بخشی از مقاله
چکیده:
اسید فسفریک دومین اسید تولیدی از لحاظ مقدار بعد از سولفوریک اسید است. عمده ترین مصرف آن در تهیه کودهای شیمیایی مانند مونو آمونیوم فسفات، دی آمونیوم فسفات وکودهای فسفاته مایع می باشد. در صنایع شیمیایی دیگر مانند تهیه مونو، دی و تری سدیم فسفات، تری پلی فسفات مونو، دی و تری کلسیم فسفات نیز به کار می رود. اسید فسفریک در مقیاس تجاری به دو روش عمده فرایند تر* - مرطوب - و فرایند حرارتی تولید میشود. اسید فسفریک حاصل از روش حرارتی،که از فسفر عنصری بدست میآید، بسیار گران و دارای ناخالصی کمتری نسبت به اسید فسفریک تولید شده از روش تر میباشد. در روش تر از سنگ معدن های فسفاته برای تولید اسید استفاده می شود.اسید فسفریک تهیه شده از روش تر در ساخت کودهای فسفاته و خوراک دام کاربرد دارد و میتوان با تصفیه، آن را مناسب گرید تکنیکال و یا غذایی نمود.
اسید فسفریک صنعتی دارای رنگ سیاه و بوی خاصی است و به علت داشتن ناخالصیهایی همچون آهن، مس، آرسنیک، جیوه و سایر یون های سمی و خطرناک به محیط زیست آسیب میرساند. اگرغلظتناخالصیها بهکمترازمقدارهایاستانداردنرسد،اینمواددرگیاهانواندامهای داموطیورتجمع یافتهوبهبدنانسان نیزواردمیشوند. در این پژوهش تصفیه اسید فسفریک صنعتی با استفاده از فرایند استخراج با حلال بررسی شده است. حلال های مورد استفاده متیل اتیل کتون - - MEK، ایزو آمیل الکل - - IAA، 2 -پروپانول، متانول، اتانول، ایزو بوتانول و نرمال بوتانول هستند، در این تحقیق کارایی این حلال ها برای بازیابی اسید و همچنین اثر نسبت حلال به خوراک روی جداسازی ناخالصی ها ارزیابی شده است.
مقدمه:
سنگ فسفات بهعنوان تنها منبع اقتصادی تامین کربنات فسفری، در توسعه بخش کشاورزی و صنعتی دارای نقش بسیار مهم و حیاتی و غیر قابل جایگزین میباشد. با توجه به نقش حیاتی این ماده در عرصه حیات، با افزایش جمعیت جهان، نیاز به آن افزایش چشمگیری یافته است. اهمیت فسفات ها و نقش آنها بعنوان کود در بخش کشاورزی در پایان سده هجدهم آشکار گردید. آشنائی با فسفات های طبیعی و شناخت قابلیت های بکارگیری آنها بعنوان کود در اوائل سده نوزدهم صورت گرفت و اولین کود فسفاتی متشکل از استخوان های پودر شده و فضولات پرندگان در همان زمان بکار برده شد. اما بکارگیری منظم و اصلی آن از حدود سال 1850 شروع و تا پایان سده نوزدهم تنها کاربرد تجاری فسفات تولید کود و کبریت بود.
اولین کانسار مورد بهره برداری، در اروپا قرار داشت که متعاقبا ذخائر عظیمی از این سنگ در ایالات متحده آمریکا، شمال افریقا و اقیانوسیه کشف و مورد بهره برداری قرار گرفتند. از آن زمان مصرف فسفات با توجه به نقش آن در ادامه حیات روز به روز افزایش یافته و زمینه های بکارگیری آن متنوع گردید. بطوریکه امروزه فسفات در زنجیره گسترده ای از صنعت و کشاورزی بکار میرود . همانطوری که اشاره شد سنگهای فسفاتی تنها منبع تامین فسفر و ترکیبات آن محسوب می شوند و برای تولید ترکیبات مختلف فسفر دار در صنایع گوناگون ضروریست، این عنصر از سنگ های فسفاتی استحصال می شود. برای این کار از دو روش استفاده میگردد:
-1روش حرارتی که در آن سنگهای فسفاتی را تحت تاثیر عامل حرارت قرار داده فسفر آنها بصورت گاز متصاعد شده و سپس آن را به صورت فسفر عنصری بازیابی میکنند.
-2روش مرطوب که در آن سنگهای فسفاتی را تحت تاثیر اسیدسولفوریک، اسید نیتریک و یا اسید کلریدریک قرار داده و فسفر آنها بصورت اسید فسفریک بازیابی میشود.
پس از سولفوریک اسید، فسفریک اسید دومین اسید تولیدی در جهان است. این اسید به عنوان ماده اولیه در تولید مواد پاک کننده، فراورده های غذایی، مواد دارویی، مکمل غذای دام و طیور، کود شیمیایی و تولید برخی از سموم استفاده می شود. فسفریک اسید به دو روش حرارتی - - thermal و مرطوب - - wet تولید می شود. در روش حرارتی از فسفر خالص به عنوان ماده اولیه استفاده می شود. غلظت اسید فسفریک تولید شده از فرایند حرارتی به طور معمول در محدوده 75 تا 85 درصد است. فراورده ی تولید شده از این روش دارای خلوص بالا بوده و به علت گران بودن تنها در تولید مواد پاک کننده، صنایع دارویی و غذایی استفاده می شود.
