهبود بخشید. گائوکویتز با فروش فسفر به قیمت سه پوند در هر اونس و عرضه آن به مؤسسات علمی و دانشمندان فردی در اروپا، ثروت هنگفتی به دست آورد. برای برقراری ارتباطات تجاری از هلند، فرانسه، ایتالیا و آلمان سفر کرد. گائوکویتز در خود لندن یک شرکت داروسازی تأسیس کرد که در زمان حیاتش به شهرت رسید. کنجکاو است که علیرغم تمام آزمایش‌هایش با فسفر، گاه بسیار خطرناک، گائوکویتز تا 80 سالگی عمر کرد و از سه پسرش و همه افرادی که در کارهای مربوط به تاریخ اولیه فسفر شرکت داشتند، بیشتر زنده ماند.
از زمان کشف فسفر توسط Kunkel و Boyle، قیمت فسفر به سرعت در نتیجه رقابت بین مخترعین کاهش یافت. در پایان، وارثان مخترع شروع به معرفی راز تولید آن به همگان برای 10 تالر کردند و تمام مدت قیمت آن را کاهش دادند. در سال 1743 A.S بهترین راهتولید فسفر از ادرار و بلافاصله آن را منتشر کرد، زیرا. ماهیگیری دیگر سودآور نبوده است.
در حال حاضر، فسفر در هیچ کجا با استفاده از روش برند-کنکل-بویل تولید نمی شود، زیرا کاملاً بی سود است. به خاطر علاقه تاریخی، ما همچنان به شرح روش آنها خواهیم پرداخت.
ادرار پوسیده به حالت شربتی تبخیر می شود. توده غلیظ حاصل را با سه برابر مقدار ماسه سفید مخلوط کرده، آن را در یک مخزن مجهز به گیرنده قرار دهید و به مدت 8 ساعت روی حرارت یکنواخت حرارت دهید تا مواد فرار خارج شوند و پس از آن حرارت افزایش می یابد. گیرنده با بخارات سفید پر شده است که سپس به فسفر جامد و درخشان مایل به آبی تبدیل می شود.
فسفر نام خود را به دلیل خاصیت درخشش در تاریکی (از یونانی - درخشان) به دست آورد. در میان برخی از شیمیدانان روسی تمایل به خالص دادن عنصر وجود داشت نام روسی: «گوهر»، «سبک‌تر»، اما این نام‌ها به میان نیامد.
Lavoisier، در نتیجه مطالعه دقیق احتراق فسفر، اولین کسی بود که آن را به عنوان یک عنصر شیمیایی تشخیص داد.
وجود فسفر در ادرار به شیمیدانان دلیلی داد تا آن را در سایر قسمت های بدن حیوان جستجو کنند. در سال 1715، فسفر در مغز پیدا شد. وجود قابل توجه فسفر در آن به عنوان مبنایی برای این جمله بود که "بدون فسفر هیچ فکری وجود ندارد". در سال 1769، گان فسفر را در استخوان ها یافت و دو سال بعد، K.V ثابت کرد که استخوان ها عمدتاً از فسفات کلسیم تشکیل شده اند و روشی را برای به دست آوردن فسفر از خاکستر باقی مانده پس از سوزاندن استخوان ها پیشنهاد کرد. سرانجام، در سال 1788، M. G. Klaproth و J. L. Proust نشان دادند که فسفات کلسیم یک ماده معدنی بسیار گسترده در طبیعت است.
یک اصلاح آلوتروپیک فسفر - فسفر قرمز - در سال 1847 توسط A. Schrötter کشف شد. شروتر در اثری با عنوان «وضعیت آلوتروپیک جدید فسفر» می نویسد که نور خورشید فسفر سفید را به قرمز تبدیل می کند و عواملی مانند رطوبت و هوای جو تأثیری ندارند. شروتر فسفر قرمز را با تصفیه آن با دی سولفید کربن جدا کرد. او همچنین با حرارت دادن فسفر سفید تا دمای حدود 250 درجه سانتیگراد در یک گاز بی اثر، فسفر قرمز تهیه کرد. در همان زمان، مشخص شد که افزایش بیشتر دما دوباره منجر به تشکیل یک اصلاح سفید می شود.
بسیار جالب است که شروتر اولین کسی بود که استفاده از فسفر قرمز را در صنعت کبریت پیش بینی کرد. در نمایشگاه جهانی پاریس در سال 1855، فسفر قرمز که قبلاً در یک کارخانه تولید شده بود، به نمایش گذاشته شد.
دانشمند روسی A.A. Musin-Pushkin در سال 1797 اصلاح جدیدی از فسفر دریافت کرد - فسفر بنفش. این کشف به اشتباه به I.V. Hittorf نسبت داده می شود که تقریباً با تکرار روش Musin-Pushkin ، فسفر بنفش را فقط در سال 1853 به دست آورد.
در سال 1934، پروفسور P. W. Bridgeman، فسفر سفید را تحت فشار تا 1100 اتمسفر قرار داد، آن را به رنگ سیاه تبدیل کرد و در نتیجه اصلاح آلوتروپیک جدیدی از عنصر به دست آورد. همراه با رنگ، فیزیکی و خواص شیمیاییفسفر: مثلاً فسفر سفید خود به خود در هوا مشتعل می شود، اما سیاه مانند قرمز این خاصیت را ندارد.
