روش های تهیه و تولید اسید فسفریک

اسید فسفریک یکی از اسیدهای معدنی مفید برای صنایع و همچنین برای گیاهان است. فسفر موجود در این اسید توسط ریشه گیاهان جذب می شود بنابراین برای واکنش های بیولوژیکی آن ها ضروری است. ترکیب شیمیایی دی هیدروژن فسفات که از مشتقات مهم اسید فسفریک است به عنوان یک دی هیدروژن فسفاتاز عمل می کند. کودهای فسفاته که با استفاده از فسفریک اسید در کارخانه ها تولید می شوند، برای افزایش سطح فسفر خاک به آن اضافه گردند. میزان دسترسی گیاه به فسفر لازم، توسط همین کودها امکان پذیر است.

چیزی در حدود 90%از اسید فسفریک تولید شده در جهان برای تهیه و تولید انواع کود فسفاته به کار می رود. این اسید معدنی به سه شکل رایج، شامل سه نمک معدنی فسفاته با نام های سوپرفسفات سه گانه یا TSP، دی آمونیوم هیدروژن فسفات یاDAP و مونو آمونیوم دی هیدروژن فسفات یا MAP می باشد.

طی تحقیقاتی که در مورد کاربردهای اسید فسفریک از نظر کاربردی در تولید ترکیبات دیگر انجام شده است، در موارد مختلف، میزان 38% برای تولید DAP، 29% برای تولید MAP، 8% برای تولید TSP، 15% برای تولید کودهای متفرقه و 10% برای سایر کاربردها مصرف می شود. این اسید همچنین برای تولید محصولات غذایی و نوشیدنی ها نیز با گرید خوراکی به مصرف می رسد.

• تولید جهانی: 43 میلیون تن در سال

• تولید کشور چین: 17 میلیون تن در سال

• تولید کشورهای جنوب شرقی و شمال شرقی آسیا مانند اندونزی و ژاپن: 10 میلیون تن در سال

• تولید آمریکا: 4/8 میلیون تن در سال

به طور کلی، اسید فسفریک در صنعت به دو روش اصلی تولید می شود: 1) روش تَر یا مرطوب و 2) روش حرارتی. در روش حرارتی، اسید تولید شده دارای خلوص بالاتر و غلظت بیشتری است اما به شدت انرژی بالایی دارد. اسید فسفریک تولید شده در روش تر، خلوص کمتری داشته و برای تولید انواع کودهای فسفاته مناسب است.

اسید فسفریک از نوعی سنگ معدن به نام فلوروآپاتیت تولید می شود. سنگ معدن حاوی فسفات در تماس با اسید سولفوریک غلیظ (93%) در راکتورهای مورد نظر قرار داده می شود. محصول این فرآیندها، فسفریک اسید، سولفات کلسیم (کانی گیپسوم) به علاوه سایر ناخالصی های نامحلول می باشند. در ادامه، مقادیری آب به این مخلوط اضافه می شود و در نتیجه، گیپسوم از طریق فرآیند فیلتراسیون، حذف می گردد. ترکیبات فلوئور نیز در ادامه این مراحل تحت عملیات تبخیر از محیط واکنش خارجی می شوند.

اگر این فرآیندها در مراحلی رخ می دهند که شامل ترکیب کلسیم دی هیدروژن فسفات است اما برخی ترکیبات دیگر نیز در واکنش تولید می شوند؛ اسید فسفریک، سولفات کلسیم و فلوئورید کلسیم، نمونه ای از این مواد هستند.

فرآیند تر (Wet Process) برای تولید اسید فسفریک اگرچه یک محصولی را تولید می کند که درصد خلوص پایینی دارد اما همین ترکیب برای برخی از کاربردهای صنعتی مفید است و نیازی به خالص سازی مجدد ندارد. کودهای فسفاته، مهم ترین محصولاتی هستند که از این نوع اسید تهیه می شوند.

در روش حرارتی برای تولید اسید فسفریک، دو ماده اصلی، هوا و فسفر به عنوان مواد اولیه به کار می روند. نتیجه این واکنش، ترکیبی از اکسید فسفر با نام شیمیایی پنتا اکسید دی فسفر است. این واکنش ها در کوره و در دمای حدود 1800 تا 3000 درجه کلوین انجام می گیرند. فسفر باید به صورت اسپری به داخل کوره تزریق شود تا در اثر دمای زیاد و تماس با هوا، بسوزد.

محصول کوره های فوق، مستقیماً به برج هیدراتاسیون، جایی که اسید فسفر در فرآیند بازیابی اسید فسفریک جذب می شود، انتقال می یابد. متناوباً فسفر در هوای خشک می سوزد. پنتا اکسید فسفر به صورت پودر جامد سفید رنگ، متراکم شده و به طور مجزا برای ترکیب با آب و تولید اسید فسفریک به مصرف می رسد.

فرآیندهای حرارتی برای تولید اسید فسفریک به شدت دارای شرایط خورنده هستند. حرارتی که در این واکنش ها وجود دارد می تواند بازیابی شده و مجدداً در کوره به مصرف برسد. برای کاهش اثرات خوردگی ناشی از واکنش های تولید اسید، اطراف برج کوره یا مشعل ها را با سیستم های خنک کننده می پوشانند تا میزان خوردگی به حداقل خود برسد. اسید فسفریک تولید شده به این روش دارای خلوص 85% است.