Фосфорная кислота

А не с др. фосфат-анионами. В р-рах фосфорной имеет место обмен между группами PO 4 и .

H 3 PO 4 - сильная к-та, K 1 7,1·10 -3 (рК а 2,12), K 2 6,2·10 -8 (рК а 7,20), K 3 5,0·10 -13 (рК а 12,32); значения K 1 и K 2 зависят от т-ры. по первой ступени экзотермична, по второй и третьей - эндотермична. системы H 3 PO 4 - H 2 O приведена на рис. 2. Максимум кривой - при т-ре 302,4 К и содержании H 3 PO 4 91,6% (твердая фаза - гемигидрат). В табл. приведены св-ва р-ров фосфорной .

ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДНЫХ H 3 PO 4

Ф осфорная при нормальных условиях малоактивна и реагирует лишь с , и нек-рыми . При этом образуются одно-, двух- и трехзамещенные (см. ). При нагр. выше 80 0 C реагирует даже с неактивными , и . При повышенных т-рах фосфорная кислота- слабый для . При действии на металлич. пов-сть р-ром фосфорной с Zn или Mn образуется (фосфатирование). Фосфорная при нагр. теряет с образованием последовательно пиро- и метафосфорных к-т:

Фосфолеум (жидкий , суперфосфорная к-та) включает к-ты, содержащие от 72,4 до 88,6% P 2 O 5 , и представляет собой равновесную систему, состоящую из орто-, пиро-, Триполи-, тетраполи- и др. фосфорных к-т (см. ). При разбавлении суперфосфорной к-ты выделяется значит. кол-во тепла, и полифосфорные к-ты быстро переходят в ортофосфорную.

От др. фосфорных к-т H 3 PO 4 можно отличить по р-ции с AgNO 3 - выпадает желтый осадок Ag 3 PO 4 . Остальные фосфорные к-ты образуют белые осадки.

Получение. Фосфорную в лаб. условиях легко получить 32%-ным р-ром азотной к-ты:

В пром-сти фосфорную получают термическим и экстракционным способами.

Термич. способ (позволяет производить наиб. чистую фосфорную ) включает осн. стадии: сжигание () элементного в избытке , и полученного P 4 O 10 (см. ), фосфорной и улавливание тумана из газовой фазы. Существуют два способа получения P 4 O 10: P (в пром-сти используют редко) и жидкого P в виде капель или пленки. P в пром. условиях определяется т-рой в зоне , компонентов и др. факторами. Вторую стадию получения термич. фосфорной кислоты- P 4 O 10 - осуществляют к-той () либо взаи-мод. P 4 O 10 с . (P 4 O 10 + 6H 2 O 4H 3 PO 4) протекает через стадии образования полифосфорных к-т. Состав и образующихся продуктов зависят от т-ры и парциального .

Все стадии процесса м. б. совмещены в одном аппарате, кроме улавливания тумана, к-рое всегда производят в отдельном аппарате. В пром-сти обычно используют схемы из двух или трех осн. аппаратов. В зависимости от принципа охлаждения существуют три способа произ-ва термич. фосфорной : испарительный, циркуляционно-испарительный, теплообмен-но-испарительный. Испарит. системы, основанные на отводе теплоты при или разб. фосфорной , наиб. просты в аппаратурном оформлении. Однако из-за относительно большого объема отходящих использование таких систем целесообразно лишь в установках небольшой единичной мощности.

Циркуляционно-испарит. системы позволяют совместить в одном аппарате стадии сжигания P, охлаждения газовой фазы циркулирующей к-той и P 4 O 10 . Недостаток схемы - необходимость охлаждения больших объемов к-ты. Теплообменно-испарит. системы совмещают два способа отвода теплоты: через стенку башен сжигания и охлаждения, а также путем из газовой фазы; существенное преимущество системы - отсутствие контуров циркуляции к-ты с насосно-холодильным оборудованием.

На отечеств. предприятиях эксплуатируют технол. схемы с циркуляционно-испарит. способом охлаждения (двухбашен-ная система). Отличит. особенности схемы: наличие допол нит. башни для охлаждения , использование в циркуляционных контурах эффективных пластинчатых ; применение высокопроизводит. форсунки для сжигания P, обеспечивающей однородное тонкодисперсное распыление струи жидкого P и полное его сгорание без образования низших .