منابع
H 3 PO 4 - قوی، K 1 7.1 10 -3 (pK a 2.12)، K 2 6.2 10 -8 (pK a 7.20)، K 3 5.0 10 -13 (pK a 12.32). مقادیر K 1 و K 2 به دما بستگی دارد. تفکیک در مرحله اول گرمازا و در مرحله دوم و سوم گرماگیر است. نمودار فاز سیستم H 3 PO 4 - H 2 O در شکل نشان داده شده است. 2. حداکثر منحنی تبلور در دمای 302.4 K و محتوای H 3 PO 4 91.6٪ (فاز جامد - همی هیدرات) است. روی میز خواص محلول های اسید فسفریک آورده شده است.
ویژگی های محلول های آبی H 3 PO 4
|
T. shut., 0 C |
T. b., 0 C |
kJ/(kg K) |
Pa s (25 0 C) |
Ud. برقی هدایت، S/m (25 0 C) |
|||||
|
H3PO4 |
P2O5 |
||||||||
|
5 |
3,62 |
0,8 |
100,10 |
4,0737 |
0,0010 |
10,0 |
3129,1 |
||
|
10 |
7,24 |
2,10 |
100,20 |
3,9314 |
0,0011 |
18,5 |
3087,7 |
||
|
20 |
14,49 |
6,00 |
100,80 |
3,6467 |
0,0016 |
18,3 |
2986,4 |
||
|
30 |
21,73 |
11,80 |
101,80 |
3,3411 |
0,0023 |
14,3 |
2835,7 |
||
|
40 |
28,96 |
21,90 |
103,90 |
3,0271 |
0,0035 |
11,0 |
2553,1 |
||
|
50 |
36,22 |
41,90 |
104,00 |
2,7465 |
0,0051 |
8,0 |
2223,8 |
||
|
60 |
43,47 |
76,9 |
114,90 |
2,4995 |
0,0092 |
7,2 |
1737,1 |
||
|
70 |
50,72 |
43,00 |
127,10 |
2,3278 |
0,0154 |
6,3 |
1122,6 |
||
|
75 |
54,32 |
17,55 |
135,00 |
2,2692 |
0,0200 |
5,8 |
805,2 |
||
اف در شرایط عادی، اسید اسفریک غیر فعال است و فقط با کربنات ها، هیدروکسیدها و فلزات خاصی واکنش نشان می دهد. در این حالت، فسفات های یک، دو و سه جایگزین تشکیل می شوند (به فسفات های معدنی مراجعه کنید). وقتی گرم می شود بالاتر از 80 0 C حتی با اکسیدهای غیر فعال، سیلیس و سیلیکات واکنش نشان می دهد. در افزایش دمااسید فسفریک یک عامل اکسید کننده ضعیف برای فلزات است. هنگام عمل بر روی فلز. سطح محلول اسید فسفریک با افزودنی های روی یا منگنز یک فیلم محافظ (فسفاته کردن) تشکیل می دهد. اسید فسفریک وقتی گرم می شود. با تشکیل ترکیبات پیرو و متافسفریک آب از دست می دهد:
فسفولئوم (انیدرید فسفریک مایع، اسید سوپر فسفریک) شامل ترکیباتی از 72.4 تا 88.6٪ P 2 O 5 است و یک سیستم تعادلی است که از ارتو-، پیرو-، تری پلی-، تتراپلی- و سایر ترکیبات فسفر تشکیل شده است. هنگامی که اسید سوپر فسفریک با آب رقیق می شود، آزاد می شود. مقدار گرما و ترکیبات پلی فسفریک به سرعت به ترکیبات ارتوفسفریک تبدیل می شوند.
H 3 PO 4 را می توان با محلول آن با AgNO 3 از سایر ترکیبات فسفر متمایز کرد - یک رسوب زرد رنگ از Ag 3 PO 4 خارج می شود. ترکیبات فسفر باقیمانده رسوبات سفید رنگ را تشکیل می دهند.
اعلام وصول.اسید فسفریک در آزمایشگاه در شرایطی که با اکسید کردن فسفر با محلول 32٪ اسید نیتریک به راحتی می توان به دست آورد:
در صنعت اسید فسفریک به روش حرارتی و استخراج تولید می شود.
حرارتی روش (اجازه می دهد تا خالص ترین اسید فسفریک تولید شود) شامل بازی است. مراحل: احتراق (اکسیداسیون) فسفر عنصری در هوای اضافی، هیدراتاسیون و جذب P 4 O 10 حاصل (به اکسیدهای فسفر مراجعه کنید)، تراکم اسید فسفریک و جمع آوری غبار از فاز گاز. دو راه برای به دست آوردن P 4 O 10 وجود دارد: اکسیداسیون بخار P (به ندرت در صنعت استفاده می شود) و اکسیداسیون P مایع به شکل قطره یا فیلم. حالت اکسیداسیون P در هند. شرایط توسط دما در منطقه اکسیداسیون، انتشار اجزا و سایر عوامل تعیین می شود. مرحله دوم بدست آوردن حرارتی اسید فسفریک - هیدراتاسیون P 4 O 10 - با جذب همان (آب) یا inter-mod انجام می شود. P 4 O 10 بخار با بخار آب. هیدراتاسیون (P 4 O 10 + 6H 2 O4H 3 PO 4) از طریق مراحل تشکیل ترکیبات پلی فسفر پیش می رود. ترکیب و غلظت محصولات تشکیل شده به دما و فشار جزئی بخار آب بستگی دارد.
