اسید فسفریک

 اسيد فسفريک در مقياس تجاري به دو روش عمده (Wet Process)  و حرارتي (Thermal Process) توليد مي‌شود. اسيد فسفريک حاصل از روش حرارتي،که از فسفر عنصري بدست می‌آید، بسيار گران و داراي ناخالصي کمتري نسبت به اسيد فسفريک تولید شده از روش تر می‌باشد.

اسيد فسفريک تهيه شده از روش تر در ساخت کودهاي فسفاته و خوراک دام کاربرد دارد و مي‌توان با تصفيه، آن را مناسب گريد تکنيکال و يا غذايي نمود.
الف - روش حرارتي
در توليد اسيد فسفريک به روش حرارتي، فسفر عنصري در مجاورت هواي اضافي سوخته، سپس اکسيد فسفر حاصله هيدراته شده و پس از جذب گرماي نهان سوخت و هيدراتاسيون، غبارات اسيد فسفريک حاصله جمع‌آوري مي‌گردد. غلظت اسيد فسفريک حاصله تابع ميزان آب مصرفي و قدرت خنک کنندگي سيستم مي‌باشد. در روش‌هاي مختلف توليد با فرايند حرارتي با مسايلي از قبيل دماي بسيار بالا در محفظه احتراق، اکتيويته بالاي اکسيد فسفر داغ، خورنگي شديد اسيد فسفريک گرم و جمع‌آوري غبارات ريز اسيد فسفريک روبرو مي‌باشیم.فرايندهاي اصلي در روش حرارتي براساس نوع خنک کردن محفظه احتراق عبارتند از:1- ديواره خيس  (Wetted Wall)2-ديواره آبگرد  (Water Cooled)3-ديواره خنک شونده با هوا  (Air Cooled)در واحدهاي با ديواره خيس، بر روي ديواره محفظه احتراق که به شکل سيلندر بلند مخروطي شکل مي‌باشد، جرياني از اسيد سرد شده به طرف پايين وجود دارد که موجب حفاظت ديواره مي‌گردد. فسفر بوسيله هواي فشرده يا بخار اتميزه شده و پس از پاشيده شدن در بالاي محفظه در حضور هواي اضافي تأمين شده توسط فن، سوزانده مي‌شود. در اينگونه واحدها ميزان هواي اضافه معمولاً بين 25 تا 50% است تا حجم گازهاي ايجاد شده در محفظه احتراق در دماي بالاتر از2000 °C  در حجم معيني باشد. جنس محفظه احتراق از مواد ديرگداز يا SS316 مي‌باشد. در اين فرايند جذب فسفر بسيار سريع بطوري که 95% آن بوسيله جريان برگشتي جذب مي‌گردد. در اين فرايند فسفر بايد بخوبي اتميزه شده و حجم هواي مورد نياز براي سوختن، هواي اضافي و فسفر ورودي بايد به دقت کنترل گردد تا از شکل گيري ساير اکسيدهاي فسفر با اکسايش پايينتر جلوگيري گردد.مشخصه واحدهاي خنک شونده توسط هوا، محفظه‌هاي احتراق بسيار بزرگ نسوز چيني شده مي‌باشد که حرارت بوسيله تشعشع و جابجايي از آن خارج مي‌گردد. جنس نسوزهاي بکار برده شده گرافيتي و يا آلومينايي بوده و بخاطر انتقال حرارت کمتر آلومينا، محفظه‌هاي آلومينايي در دماي پايينتري کار مي‌کنند. تا زماني که دماي گازهاي خروجي و نسوزهاي بکار رفته بالاتر از نقطه شبنم اسيد فسفريک آزوتروپيک(92%P2O5)  باشد، خوردگي اتفاق نمي‌افتد. درصد هواي اضافي معمولاً بين 200 – 1% و دماي شعله 1700 – 1000 °Cاست. گازهاي گرم ناشي از احتراق در محفظه اي به نام هيدراتور با اسپري کردن آب، سرد و حل مي‌گردند. لايه جاذبي از کربن يا رينگ‌هاي گرافيتي در بالاي هيدراتور وجود دارد تا حداکثر جذب P4O10 انجام شده و گازها تا دماي 100°Cخنک شوند. اسيد رقيق حاصله از غبارات روي اين بستر پاشيده شده و اسيد فسفريک 85 – 75% از هيدراتور خارج مي‌گردد. از آنجا که حلاليت P2O5در اسيدهاي غليظ بسيار سريع‌تر از آب است، در هيدراتور، گازهای خروجي ابتدا با اسيد غليظ تماس داده شده و سپس در مراحل بعدي با اسيد رقيق و نهايتاً با آب شستشو می‌گردد.

ب- روش تر

دراین روش، از اثر اسيد سولفوريک بر سنگ فسفات، اسيد فسفريک و گچ بدست می‌آیدکه پس از فيلتراسيون و تغليظ اسيد فسفريک حاصل مي‌گردد.
در مرحله اول اسيد فسفريك با آپاتيت واكنش داده و در نتيجه مونوكلسيم فسفات تشكيل مي‌گردد. در مرحله بعد مونوكلسيم فسفات با اسيد سولفوريك تركيب شده و اسيد فسفريك و سولفات كلسيم توليد مي‌گردد. اين دو واكنش لزوماً به دو رآكتور جداگانه نياز نداشته و در يك رآكتور قابل انجام می‌باشد.سنگ فسفات شامل ناخالصي‌هاي گوناگون در ساختار آپاتيت و همچنين ديگر مواد معدني مي‌باشد. اين ناخالصي‌ها باعث انجام واكنش‌هاي جانبي گوناگوني مي‌گردند.

که در ذيل مزايا و معايب هر روش آمده است. شکل هيدرات اساساً با دو پارامتر دما و غلظت اسيد فسفريک و اسيد سولفوريک در فاز مايع تعيين مي‌گردد.

مزاياي توليد اسيد فسفريك بروش خشك عبارتند از:
- خلوص بالا
- شفافيت زياد
- موارد مصرف فراوان
- قابليت استفاده از سنگهاي كم عيار با منشاء رسوبي
- قابليت توليد فسفر سفيد به منظور استفاده در توليد سموم كشاورزي و افزودني‌هاي روغن

ليكن مزاياي توليد بروش تر عبارتند از:
- قيمت تمام‌شده پايين‌تر
- استفاده از اسيد سولفوريك توليدي در كشور
- قابليت توليد در مقياسهاي بسيار بالا
- هزينه سرمايه‌گذاري پايين
اگرچه خلوص اسيد توليدي در فرايند خشك بيشتر است معهذا قيمت اسيد توليدي در روش تر کم تر از روش خشك می‌باشد و همچنين سرمايه مورد نياز براي ساخت كارخانه اسيد فسفريك از نوع فرايند تر به مراتب پايين‌تر است. بنابراين با توجه به عدم نياز به خلوص بالا جهت توليد كود TSP و نيز عدم نياز اين طرح به واحد تغليظ اسيد فسفريك، لذا استفاده از فرايند روش تر و توليد اسيد فسفريك بصورت محلول رقيق بسيار اقتصادي‌تر است.