در این مقاله از اسپوتا شیمی روش های تولید اسید فسفریک و خالص سازی اسید فسفریک را بررسی کرده و در ادامه طرز تهیه محلول اسید فسفریک برای کشاورزی را آموزش داده ایم، تا انتهای مطلب همراه ما باشید.
اسید فسفریک چیست؟
اسید فسفریک در گروهی از اسیدهای ضعیف قرار می گیرد. این ماده شیمیایی که به نام اسید اورتوفسفریک نیز شناخته می شود که به ما کمک می کند تا به راحتی آن را از سایر اسیدهای فسفریک مانند اسید پلی فسفریک تشخیص دهیم. یکی دیگر نام های این ماده اسید فسفریک اسید فسفریک (V) است. نام شیمیایی فرمول اسید فسفری H3PO4. اسید فسفریک یک شربت بی رنگ با غلظت 85 درصد در آب است. این ماده یک ترکیب خالص اسید فسفریک یک جامد بی رنگ است.
هر سه هیدروژن موجود در اسید فسفریک ماهیتی اسیدی دردرجات مختلف دارند و می توانند از مولکول خارج شوند.h+یون هایی که به عنوان پروتون شناخته می شوند. وقتی هر سه h+یون‌های اسید فسفریک حذف می‌شوند، نتیجه یک یون اورتوفسفات است،pO3- _4. معمولاً به آن “فسفات” می گویند. حذف یک یا دو پروتون از اسید فسفریک یون دی هیدروژن فسفات می دهد. اسید ارتوفسفریک نیز استرها را تشکیل می دهد، یعنی ارگانوفسفره ها.
این عضو از خانواده اسید ها معمولاً در آزمایشگاه های شیمیایی به عنوان محلول آبی 85 درصد شناخته می شود. اسید فسفریک یک مایع شربتی بی رنگ، بی بو و غیر فرار است. شما، اسید فسفریک با تعریف دقیق اسید قوی مطابقت ندارد، اما محلول 85٪ آن همچنان می تواند به شدت پوست را تحریک کند و به چشم ها آسیب برساند.
نام اسید اورتوفسفریک برای تشخیص این اسید از سایر اسیدهای فسفریک مانند اسید پیروفسفریک استفاده می شود. نام اسید فسفریک در واقع نامگذاری فعلی IUPAC است.
روش تولید اسید فسفریک
اسید فسفریک توسط دو فرآیند ساخته می شود:
الف) فرآیندمرطوب
ب) فرآیند حرارتی
روش حرارتی معمولاً محصول غلیظ‌تر و خالص‌تری تولید می‌کند، اما انرژی‌بر است (به دلیل تولید خود فسفر. اسید تولید شده از مسیر مرطوب کمتر خالص است، اما در تولید کودها استفاده می‌شود).
فرآیند مرطوب برای تولید اسید فسفریک
اسید فسفریک از فلوراپاتیت، معروف به سنگ فسفات، 3Ca3(PO4)2.CaF2، با افزودن اسید سولفوریک غلیظ (93%) در یک سری از راکتورهای به خوبی هم زده تولید می شود. این منجر به اسید فسفریک و سولفات کلسیم (گچ) و سایر ناخالصی های نامحلول می شود. آب اضافه می شود و گچ با فیلتراسیون همراه با سایر مواد نامحلول (مانند سیلیس) حذف می شود. فلوراید، به عنوان H2SiF6، در مرحله بعدی با تبخیر حذف می شود.
با این حال، واکنش های جانبی وجود دارد. به عنوان مثال با فلوراید کلسیم و کربنات کلسیم موجود در سنگ:
فلوئوروسیلیسیلیک اسید یک محصول جانبی مهم از این و از ساخت هیدروژن فلوراید است. می توان آن را با هیدروکسید سدیم خنثی کرد تا هگزافلوئوروسیلیکات سدیم را تشکیل دهد. این اسید همچنین برای ساخت فلوراید آلومینیوم استفاده می شود که به نوبه خود در ساخت آلومینیوم استفاده می شود.