تمام مراحل فرآیند ممکن است. در یک دستگاه ترکیب می شوند، به جز مجموعه مه، که همیشه در یک دستگاه جداگانه تولید می شود. در صنعت معمولاً از طرح های دو یا سه پایه ای استفاده می کنند. دستگاه ها بسته به اصل سرمایش گازی، سه روش برای تولید انرژی حرارتی وجود دارد. اسید فسفریک: تبخیر، گردش - تبخیر، تبادل حرارت - تبخیر. تبخیر کنید. سیستم های مبتنی بر حذف حرارت در طول تبخیر آب یا رقیق. اسید فسفریک حداکثر ساده در طراحی سخت افزاری با این حال، به دلیل حجم نسبتاً زیاد گازهای زائد، استفاده از چنین سیستم‌هایی فقط در تاسیسات با ظرفیت واحد کوچک توصیه می‌شود.
گردش - تبخیر. سیستم ها امکان ترکیب مراحل احتراق P، خنک شدن فاز گاز سیال در گردش و هیدراتاسیون P 4 O 10 را در یک دستگاه فراهم می کنند. نقطه ضعف این طرح نیاز به خنک کردن حجم زیادی از مایع است. تبادل حرارت - تبخیر. سیستم ها دو روش حذف گرما را ترکیب می کنند: از طریق دیواره برج های احتراق و خنک کننده و همچنین با تبخیر آب از فاز گاز. مزیت قابل توجه این سیستم عدم وجود مدارهای گردش خون برای تجهیزات پمپاژ و تبرید است.
برای مقاصد داخلی. شرکت ها از فناوری استفاده می کنند. مدارهای با گردش - تبخیر. روش خنک کننده (سیستم دو برج). متمایز خواهد کرد. ویژگی های طرح: در دسترس بودن موارد اضافیnit برج های خنک کننده گاز، استفاده از مبدل های حرارتی صفحه ای کارآمد در مدارهای گردشی. کاربرد بسیار پربار است. نازل هایی برای احتراق فسفر، اتمیزه کردن یکنواخت یک جت مایع P و احتراق کامل آن بدون تشکیل اکسیدهای پایین تر را فراهم می کند.
تکنولوژی نمودار نصب با ظرفیت 60 هزار تن در سال 100% H 3 PO 4 در شکل نشان داده شده است. 3. فسفر زرد مذاب با هوای گرم تحت فشار تا 700 کیلو پاسکال از طریق یک نازل در یک برج احتراق که توسط منبع در حال گردش آبیاری می شود، پاشیده می شود. گرمای گرم شده در برج با گردش آب در مبدل های حرارتی صفحه ای خنک می شود. مخلوط محصول، حاوی 73-75٪ H 3 PO 4، از مدار گردش خون به انبار خارج می شود. علاوه بر این، خنک‌سازی گازهای برج احتراق و جذب ترکیبات در برج خنک‌کننده (هیدراتاسیون) انجام می‌شود که باعث کاهش پس از تولد، بار دمایی بر روی رسوب‌دهنده الکترواستاتیک می‌شود و باعث تصفیه مؤثر گاز می‌شود. حذف حرارت در برج هیدراتاسیون با گردش 50% H 3 PO 4 انجام می شود که در مبدل های حرارتی صفحه ای خنک می شود. گازهای برج هیدراتاسیون، پس از پاکسازی مه H3PO4 در یک رسوب‌دهنده الکترواستاتیک صفحه‌ای، به اتمسفر رها می‌شوند. برای 1 تن 100% H 3 PO 4، 320 کیلوگرم فسفر مصرف می شود.
برنج. 3. مدار گردش دو برج برای تولید حرارتی. H 3 PO 4: 1 - کلکتور آب اسیدی. 2 - ذخیره فسفر; 3.9 - کلکتورهای گردشی. 4.10 - پمپ های شناور؛ 5.11 - مبدل های حرارتی صفحه ای. 6 - برج احتراق; 7 - نازل فسفر؛ 8 - برج هیدراتاسیون; 12 - رسوب دهنده برقی; 13 - فن
یک روش استخراج اقتصادی تر برای تولید اسید فسفریک بر اساس تجزیه طبیعی است. فسفات ها (بیشتر سولفوریک، تا حدی نیتروژن و کمی هیدروکلریک). محلول های اسید فسفریک به دست آمده از تجزیه اسید نیتریک به کودهای پیچیده و با تجزیه اسید کلریدریک به رسوب تبدیل می شوند.
تجزیه اسید سولفوریک مواد خام فسفات [در کشورهای CIS Ch. arr کنسانتره آپاتیت Khibiny (نگاه کنید به آپاتیت) و فسفریت های Karatau] - پایه. روش استخراج اسید فسفریک مورد استفاده برای تولید غلظت. فسفر و کودهای پیچیده ماهیت روش استخراج (استخراج) P 4 O 10 (معمولاً P 2 O 5 استفاده می شود) به شکل H 3 PO 4 است. طبق این روش طبیعی فسفات ها پس از تولد با H 2 SO 4 تیمار می شوند و خمیر حاصل را فیلتر می کنند تا اسید فسفریک از رسوب سولفات کلسیم جدا شود. بخشی از پایه انتخاب شده. فیلتر و همچنین تمام فیلتر حاصل از شستن کیک فیلتر به فرآیند استخراج بازگردانده می شود. محلول رقیق سازی) برای اطمینان از تحرک کافی خمیر در هنگام اختلاط و حمل و نقل آن. نسبت جرم بین فاز مایع و جامد از 1.7:1 تا 3.0:1 است.