Технол. схема установки мощностью 60 тыс. т в год 100%-ной H 3 PO 4 приведена на рис. 3. Расплавленный желтый распыляется нагретым под до 700 кПа через форсунку в башне сжигания, орошаемой циркулирующей к-той. Нагретая в башне к-та охлаждается оборотной в пластинчатых . Продукционная к-та, содержащая 73-75% H 3 PO 4 , отводится из контура циркуляции на склад. Дополнит, охлаждение из башни сжигания и к-ты производят в башне охлаждения (), что снижает послед, температурную нагрузку на электрофильтр и способствует эффективной . Отвод теплоты в башне осуществляется циркулирующей 50%-ной H 3 PO 4 , охлаждаемой в пластинчатых . из башни после очистки от тумана H 3 PO 4 в пластинчатом электрофильтре выбрасываются в . На 1 т 100%-ной H 3 PO 4 расходуется 320 кг P.

Рис. 3. Циркуляционная двухбашенная схема произ-ва термич. H 3 PO 4: 1 - сборник кислой ; 2 - хранилище ; 3,9 - циркуляционные сборники; 4,10 - по-гружные ; 5,11 - пластинчатые ; 6 - башня сжигания; 7 - фосфорная форсунка; 8 -башня ; 12 - электрофильтр; 13 - вентилятор.

Более экономичный экстракционный метод получения фосфорной основан на разложении прир. к-тами (в осн. серной, в меньшей степени азотной и незначительно соляной). Фосфорнокислые р-ры, полученные разложением азотной к-той, перерабатывают в комплексные , разложением соляной к-той - в .

Сернокислотное разложение фосфатного сырья [в странах СНГ гл. обр. хибинского апатитового концентрата (см. )и Каратау] - осн. метод получения экстракционной фосфорной , применяемой для произ-ва конц. фосфорных и комплексных . Суть метода - извлечение () P 4 O 10 (обычно используют ф-лу P 2 O 5) в виде H 3 PO 4 . По этому методу прир. обрабатывают H 2 SO 4 с послед, полученной пульпы для отделения фосфорной от осадка Ca. Часть выделенного осн. фильтрата, а также весь фильтрат, полученный при на , возвращают в процесс (р-р разбавления) для обеспечения достаточной подвижности пульпы при ее и транспортировке. Массовое соотношение между жидкой и твердой фазами от 1,7:1 до 3,0:1.

Прир. разлагаются по схеме:

Разложению к-тами подвергаются также сопутствующие примеси: , сидерит, глауконит, и др. . Это приводит к увеличению расхода используемой к-ты, а также снижает извлечение P 2 O 5 в целевой продукт вследствие образования нерастворимых FeH 3 (PO 4) 2 · 2,5H 2 O при P 2 O 5 выше 40% (содержание P 4 O 10 обычно дается в пересчете на P 2 O 5) и FePO 4 · 2H 2 O - при более низких . Выделяю щийся при разложении СО 2 образует в стойкую ; р-римые Mg, Fe и Al снижают фосфорной , а также уменьшают содержание усвояемых форм P 2 O 5 в при послед. переработке фосфорной .

С учетом влияния примесей определены требования к фосфатному сырью, согласно к-рым прир. с повышенным содержанием соед. Fe, Al, Mg, и орг. в-в непригодны для произ-ва фосфорной .

В зависимости от т-ры и фосфорной в системе CaSO 4 -H 3 PO 4 -H 2 O Ca осаждается в виде дигидрата (), гемигидрата или ангидрита. В реальных условиях осадок загрязнен примесями P 2 O 5 в виде неразложенных прир. , недоотмытой H 3 PO 4 , сокристаллизованных разл. и др., поэтому образующиеся Ca наз. соотв. фосфогипс, фосфогемигидрат и фосфо-ангидрит. В зависимости от типа осаждаемого различают три прямых способа произ-ва экстракционной фосфорной : дигидратный, полугидратный (гемигидратный) и ангидрит-ный, а также комбинированные: полугидратно-дигидратный и дигидратно-полугидратный.

В СНГ наиб. отработан в пром-сти дигидратный способ, к-рый отличается высоким выходом P 2 O 5 (93-96,5%) в продукционную к-ту; однако относительно низ кая фосфорной требует ее послед. упаривания. Осн. стадии процесса: с внеш. или внутр. циркуляцией и вакуумным или воздушным охлаждением экстракционной пульпы, дозревание пульпы после , отделение фосфорной на наливных . Эффективность процесса определяют в осн. P 2 O 5 и пульпы. Аппаратурное оформление должно обеспечить полноту разложения сырья и Ca в условиях миним. пересыщения им жидкой фазы. Оптим. форма и размеры