Способы получения фосфорной кислоты
Существуют следующие способы получения фосфорной кислоты:
· Термический способ получения ортофосфорной кислоты.
Термический метод заключается в высокотемпературном восстановлении фосфатов и возгонке в электрических печах элементарного фосфора в присутствии углерода и кремнезема. Полученный фосфор окисляют до фосфорного ангидрида, а затем последний гидратируют водой; в результате образуется ортофосфорная кислота.
Далее, осуществляют конденсацию Н3РО4 и улавливание тумана из газовой фазы. По принципу охлаждения газов процессы получения фосфатов на основе элементарного фосфора могут быть классифицированы на системы с изменением агрегатного состояния хладагента и системы без изменения агрегатного состояния хладагента. Хладагентами в любом случае являются вода или фосфорная кислота
В системах с изменением агрегатного состояния в качестве хладагента чаще всего используют воду, которая, испаряясь, охлаждает газы. Фосфор сжигают в камере, а охлаждение газов происходит за счет испарения воды. Стрелкой показан процесс передачи теплоты Q. Системы без изменения агрегатного состояния хладагента относятся к I и II типам.
Главное преимущество термического способа, по сравнению с экстракционным, заключается в возможности переработки любых видов сырья, в том числе и низкокачественных фосфоритов, и получение кислоты высокой чистоты.
· Экстракционный способ получения фосфорной кислоты
|
|
|
Кислотный метод основан на вытеснении сильными кислотами фосфорной кислоты из фосфатов. Наибольшее распространение на практике нашел метод сернокислотной экстракции основные стадии производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК).
Основными преимуществами экстракционного процесса является его простота и возможность производства более дешевой Н3РО4. Недостаток - получаемая ЭФК загрязнена примесью полуторных оксидов (Al2O3, Fe2O3), соединениями фтора и СаSO4.
Сырье для производства фосфорной кислоты
В природе известно более 120 минералов. Наиболее распространены и имеют промышленное значение минералы апатитовой группы - фторапатит Ca10F2(PO4)6, гидрокисдапатит Ca10(PO4)6(OH)2, хлорапатит.
К фосфатам группы апатита относятся минералы с общей формулой Ca10R2(PO4)6, где R - F, Cl, OH.
Некоторая часть Са в апатитах замещена Sr, Ba, Mg, Mn, Fe и трехвалентными редкоземельными элементами в сочетании со щелочными металлами.
Мощность пластов достигает 200 м. Минералы, входящие в руду отличаются по физико-химическим и флотационным свойствам, что позволяет при флотации обогащать полученный концентрат с содержанием целевого продукта 92-93%.
Чистый кальций-фторапатит содержит: 42,22% Р2О5; 55,6% СаО, 3,76% - F.
|
|
|
По происхождению фосфаты бывают магматические и осадочные. Магматические, или собственно апатитовые породы образовались либо при непосредственном застывании расплавленной магмы, либо в отдельных жилах в процессе кристаллизации магматического расплава (гематитовые жилы), либо при выделении из горячих водных растворов (гидротермальные образования), либо при взаимодействии магмы с известняком (контактовые).
Апатитовые породы имеют зернистую крупнокристаллическую структуру и характеризуются отсутствием полидисперсности и микропористости.
Осадочные фосфаты - фосфориты. Они образовались в результате выветривания горных пород, взаимодействия с другими горными породами - и отложения их как в рассеянном состоянии, так и с образованием крупных скоплений.
Фосфоритные руды отличаются от апатитовых высокой дисперсностью содержащихся в них фосфатных минералов и тесным срастанием их с сопутствующими минералами (примесями) Фосфориты быстрее растворяются в кислотах, чем апатиты.
Крупнейшие в мире месторождение апатита находится в Хабинской тундре на Кольском полуострове. Мощность пластов достигает 200 м.
