Технология производства и потребительские свойства фосфорной кислоты

Основное количество фосфорной кислоты расходуется в производстве высококонцентрированных безбалластных фосфорных и комплексных удобрений – аммофосов, нитроаммофоса, нитроаммофоски – и кормовых фосфатов. Кислые фосфаты кальция и полифосфаты натрия используют в хлебопекарной промышленности в качестве разрыхлителей теста. Кислоту и её соли добавляют в поваренную соль, напитки, фруктовые соки, колбасные изделия. Фосфат натрия широко используются для снижения жёсткости воды и для получения синтетических моющих средств. Фосфорная кислота, а также её аммонийные, магниевые и натриевые соли используют для придания огнестойкости бумаге, дереву и тканям. Фосфаты цинка и марганца применяются в качестве защитных покрытий металлов от коррозии. Известно каталитическое действие фосфорной кислоты в процессах дегидрирования, полимеризации и алкилирования углеводородов. Фосфаты марганца, кобальта, олова, тория и других металлов применяются в производстве фарфора, глазури, оптических, светопоглощающих и флуоресцирующих стёкол.

Безводная ортофосфорная кислота Н₃РО₄, называемая часто фосфорной, представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, плавящееся при температуре около 42⁰С. На практике, тем не менее, чаще имеют дело с жидкой фосфорной кислотой. Это объясняется склонностью фосфорной кислоты к переохлаждению вплоть до -121⁰С. При небольшом переохлаждении она представляет собой густую сиропообразную жидкость с плотностью 1880 кг/м³.

При нагревании водные растворы ортофосфорной кислоты вначале теряют воду, а затем наряду с удалением растворителя идёт дегидратация кислоты с образованием пирофосфорной кислоты:

2Н₃РО₄ →Н₄Р₂О₁ +Н₂О

Дальнейшее нагревание приводит к разложению фосфорной кислоты до метафосфорной:

Н₄Р₂О₇ → 2НРО₃ + Н₂О

Безводная фосфорная кислота очень агрессивна. При температуре около 100⁰С она разрушает стекло и почти все металлы, включая золото и платину.

Фосфорную кислоту получают из природных фосфатов двумя основными способами – термическим и кислотным.

Сущность термического метода состоит в высокотемпературном восстановлении фосфатов до элементарного фосфора в электрических печах и окислении фосфора до фосфорного ангидрида, образующего затем при гидратации фосфорную кислоту. Такую кислоту называют термической

Ca₃(PO₄)₂ +5C + 3SiO₂ →3 CaSiO₃ + 2P +5CO

2P +2,5O₂ →P₂O₅

P₂O₅ + 3Н₂О → 2Н₃РО₄

Кислотный метод основан на вытеснении фосфорной кислоты из природных фосфатов более сильными кислотами, чаще всего серной. Такая фосфорная кислота называется экстракционной

Ca₃(PO₄)₂ +3 H₂SO₄ → 3 CaSO₄ + 2Н₃РО₄

Экстракционный способ эффективен при использовании высококонцентрированного фосфатного сырья. Получаемая этим способом кислота обычно имеет более низкую концентрацию, содержит много примесей и, в основном, используется в производстве минеральных удобрений.

Термическим же способом можно получить кислоту высокой концентрации и чистоты из любого, даже низкокачественного сырья. Термическая кислота несколько дороже экстракционной и её производство целесообразно налаживать в районах с относительно дешёвой электроэнергией.

Качество выпускаемой фосфорной кислоты регламентировано двумя государственными стандартами. В таблице 3.3. приведены некоторые из технических требований, предъявляемых к товарной фосфорной кислоте этими стандартами.

Хранят и транспортируют фосфорную кислоту либо в нефутерованных ёмкостях, изготовленных из кислотостойкой стали марки XI8XIOT, либо в ёмкостях из углеродистой стали, защищённой кислотоупорной футеровкой. В качестве футеровки может использоваться кислотостойкая резина, полиизобутилен, керамика, кислотостойкий цемент. Концентрацию кислоты, заливаемой в хранилища, и ёмкости для перевозки, во избежание её кристаллизации, следует выбирать с учётом климатических условий.

Таблица 3.3. – Физико-химические свойства фосфорной кислоты