بیش از %90 فسفریک اسید تولیدی در جهان با روش مرطوب واکنش مستقیم سنگ فسفات با سولفوریک اسید تولید می شود .[3-1] Ca3 - PO4 - + 3H2SO4 2+3PO4 + 3CaSO4 در این روش نا خالصی های کادمیم، آهن، منیزیم، سرب، فلوئور و اورانیوم موجود در سنگ نیز با اسید واکنش داده و به صورت ناخالصی وارد فسفریک اسید می شوند. به فسفریک اسید تولید شده با روش مرطوب، فسفریک اسید صنعتی نیز گفته می شود.
این اسید برای تولید کودهای شیمیایی - مانند دی آمونیم فسفات - و مکمل غذایی دام و طیور - مانند دی کلسیم فسفات - استفاده می شود. اگر غلظت ناخالصی ها به کمتر از مقدارهای استاندارد نرسد، این مواد در گیاهان و گوشت دام و طیور جمع شده و پس از مصرف به بدن انسان وارد می شوند. در نتیجه کاهش غلظت ناخالصی های سمی مانند منیزیم، فلوئور، سرب و کادمیم ضروری است. به عنوان مثال، مقدار استاندارد ناخالصی های موجود در فسفریک اسید مصرفی در تولید کودهای شیمیایی به ترتیب برای یون فلوئور حداکثر 1000 ppm، برای کادمیم و سرب حداکثر 5 ppm و برای Mg نیز حداکثر 100 ppm است. اسید فسفریک دارای محدوده وسیعی از کاربردها است. در صنعت به دو صورت صنعتی و خوراکی موجود می باشد.
اسید فسفریک صنعتی: اسید فسفریک صنعتی جهت تولید کود های شیمیایی دی آمونیوم فسفات مورد استفاده قرار می گیرد که به نسبت یک به یک در تولید استفاده می شود. همچنین در تولید کودهای شیمیایی دیگری به نام تریپل سوپر فسفات که از درصد P2O5 بالاتری برخوردار است نیز استفاده می گردد. این کود به لحاظ دارا بودن P2O5 بیشتر و مزایای دیگر آن نسبت به دی آمونیوم فسفات ارجحیت بیشتری دارد.
این اسید با درجه خلوص در حد گرید صنعتی و دارای ناخالصی های کمتری است که از تصفیه ناقص اسید فسفریک خام بدست می آید. این اسید در صنایعی از قبیل تولید فسفاته کننده ها، رنگبرها و چربی زداها، صنایع تولید ظروف تفلونی، صنایع نساجی صنایع تولید مکمل های غذایی خوراک دام و طیور، صنایع تولید املاح فسفاته، شوینده های بهداشتی و سدیم تری پلی فسفات مصرف دارد. مورد مصرف اسید فسفریک صنعتی در صنایع نساجی بعنوان ماده کمکی و افزونی در تهیه کاتالیزورها و ساخت آنتی استاتیکها ویژه - ضد جرقه - نساجی است.
همچنین در تولید ظروف تفلون جهت پاکسازی آلودگی های نفت، پارافین و چربی از روی سطح آلومینیم نورد شده و چسبیدن بهتر تفلون به سطح آن مورد استفاده قرار می گیرد. اسید فسفریک صنعتی در تولید مونو و دی فسفات کلسیم بعنوان مکمل خوراک دام و طیور و نیز خمیر دندان مورد استفاده قرار می گیرد. از دیگر موارد مصرف اسید فسفریک در تولید مونوفلوئوروفسفات - ماده اولیه خمیر دندان و تامین کننده فلورید - فسفات روی - ماده اولیه فسفات کننده ها و رنگدانه های رنگسازی - می باشد.
اسید فسفریک خوراکی:
اسید فسفریک خوراکی که فاقد هرگونه اثرات زیان آور بر روی سلامت موجودات زنده است در صنایع غذایی مانند روغن نباتی، نوشابه و بکینگ پودر مصرف دارد. شایان ذکر است که در بسیاری از موارد مصرف قید شده در مورد اسید فسفریک صنعتی به لحاظ عدم خلوص و دارا بودن برخی عناصر مزاحم سعی می گردد از اسید فسفریک خوراکی که دارای خلوص بالاتری است استفاده شود.[4] در صنایع روغن نباتی اسید فسفریک برای تصفیه و جداسازی صمغ های موجود در روغن خام به میزان 0/15 درصد ودر صنایع تولید عصاره نوشابه که قلم عمده مورد مصرف در نوشابه می باشد بعنوان طمع دهنده و تعدیل کننده طعم و نگهدارنده به میزان 0/019 درصد مورد استفاده قرار می گیرد.[5]
استخراج با حلال روش بسیار متداول برای حذف اکثر ناخالصیها از اسید فسفریک، استخراج با حلال آلی است. در این روش حلالی که کاملا یا تا حدودی امتزاجناپذیر با آب میباشد، طی چندین مرحله با اسید فسفریک مخلوط شده و آن را در خود حل می-کند. بدین ترتیب اکثر ناخالصیها با باقی ماندن در فاز آبی از اسید جدا میشوند شرکت MEAB از فرایند SAEC که مبتنی بر استخراج با حلال است برای تبدیل اسید فسفریک سبز به اسید خوراکی استفاده میکند .[6] Kijkowska و همکارانش [7] روشی را برای تصفیه اسید فسفریک عاری شده از مواد آلی ارائه دادهاند که در آن اسید ناخالص تغلیظ شده %77 - وزنی - مورد تصفیه قرار میگیرد.