طبیعت فسفات ها طبق طرح زیر تجزیه می شوند:
ناخالصی های مرتبط نیز در معرض تجزیه هستند: کلسیت، دولومیت، سیدریت، نفلین، گلوکونیت، کائولن و سایر مواد معدنی. این منجر به افزایش مصرف اسید مورد استفاده می شود و همچنین به دلیل تشکیل فسفات آهن نامحلول FeH 3 (PO 4) 2 2.5H 2 O در غلظت های P، استخراج P 2 O 5 به محصول مورد نظر را کاهش می دهد. 2 O 5 بالای 40 درصد (محتوای P 4 O 10 معمولاً بر حسب P 2 O 5 داده می شود) و FePO 4 · 2H 2 O - در غلظت های پایین تر. برجسته می کنمCO 2 که در طی تجزیه کربنات ها آزاد می شود، یک کف پایدار در استخراج کننده ها تشکیل می دهد. فسفات های محلول در pH منیزیم، آهن و آل باعث کاهش فعالیت اسید فسفریک و همچنین کاهش محتوای اشکال قابل هضم P 2 O 5 در کودها می شود. پردازش اسید فسفریک
با در نظر گرفتن تأثیر ناخالصی ها، الزامات مواد خام فسفات با توجه به ماهیت کریمه تعیین شده است. فسفات با محتوای بالای ترکیبات. آهن، آل، منیزیم، کربنات ها و ارگ. مواد برای تولید اسید فسفریک نامناسب هستند.
بسته به دما و غلظت اسید فسفریک در سیستم CaSO 4 -H 3 PO 4 -H 2 O، سولفات کلسیم به شکل دی هیدرات (گچ)، همی هیدرات یا انیدریت رسوب می کند. در شرایط واقعی، رسوب به ناخالصی های P 2 O 5 به شکل مواد طبیعی تجزیه نشده آلوده می شود. فسفات ها، H 3 PO 4 شسته نشده، فسفات های متبلور تجزیه می شوند. فلزات و غیره، بنابراین سولفات های کلسیم حاصل نامیده می شوند. پاسخ فسفوژیپس، فسفوهی هیدرات و فسفو انیدریت. بسته به نوع سولفات رسوب داده شده، سه روش مستقیم برای تولید اسید فسفریک استخراجی وجود دارد: دی هیدرات، همی هیدرات (همی هیدرات) و انیدریت و همچنین ترکیبی: همی هیدرات-دی هیدرات و دی هیدرات-همی هیدرات.
در کشورهای مستقل مشترک المنافع بیشتر روش دی هیدرات در صنعت توسعه یافته است که با عملکرد بالای P 2 O 5 (93-96.5٪) در حجم تولید مشخص می شود. هر چند نسبتا کم استچه غلظتی از اسید فسفریک نیاز به آخرین آن دارد. تبخیر پایه ای مراحل فرآیند: استخراج از ext. یا داخلی گردش و خنک شدن خمیر استخراج با خلاء یا هوا، رسیدن خمیر پس از استخراج کننده، جداسازی اسید فسفریک روی فیلترهای خلاء حجیم. کارایی فرآیند عمدتاً توسط
اسید اورتوفسفریک (گاهی اوقات فسفریک نامیده می شود) اسیدی است با منشاء معدنی و با قدرت متوسط. دارای فرمول شیمیایی ساده است و به عنوان نشان داده می شود H3PO4.
با توجه به شرایط معمولی و دمای بهینه ذخیره سازی، به صورت کریستال های رطوبت سنجی تمیز و بدون رنگ به نظر می رسد. در مواردی که دما از 42+ تا 213+ درجه سانتیگراد بالا می‌رود، ماده مذکور با اسید پیروفسفریک به اسید پیروفسفریک تبدیل می‌شود. فرمول شیمیایی- H4P2O7.
بیشتر اوقات، اسید فسفریک یک محلول تقریباً 85٪ بر پایه آب است که بی بو است و ظاهری شربت مانند نسبتاً غلیظ دارد. اسید مذکور علاوه بر آب در الکل و سایر حلال های معروف نیز به خوبی حل می شود.
نحوه بدست آوردن اسید اورتوفسفریک
برای به دست آوردن ترکیب شیمیایی ذکر شده نیازی به داشتن مقدار زیادی نیست پولیا زمان مانند اسید سیتریک، اسید اورتوفسفریک در حال حاضر تقاضای زیادی دارد و در مقادیر زیادی تولید می شود. امروزه کارشناسان سه روش صحیح استخراج اسید اورتوفسفریک را می شناسند:
1. هیدرولیز پنتاکلرید فسفر.
2. تهیه از فسفات (روش استخراج);
3. از اختلاط اکسید فسفر(V) با آب معمولی که از سوزاندن فسفر در اکسیژن به دست می آید (روش حرارتی).
از آنجایی که واکنش با آب بسیار شدید است، اکسید فسفر (V) با محلول غلیظی از اسید اورتوفسفریک که تا دمای 200 درجه سانتیگراد گرم شده است، تصفیه می شود.
مقدار کمی از ماده را می توان به راحتی در شرایط آزمایشگاهی با اکسیداسیون فسفر به دست آورد. اما برای تولید چنین ترکیبی در مقیاس صنعتی و جدی، نمی توان بدون استخراج و روش های حرارتی کار کرد.
اسید فسفریک در زمینه های مختلف زندگی انسان: جایی که از آن استفاده می شود
دامنه کاربرد اسید فسفریک امروزه بسیار جالب و متنوع است. بله ذکر شد ماده شیمیاییدر صنایع مختلف از جمله مواد غذایی ضروری است.
اسید اورتوفسفریک دارای خواص اسیدی به سختی است و به راحتی با نمک اسیدهای ضعیف فعال، انواع فلزات، اکسیدهای بازی، بازها و آمونیاک واکنش می دهد. قیمت مقرون به صرفه اسید اورتوفسفریک را در مناطق کاملاً متفاوت مورد تقاضا قرار داده است.