ساختار کریستالی سولفات کلسیم تشکیل شده به شرایط واکنش بستگی دارد. در دمای 340-350 کلوین، محصول اصلی دی هیدرات، CaSO4.2H2O است. در دمای 360-380 کلوین، همی هیدرات، CaSO4.1/2H2O تولید می شود.
سولفات کلسیم فیلتر شده و اسید با استفاده از تقطیر خلاء به حدود 56% P2O5 تغلیظ می‌شود.
محصول حاصل از اسید “فرایند مرطوب” ناخالص است اما می تواند بدون خالص سازی بیشتر برای تولید کود مورد استفاده قرار گیرد (به زیر مراجعه کنید). همچنین می توان آن را تا حدود 70% P2O5 تبخیر کرد، محلولی به نام اسید سوپر فسفریک که مستقیماً به عنوان کود مایع استفاده می شود.
برای ساخت فسفات‌های صنعتی، اسید با استخراج با حلال با استفاده از متیل ایزوبوتیل کتون (MIBK) خالص می‌شود که در آن اسید کمی محلول و غلیظ می‌شود تا محتوای P2O5 60 درصد به دست آید. این اسید را می‌توان با استفاده از حلال‌ها برای استخراج آن از فلزات سنگین و فلوئور زدایی (از طریق تبخیر) برای تولید محصولی با کیفیت مواد غذایی خالص‌سازی کرد.
فرآیند حرارتی برای تولید اسید فسفریک
مواد اولیه برای این فرآیند فسفر و هوا است:
در ابتدا فسفر به داخل کوره پاشیده می شود و در هوا در حدود 1800-3000 کلوین می سوزد.
بیشتر فرآیندها از هوای خشک نشده استفاده می کنند و بسیاری از آنها شامل اضافه کردن بخار به مشعل فسفر برای تولید و نگهداری فیلمی از اسیدهای پلی فسفریک متراکم می شود که از برج مشعل فولاد ضد زنگ (خنک شده با آب خارجی) محافظت می کند. محصولات حاصل از برج مشعل مستقیماً به یک برج هیدراتاسیون می روند که در آن اکسید فسفر گازی در اسید فسفریک بازیافتی جذب می شود:
از طرف دیگر، فسفر ممکن است در هوای خشک سوزانده شود. پنتوکسید فسفر به صورت پودر سفید متراکم شده و به طور جداگانه به اسید فسفریک هیدراته می شود.
این روش امکان بازیابی و استفاده مجدد از گرما را فراهم می کند.
سوختن و هیدراتاسیون مستقیم، همانطور که قبلاً توضیح داده شد، شرایط بسیار خورنده را ایجاد می کند. این تجهیزات از فولاد ضد زنگ ساخته شده اند یا با آجر کربنی ساخته شده اند. برای کاهش خوردگی، دیواره های مشعل و برج های هیدراتور خنک می شوند، اما محصولات راکتور در دمای بسیار پایین برای بازیابی گرمای مفید ظاهر می شوند.
اسید محصول دارای غلظت حدود 85٪ است.
اسید تترا فسفریک، یکی از خانواده اسیدهای پلی فسفریک است که می تواند به طور انتخابی تولید شود، یا با جوشاندن آب در دمای بالا در یک ظرف کربنی یا با افزودن پنتوکسید فسفر جامد به اسید فسفریک تقریباً در حال جوش، ساخته می شود. روش اول معمولاً محصول خالص تری را به دلیل محتوای آرسنیک بالای پنتوکسید فسفر می دهد.
