طرق تحضير حمض الفوسفوريك

حمض الفوسفوريك (H3PO4) هو مركب غير عضوي، يوجد بحالتين، إما بحالة صلبة على شكل بلورة بيضاء في درجة حرارة الغرفة، أو على شكل محلول مائي، عديم اللون ولزج وغير متطاير، وليس له رائحة مميزة، وهذه الحالة الأكثر شيوعًا.[١][٢][٣]


ويتم تحضير حمض الفوسفوريك بطريقتين رئيسيتين: العملية الرطبة، والعملية الجافة، حيث تعتبر العملية الرطبة أكثر الطرق شيوعًا، وفيها يتم تصنيع الحمض المستخدم في إنتاج الأسمدة الفوسفاتية (DAP، MAP، SPA)، أما حمض الفوسفوريك الناتج عن العملية الجافة، فيتميز بدرجة نقاء أعلى من نظيره في العملية الرطبة، ويستخدم في تصنيع المواد الكيميائية عالية الجودة، والمستحضرات الصيدلانية، والمنظفات، والمنتجات الغذائية، وغيرها من المنتجات غير الأسمدة.[١][٢][٣]


وتتضمن العملية الرطبة في تصنيع حمض الفوسفوريك استخدام حمض الكبريتيك لمعالجة خامات الفوسفات، بينما تستخدم العملية الجافة فحم الكوك لتقليل خام الفوسفات في فرن كهربائي.[١][٢][٣]


العملية الرطبة

تستخدم العملية الرطبة حمض الكبريتيك لمعالجة خامات الفوسفات التي تحتوي على معادن مثل هيدروكسيباتيت الكالسيوم وفلوراباتيت، كما هو موضح في المعادلات الكيميائية المتوازنة أدناه:[١][٢][٣]


Ca5 (PO4) 3OH + 5 H2SO4 → 3 H3PO4 + 5 CaSO4 + H2O

Ca5 (PO4) 3F + 5 H2SO4 → 3 H3PO4 + 5 CaSO4 + HF


وبالنظر إلى المعادلات أعلاه، ستُنتج التفاعلات كبريتات الكالسيوم (أو الجبس) وغاز فلوريد الهيدروجين كمركبات ثانوية غير مرغوب فيها، ولذلك يتم إزالة الجبس على شكل جبس فوسفوري، ويتدفق فلوريد الهيدروجين إلى جهاز تنقية الغاز الرطب حيث يتفاعل مع الماء لتكوين حمض الهيدروفلوريك.[١][٢][٣]


ولا تنتج العملية الرطبة عادةً حمض الفوسفوريك عالي التركيز، حيث يترواح التركيز النموذجي للحمض الناتج بين 32% و46%، بالإضافة إلى ذلك يحتوي الحمض الناتج على حوالي 23% - 33% من خامس أكسيد الفوسفور (P2O5)، ومع ذلك، يمكن تركيز المحلول بشكل أكبر ليصل إلى تركيز 75% - 85%، كما يمكن أيضًا إزالة الشوائب، مثل الزرنيخ والمواد السامة الأخرى منه.[١][٢][٣]


العملية الجافة

تُعرف العملية الجافة أيضًا باسم العملية الحرارية، وتنتج حمض فوسفوريك المستخدم في عمليات صنع الغذاء من خلال تفاعل اختزال خام الفوسفات باستخدام فحم الكوك في فرن كهربائي، حيث يرش الفوسفور في الفرن، ويحترق عند حوالي 1500-2700 درجة مئوية، وفي بعض العمليات، يمكن أيضًا إضافة البخار لإنشاء طبقة رقيقة من حمض البولي فوسفوريك المكثف، حيث تساعد هذه الطبقة على حماية برج الموقد المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ، والذي يتم تبريده خارجيًا بالماء.[١][٢][٣]


ويمكن كتابة معادلة تفاعل احتراق الفسفور على النحو الآتي:


P4(I) + 5O2(g) → 2P2O5(g)


يمر البخار عبر برج الموقد، ثم يختلط بالفوسفور الغازي في برج الترطيب، وينتج حمض الفوسفوريك:


P2O5(g) + 3H2O(I) → 2H3PO4(I)




تنتج العملية الجافة عادةً تركيزًا أعلى من حمض الفوسفوريك، مقارنةً بالعملية الرطبة، حيث يصل مستوى نقائه إلى 85% تقريبًا.



المراجع

  1. ^ أ ب ت ث ج ح خ "How is Phosphoric Acid Made?", chemicals, Retrieved 3/4/2023. Edited.
  2. ^ أ ب ت ث ج ح خ "Wet Process Phosphoric Acid Production", vaisala, Retrieved 3/4/2023. Edited.
  3. ^ أ ب ت ث ج ح خ a wet process facility,the reaction solution by filtration. "Phosphoric acid – Manufacturing process for Phosphoric acid :", valcogroup-valves, Retrieved 3/4/2023. Edited.