کشاورزی و کشاورزی
این ترکیب یک افزودنی بسیار رایج برای تولید فسفر محبوب یا کودهای ترکیبی است: نمک های آمونیوم، کلسیم، سدیم، منگنز. طبق آمار حدود 90 درصد سنگ معدن فسفر دار برای تولید کود استفاده می شود. فسفر برای گیاهان در هنگام تشکیل دانه ها و میوه ها مهم است. در عین حال کشورهای تولید کننده این گونه کودها را ایالات متحده آمریکا، روسیه و مراکش می دانند و کشورهای مصرف کننده تقریباً همه کشورهای آفریقایی، آسیایی و اتحادیه اروپا هستند.
در مزارع، دامپزشکان اغلب توصیه می کنند که حیوانات را با محلول اسید فسفریک تغذیه کنند تا از بروز سنگ کلیه و سنگ کلیه جلوگیری شود. كيسه صفرا، افزایش سطح اسیدیته معده.
صنایع غذایی
استفاده از عناصر شیمیایی، از جمله اسید فسفریک، مورد توجه خاص است صنایع غذایی. بنابراین، در این ناحیه، اسید اورتوفسفریک به عنوان تنظیم کننده اسیدیته عمل می کند و E338 نامیده می شود. این یک آنتی اکسیدان عالی است، رنگ را حفظ می کند و ماندگاری نوشیدنی ها و مواد غذایی مختلف را افزایش می دهد.
به ویژه، افزودنی E338 اغلب به چنین محصولات محبوبی در میان مردم اضافه می شود: سوسیس های مختلف، پنیر فرآوری شده، بکینگ پودر، محصولات نانوایی و شیرینی، شیر و غذای کودک، نوشیدنی های گازدار شیرین و غیره.
محبوب ترین نوشیدنی حاوی اسید فسفریک کوکاکولا است. همانطور که می دانید، چنین نوشیدنی حتی می تواند زنگ زدگی را از سطوح فلزی پاک کند. در عین حال، غلظت اسید در این نوشیدنی آنقدر زیاد نیست که در صورت مصرف کم، آسیب جدی به معده انسان وارد کند.
تولید مواد شیمیایی خانگی و مصالح ساختمانی
به لطف استفاده فعال از اسید فسفریک و در دسترس بودن آن، تولید کنندگان رنگ ها و لاک های مقاوم در برابر آتش را در بازار مصالح ساختمانی عرضه می کنند، از جمله: لاک، لعاب، اشباع، تخته های چوبی و سایر مواد برای ساخت و ساز و تعمیر. اسید فسفریک نیز برای تولید کبریت ضروری است.
محلول های اسید اورتوفسفریک به طور فعال توسط صنعتگران در مزارع نجاری استفاده می شود. به لطف آغشته شدن چوب به این ماده، چوب در برابر آتش مقاوم می شود.
نمک های اسید اورتوفسفریک آب کلر را کاملا نرم می کنند. به عنوان مثال، اینها پودرها و ژل های لباسشویی، مواد شوینده ظرفشویی، مایعات برای از بین بردن زنگ زدگی و چربی روی سطوح و غیره هستند.
زیست شناسی مولکولی
توسط متخصصان برای انجام آزمایش ها و تحقیقات مختلف استفاده می شود.
دارو
جالب است که در پزشکی اسید اورتوفسفریک یک جزء است کربن فعال. همچنین سالهاست که به طور فعال در دندانپزشکی استفاده می شود - برای پر کردن. این ترکیب به مقدار کم در خمیردندان ها و سفید کننده های دندان وجود دارد.
تعداد کمی از مردم می دانند که اسید فسفریک نیز عنصری از مواد شیمیایی است که در تولید لباس های بیرونی ضد آب و ضد باد، به ویژه لباس های اسکی استفاده می شود.
آیا اسید فسفریک برای انسان مضر است؟
به یاد داشته باشید که همه چیز در حد اعتدال خوب است. اسید فسفریک در صورت رعایت استانداردهای مصرف، یک ترکیب شیمیایی نسبتاً بی خطر محسوب می شود. مصرف بیش از حد اسید فسفریک از طریق غذا می تواند منجر به احساس ناخوشی، بیزاری از غذا، کاهش وزن، استخوان های شکننده. بنابراین بهتر است از مصرف زیاد مواد غذایی با افزودنی غذایی E338.
اگر اسید به صورت محلول غلیظ روی پوست و غشاهای مخاطی فرد وارد شود، ممکن است سوختگی داشته باشد. همچنین، برخی از دندانپزشکان متوجه شده اند که اسید فسفریک در صورت استفاده مکرر برای درمان دندان، به لایه بالایی مینای دندان آسیب می رساند.
در تماس با
مواد اولیه برای تولید اسید فسفریک
بیش از 120 ماده معدنی در طبیعت شناخته شده است. رایج ترین و از نظر صنعتی مهم ترین کانی های گروه آپاتیت فلوراپاتیت Ca 10 F 2 (PO 4) 6، هیدروکسیداپاتیت Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2، کلراپاتیت است.
فسفات های گروه آپاتیت شامل مواد معدنی با فرمول کلی Ca 10 R 2 (PO 4) 6، که در آن R F، Cl، OH است.
مقداری از کلسیم موجود در آپاتیت ها با Sr، Ba، منیزیم، منگنز، آهن و عناصر خاکی کمیاب سه ظرفیتی در ترکیب با فلزات قلیایی جایگزین می شود.