منبع بخشی از مطلب: researchgate
اهمیت خالص سازی اسید فسفریک
خالص‌سازی اسید فسفریک اهمیت زیادی دارد. اسید فسفریک یکی از مهم‌ترین ترکیبات شیمیایی است که در صنایع مختلف از جمله صنایع کشاورزی، داروسازی، شیمیایی، و پتروشیمی استفاده می‌شود. خالص‌سازی این اسید از اهمیت بسیاری برخوردار است زیرا:
1. کاربردهای دارویی: اسید فسفریک در تولید بسیاری از داروها و محصولات دارویی مورد استفاده قرار می‌گیرد. خالص‌سازی آن از اهمیت بسیاری برخوردار است تا کیفیت و ایمنی داروها تضمین شود.
2. صنعت کشاورزی: اسید فسفریک به عنوان یکی از مهم‌ترین مواد غذایی برای رشد گیاهان و تقویت خاک به کار می‌رود. خالص‌سازی آن می‌تواند به بهبود کارایی واکنش‌پذیری گیاهان و کاهش آلودگی محیط زیست کمک کند.
3. صنعت پتروشیمی: اسید فسفریک در تولید مواد شیمیایی مورد نیاز در صنایع پتروشیمی استفاده می‌شود. خالص‌سازی این اسید می‌تواند به افزایش بازدهی و کاهش هدررفت‌ها در فرآیندهای تولید کمک کند.
4. کاربردهای دیگر: این اسید در تولید کودهای فسفاته، مواد شوینده، ترکیبات غذایی و… نیز کاربرد دارد.
بنابراین، خالص‌سازی اسید فسفریک نه تنها در بهبود کیفیت محصولات صنایع مختلف موثر است، بلکه به حفظ محیط زیست و بهبود شرایط کشاورزی نیز کمک می‌کند.
طرز تهیه محلول اسید فسفریک
برای تهیه محلول اسید فسفریک، می‌توانید مراحل زیر را دنبال کنید:
مواد لازم
- اسید فسفریک خالص
- آب مقطر
- دستکش و عینک محافظ
- ظرف مقاوم به اسید (مانند شیشه یا پلاستیک مقاوم)
- همزن
مراحل تهیه
- انتخاب ظرف مناسب: ابتدا یک ظرف مقاوم به اسید انتخاب کنید. این ظرف باید از موادی ساخته شده باشد که در برابر اسید مقاوم باشند، مانند شیشه یا پلاستیک مقاوم.
- استفاده از تجهیزات ایمنی: قبل از شروع به کار، دستکش و عینک محافظ بپوشید تا از تماس مستقیم با اسید جلوگیری کنید.
- اضافه کردن آب مقطر: مقدار مورد نیاز آب مقطر را به ظرف اضافه کنید. میزان آب بستگی به غلظت نهایی محلول دارد که می‌خواهید تهیه کنید.
- اضافه کردن اسید فسفریک: به آرامی و با احتیاط اسید فسفریک را به آب مقطر اضافه کنید. توجه داشته باشید که همیشه اسید را به آب اضافه کنید و نه برعکس، زیرا این کار باعث کاهش خطر واکنش‌های ناگهانی و حرارت‌زا می‌شود.
- هم زدن محلول: با استفاده از همزن، محلول را به آرامی هم بزنید تا اسید فسفریک به طور کامل در آب حل شود. این کار را با دقت انجام دهید تا از پاشیدن محلول جلوگیری شود.
- ذخیره‌سازی محلول: پس از تهیه محلول، آن را در یک ظرف مقاوم به اسید و با درب محکم ذخیره کنید. محلول را در مکانی خنک و دور از دسترس کودکان و حیوانات نگهداری کنید.
از کجا می توان اسید فسفریک تهیه کرد؟
اسید فسفریک یک ماده شیمیایی بسیار مهم است و در صورت نیاز به تهیه دو نوع اسید فسفریک کشاورزی ایرانی و اسید فسفریک خوراکی وارداتی می توانید با کارشناسان فروش اسپوتا شیمی تماس حاصل فرمایید.