Сферы применения фосфорной кислоты
|
|
|
Применяют ортофосфорную кислоту в настоящее время довольно широко. Основным ее потребителем служит производство фосфорных и комбинированных удобрений. Для этих целей ежегодно добывается во всем мире фосфоросодержащей руды около 100 млн. т. Фосфорные удобрения не только способствуют повышению урожайности различных сельскохозяйственных культур, но и придают растениям зимостойкость и устойчивость к другим неблагоприятным климатическим условиям, создают условия для более быстрого созревания урожая в районах с коротким вегетативным периодом. Они также благоприятно действуют на почву, способствуя ее структуированию, развитию почвенных бактерий, изменению растворимости других содержащихся в почве веществ и подавлению некоторых образующихся вредных органических веществ.
Немало ортофосфорной кислоты потребляет пищевая промышленность. Дело в том, что на вкус разбавленная ортофосфорная кислота очень приятна и небольшие ее добавки в мармелады, лимонады и сиропы заметно улучшают их вкусовые качества. Этим же свойством обладают и некоторые соли фосфорной кислоты. Гидрофосфаты кальция, например, с давних пор входят в хлебопекарные порошки, улучшая вкус булочек и хлеба.
|
|
|
Интересны и другие применения ортофосфорной кислоты в промышленности. Например, было замечено, что пропитка древесины самой кислотой и ее солями делают дерево негорючим. На этой основе сейчас производят огнезащитные краски, негорючие фосфодревесные плиты, негорючий фосфатный пенопласт и другие строительные материалы.
Различные соли фосфорной кислоты широко применяют во многих отраслях промышленности, в строительстве, разных областях техники, в коммунальном хозяйстве и быту, для защиты от радиации, для умягчения воды, борьбы с котельной накипью и изготовления различных моющих средств.
Фосфорная кислота, конденсированные кислоты и дегидротированные фосфаты служат катализаторами в процессах дегидратирования, алкилирования и полимеризации углеводородов.
Особое место занимают фосфорорганические соединения как экстрагенты, пластификаторы, смазочные вещества, присадки к пороху и абсорбенты в холодильных установках. Соли кислых алкилфосфатов используют как поверхностно-активные вещества, антифризы, специальные удобрения, антикоагулянты латекса и др. Кислые алкилфосфаты применяют для экстракционной переработки урановорудных щелоков.
Ортофосфорная кислота применяется для протравливания (снятия смазанного слоя) эмали и дентина перед пломбированием зубов. При применении адгезивных материалов 2-го и 3-го поколений требуется протравливание эмали зуба кислотой с последующим промыванием и просушиванием. Кроме дополнительных временных затрат на проведение, данные этапы несут в себе опасность возникновения различных ошибок и осложнений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Было проведено изучение и систематизация всевозможных характеристик фосфорной кислоты и фосфатов. Были рассмотрены и характеризированы все области применения данной кислоты. Рассмотрены способы получения в промышленности и лаборатории. В результате проведённого синтеза все закономерности были изучены практически, а теоретические знания систематизированы. Тематика, избранная для рассмотрения, была раскрыта, что позволяет, опираясь на отображённый в работе теоретический материал и подтверждающий материал практического исследования проводить новые, более глубокие исследования фосфорной кислоты и её солей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кислотные методы переработки фосфатного сырья / Е.Л. Яхонтова, И.А. Петропавловский, В.Ф. Кармышов, И.А. Спиридонова. - М.: Химия, 1988. - 288с.
2. Шуб Б.И. Перспективы развития полугидратного процесса получения экстракционной фосфорной кислоты / Б.И. Шуб, Э.В. Хлебодарова // Химическая промышленность. - 1999. - №11. - с. 41-43.
3. Большая советская энциклопедия / под ред. А.Н. Прохорова. - М.: Советская энциклопедия, 1976. - т. 23.
4. Копылев В.Н. Технология экстракционной фосфорной кислоты / В.Н. Копылев. - М.: Химия, 1981. - 224с.
5.Давыдова А. В. Характеристика адгезивных систем// Материалы научно-практической конференции «Новые технологии в стоматологии».- Ростов на Дону, 2004.-С.45-46
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 1199; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!