ضخامت لایه ها به 200 متر می رسد. مواد معدنی موجود در سنگ معدن از نظر خواص فیزیکی-شیمیایی و فلوتاسیون متفاوت است که به شناورسازی اجازه می دهد تا کنسانتره حاصل را با محتوای محصول هدف 92-93 درصد غنی کند.
فلوراپاتیت کلسیم خالص حاوی: 42.22% P 2 O 5; 55.6٪ CaO، 3.76٪ - F.
فسفات ها منشا آذرین و رسوبی دارند. سنگ‌های آذرین یا سنگ‌های آپاتیتی، یا در طی انجماد مستقیم ماگمای مذاب، یا در رگه‌های منفرد در طی تبلور مذاب ماگمایی (رگه‌های هماتیت)، یا در حین جداسازی از محلول‌های آبی داغ (تشکیل‌های گرمابی)، یا در طی برهمکنش تشکیل شدند. ماگما با سنگ آهک (تماس).
سنگ های آپاتیت دارای ساختار دانه ای و درشت کریستالی هستند و با فقدان چند پراکندگی و ریز تخلخل مشخص می شوند.
فسفات های رسوبی - فسفریت ها. آنها در نتیجه هوازدگی سنگ ها، برهم کنش با سنگ های دیگر - و رسوب آنها هم در حالت پراکنده و هم با تشکیل انباشته های بزرگ شکل گرفتند.
کانه های فسفریتی از نظر پراکندگی زیاد مواد معدنی فسفاته و رشد نزدیک آنها با کانی های همراه (ناخالصی ها) سریعتر از آپاتیت ها در اسیدها حل می شوند.
بهترین ماده اولیه برای تولید اسید فسفریک استخراجی کنسانتره آپاتیت حاوی 2% R2O3 یا 5% از کل محتوای P2O5 است. تقریباً فاقد کربنات است. در نتیجه کمترین مقدار اسید سولفوریک (در مقایسه با سایر انواع مواد اولیه) برای تجزیه آن مصرف می شود.
هنگام استخراج اسید فسفریک از فسفریت های Karatau که حاوی مقدار قابل توجهی کربنات، مواد آهنی و رسی هستند، نه تنها مصرف اسید سولفوریک به دلیل نیاز به تجزیه کربنات ها افزایش می یابد، بلکه اسید فسفریک نیز از کیفیت پایین تری برخوردار است. حاوی سولفات ها و فسفات های منیزیم، آهن و آلومینیوم است که بخش قابل توجهی (تا نصف) اسید فسفریک را خنثی می کند. علاوه بر این، P 2 O 5 را می توان از چنین مواد خام 3-6٪ کمتر از کنسانتره آپاتیت استخراج کرد. این عمدتاً با بدتر شدن شرایط فیلتر کردن و شستشوی فسفوژیپس توضیح داده می شود که به شکل کریستال های کوچک از محلول آزاد می شود و با ناخالصی های ذرات ریز خاک رس نفوذ می کند.
انواع دیگر فسفریت ها - شنی (Aktobe، Shchigrovsky)، رسی-گلوکونیت (Vyatka، Ryazan-Egoryevsky) حتی پس از غنی سازی روش های مدرن، در حال حاضر برای تولید اسید فسفریک استفاده نمی شوند. آنها را می توان در مخلوط با کنسانتره آپاتیت استفاده کرد. مقدار آپاتیت اضافه شده باید چنین نسبتی از R2O3: P2O5 را فراهم کند، که اجازه می دهد فرآیند با حداقل تلفات انجام شود.
روش حرارتی برای تولید اسید اورتوفسفریک
روش حرارتی شامل کاهش دمای بالا فسفات ها و تصعید فسفر عنصری در کوره های الکتریکی در حضور کربن و سیلیس است.
Ca 3 (PO 4) 2 + 5C + 2SiO 2 = P 2 + 5CO + Ca 3 Si 2 O 7 - 1460 kJ/mol.
فسفر حاصل به انیدرید فسفر اکسید می شود و سپس فسفر با آب هیدراته می شود. در نتیجه اسید اورتوفسفریک تشکیل می شود
2Р2 + 5О2 = 2Р2О5; P2O5 + 3H2O = 2H3PO4.
بر اساس اصل خنک سازی گازی، فرآیندهای تولید فسفات بر اساس فسفر عنصری را می توان به سیستم هایی با تغییر حالت تجمعی مبرد و سیستم هایی بدون تغییر در حالت تجمعی مبرد طبقه بندی کرد. مبردها در هر صورت آب یا اسید فسفریک هستند
مزیت اصلی روش حرارتی در مقایسه با روش استخراج، توانایی پردازش هر نوع ماده خام از جمله فسفریت های بی کیفیت و به دست آوردن اسید با خلوص بالا است.
روش استخراج برای تولید اسید فسفریک
روش اسیدی مبتنی بر جابجایی اسید فسفریک از فسفات ها با اسیدهای قوی است. پرکاربردترین روش در عمل استخراج اسید سولفوریک است.
فرآیند بر اساس معادله خلاصه زیر پیش می رود:
Ca 5 F(PO 4) 3 + 5H 2 SO 4 = 5CaSO 4 (تلویزیون) + 3H 3 PO 4 + HF.
بسته به دمای فرآیند و غلظت P2O5 در محلول، سولفات کلسیم (فسفوژیپس) به شکل CaSO4 2H2O (حالت دهیدراته)، CaSO4 0.5H2O (حالت همی هیدرات) و CaSO4 (حالت انیدرید) آزاد می شود. دو حالت اول توزیع صنعتی یافتند.
هیدروژن فلوراید حاصل با H2SiO3 واکنش می دهد
4HF + H 2 SiO 3 = SiF 4 + 3H 2 O.
در این حالت، SiF4 تا حدی در فاز گاز آزاد می شود و تا حدی در محلول EPA به شکل H2SiF6 باقی می ماند.
به طور معمول، اسید استخراج حاصل به ناخالصی های مواد خام آلوده است و غلظت کمی دارد (25-32٪ P 2 O 5)، بنابراین باید به غلظت بالاتر تبخیر شود.
مزایای اصلی فرآیند استخراج، سادگی و توانایی تولید ارزانتر H 3 PO 4 است. عیب - EPA حاصل با مخلوطی از sesquioxides (Al2O3، Fe2O3)، ترکیبات فلوئور و CaSO4 آلوده شده است.
تولید اسید فسفریک به روش دی هیدرات و همی هیدرات
روش های مختلفی برای تولید اسید فسفریک با غلظت های مختلف با آزادسازی دی هیدرات سولفات کلسیم وجود دارد. راحت ترین طبقه بندی و ارزیابی راه های مختلفبسته به غلظت اسید حاصل، زیرا این است که شاخص اصلی کیفیت محصول و یکی از پارامترهای اصلی تکنولوژیکی است که سایر پارامترها را تعیین می کند - دما، مدت زمان برهمکنش معرف ها، شکل و خواص فیلتر کردن کریستال های سولفات کلسیم آزاد شده ، و غیره.
در حال حاضر، H 3 PO 4 با استفاده از روش دی هیدرات با محتوای 20-25٪ P 2 O 5 (معمولا از مواد خام کم عیار - فسفریت های ضعیف) و 30-32٪ P 2 O 5 (از کیفیت بالا تولید می شود. مواد اولیه - کنسانتره آپاتیت)
هنگام تولید اسید حاوی 30-32 درصد P 2 O 5 به روش همی هیدرات - دهیدراته، فرآیند در دو مرحله انجام می شود. مرحله اول - تجزیه فسفات - در چنین شرایطی انجام می شود که سولفات کلسیم به شکل یک همی هیدرات نسبتاً پایدار آزاد می شود که در طول فرآیند استخراج به گچ هیدراته نمی شود. در مرحله دوم، همی هیدرات آزاد شده که از فاز مایع جدا نشده است، در دوغاب واکنش در حضور کریستال های دانه گچ به دی هیدرات تبدیل می شود و کریستال های بزرگ، خوش فرم و به سرعت فیلتر می شود.
از مزایای این روش می توان به استخراج حداکثر (حداکثر 5/98 درصد) اسید فسفریک از ماده خام به محلول با حداقل مصرف اسید سولفوریک و تولید گچ با کیفیت بالا که حاوی بیش از 3/0 درصد از کل P 2 O 5 باشد، اشاره کرد. به جای معمول 0.5-1.5٪ و 0.02-0.08٪ P 2 O 5 محلول در آب. این با جلوگیری از جایگزینی یون های سولفات در شبکه کریستالی رسوب و انتشار یون های HPO4- که حفظ شده اند (روی سطح ذرات اولیه آزاد شده فاز جامد جذب می شوند، زیرا همی هیدرات قبلاً عبور کرده بود توضیح داده می شود. به فاز مایع
برخلاف روش دی هیدرات که در حال حاضر استفاده می شود، از روش همی هیدرات می توان برای تهیه اسید حاوی 45-50 درصد P 2 O 5 استفاده کرد. این امر باعث می شود که ظرفیت کارگاه های موجود 1.5 - 1.8 برابر افزایش یابد و مقدار پسماند - باقی مانده سولفات کمی کاهش یابد.
برای تولید فسفر غلیظ و کودهای پیچیده، اسید فسفریک حاوی 37-55 درصد P2O5 یا بیشتر و برای تولید پلی فسفات های آمونیوم و کودهای مایع غلیظ، اسید حاوی 72-83 درصد P2O5 مورد نیاز است. بنابراین، در بسیاری از موارد، اسید فسفریک استخراج شده توسط تبخیر غلیظ می شود.
تولید اسید فسفریک حاوی حداکثر 55 درصد P 2 O 5 به روش انیدریت (بدون تبخیر) در مرحله توسعه آزمایشی است. ساده ترین راه برای به دست آوردن اسید حاوی 53-55٪ P 2 O 5 است، زیرا این فرآیند فقط به تبخیر آب کاهش می یابد و با کم آبی اسید فسفریک و تشکیل انیدریت فسفریک به شکل ارتو همراه نیست. با این حال، این فرآیند با خوردگی شدید تجهیزات و انتشار ناخالصی های موجود در اسید پیچیده می شود.
اسید فسفریک داغ دارای اثر خورندگی قوی بر روی اکثر فلزات، آلیاژها و مواد سیلیکات-سرامیک شناخته شده است. رسوبات منتشر شده در طول فرآیند تبخیر می تواند تجهیزات را مسدود کند و در نتیجه باعث کاهش شدید بهره وری آن شود. این امر استفاده از دستگاه های تبخیر استاندارد و گسترده برای تبخیر اسید فسفریک را دشوار می کند. اسید حاوی 53 تا 55 درصد P2O5 را می توان از فسفات های نسبتاً کمی آلوده - کنسانتره آپاتیت یا فسفریت های با عیار بالا غنی شده به دست آورد.
تولید اسید فسفریک به روش های دیگر
روش مورد علاقه در صنعت، روش تولید H3PO4 است که بر اساس اکسیداسیون فسفر با بخار آب بر روی کاتالیزور مس-زیرکونیوم، شرایط بهینه فرآیند: t = 973 درجه سانتیگراد، نسبت بخار آب به فسفر 20:1 است.
P 4 + 16H 2 O = 4H 3 PO 4 + 10H 2 + 1306.28 کیلوژول.
در شرایط آزمایشگاهی H3PO4 بدست می آید
3P + 5HNO 3 + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO
استخراج اسید فسفریک از فسفات ها با اسید سولفوریک دارای معایب قابل توجهی است: مصرف زیاد اسید سولفوریک (2.5 - 3.1 تن مونوهیدرات در هر تن P2O5) و نیاز به پردازش یا ذخیره مقدار قابل توجهی ضایعات - فسفوگچ (4.5 -6.0 تن). در هر 1 تن از P2O5 از نظر ماده خشک)، که پردازش آن به اسید سولفوریکبا تولید همزمان مقادیر قابل توجهی سیمان یا آهک همراه است که در همه جا فروش کافی پیدا نمی کند. بنابراین، امکان استخراج اسید فسفریک با سایر اسیدهای معدنی - نیتریک، کلریدریک، هیدروفلوئوریک و هیدروفلورسیلیک - به طور مداوم در حال جستجو است.
مشکلات اصلی در تجزیه فسفات با اسید نیتریک یا هیدروکلریک، جداسازی اسید فسفریک از نیترات بسیار محلول و کلرید کلسیم است. هنگام استفاده از اسیدهای فلورسیلیک یا هیدروفلوئوریک، رسوبی آزاد می شود که به راحتی با فیلتراسیون جدا می شود. با این حال، در این مورد، بازسازی اسید نیاز به استفاده از دمای بالا، اما می توان این فرآیند را بدون معرف های اضافی - اسیدها با استفاده از فلوئور موجود در مواد خام انجام داد.
تهیه فسفات
محتوای اشکال مختلف آنیونی در محلول به pH محلول بستگی دارد. تمام فلزات قلیایی و فسفات آمونیوم در آب بسیار محلول هستند. برای سایر فلزات، فقط دی هیدروژن فسفات ها محلول هستند. محلول های فسفات فلزات قلیایی متوسط به دلیل هیدرولیز واکنش بسیار قلیایی دارند. (محلول Na3PO4 0.1 مولار دارای pH 12.7 است). در این شرایط، در حضور متوسط فسفات فلزات قلیایی به عنوان یک معرف، نمی توان فسفات متوسط سایر فلزات را به دست آورد - اعم از نمک های اساسی یا هیدروکسیدها و اکسیدها از محلول ها رسوب می کنند:
4Na 3 PO 4 + 5CaCl 2 + H 2 O = Ca 5 (PO 4) 3 OH + 10NaCl + Na 2 HPO 4
2AgNO 3 + 2Na 3 PO 4 + H 2 O = Ag 2 O + 2Na 2 HPO 4 + 2NaNO 3
بنابراین برای به دست آوردن نمک های متوسط اسید فسفریک، کاهش pH ضروری است. این با استفاده از محلول سدیم هیدروژن فسفات در حضور آمونیاک به دست می آید:
2Na 2 HPO 4 + CaCl 2 + 2 NH 3 = Ca 3 (PO 4) 2 + 2 NH 4 Cl + 4NaCl
همچنین می‌توانید فسفات‌ها (هم متوسط و هم اسیدی) را از طریق واکنش‌های تبادلی به‌دست آورید، که در آن واکنش‌ها دارای انواع مختلفی هستند:
1. برهمکنش مستقیم فلز با اسید فسفریک:
2H3PO4+3Ca= Ca3(PO4)2+3H2
2. واکنش بین اکسید بازی و اسید فسفریک:
2H 3 PO 4 + 3CaO = Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 O
3. واکنش تبادلی بین نمکها که یکی از آنها لزوماً حاوی آنیون فسفات یا دی هیدروژن فسفات است:
2Na 3 PO 4 + 3CaCl 2 = Ca 3 (PO 4) 2 + 6 NaCl.
4. واکنش تبادل بین اسید فسفریک و هیدروکسید:
2H 3 PO 4 + 3Ca(OH) 2 = CaHPO 4 2H 2 O
2H 3 PO 4 + 3NaOH = Na 3 PO 4 + 3H 2 O
5. واکنش تبادل فسفات و هیدروکسید:
2Na 3 PO 4 + 3Ca(OH) 2 = Ca 3 (PO 4) 2 + 3 NaOH
6. برهمکنش دی هیدروژن فسفات یا هیدروژن فسفات با قلیایی:
می توان فسفات را مستقیماً از ماده ساده فسفر بدست آورد. فسفر سفید در محلول قلیایی پراکسید هیدروژن حل می شود:
P 4 + 10H 2 O 2 + 12NaOH = 4Na 3 PO 4 + 16H 2 O
روش اصلی نظارت بر خلوص فسفات نامحلول در آب، شستشوی فراوان آن با آب هنگام فیلتر کردن رسوب است. در مورد فسفات های آمونیوم و فلزات قلیایی محلول در آب، برای کنترل خلوص و همچنین فیلتراسیون اولیه محلول از ناخالصی های نامحلول احتمالی، تبلور دقیق و مکرر ضروری است.
تمام روش های فوق برای سنتز فسفات ها هم در شرایط آزمایشگاهی و هم در صنعت قابل اجرا هستند.