روش های خالص سازی اسید فسفریک

اسید فسفریک  و نمکهای آن در تهیه تعداد زیادی از مواد که در زندگی روزمره با آنها سرو کار داریم به کار می رود. بیشترین مقدار اسید فسفریک تولید جهان در صنایع کود شیمیایی فسفاته مصرف می شود و مقدار کمی نیز که معمولا با فرایند حرارتی تولید می شود در سایر موارد کاربرد دارد. از جمله کاربردهای دیگر این ماده در تولید نمک های فسفاته، عمل آوری فلزات، نسوزها، پودرهای آشپزی، کاتالیزورها، نوشابه های کربنات دار، مواد پاک کننده، روغن های خوراکی و دارویی را می توان نام برد.

به طور کلی از مقدار فسفر تولید شده در جهان مقدار 45% در صنایع پاک کننده و بهداشتی، 15 % در غذاها و نوشابه ها و 10% در عمل آوری فلزات استفاده و بقیه در صنایع کود شیمیایی مصرف می شود.

فسفر دوازدهمین عنصر از نظر فراوانی در پوسته زمین است و به طور عمده در سنگ های رسوبی و کمتر در سنگ های آذرین وجود دارد. عمده ترین منبع تولید فسفر و ترکیبات فسفر دار، از جمله اسید فسفریک سنگ معدن فسفات است که به صورت آپاتیت و فلوئور آپاتیت یافت می شود. معمول ترین روش تولید اسید فسفریک در جهان فرایند  تر است. اما چون اسید فسفریک تولید شده با فرایند تر که منشا آن سنگ معدن فسفات بوده بسیار ناخالص بوده نیازمند خالص سازی است. لذا مساله اساسی در صنعت خالص سازی اسید فسفریک تولید شده است. برای خالص سازی اسید فسفریک به روش تر در صنعت به شکل زیر عمل میکنند.

اسید فسفریک تولید شده در فرایند تر که معمولترین روش تولید آن در جهان است بسیار ناخالص بوده و منشا آن سنگ فسفات معدنی است. سنگ معدن فسفات برای تولید اسید فسفریک خوراکی اهمیت ویژه ای دارد. غلظت بالا و دمای پایین باعث می شود که تبلور اسید فرایند تر مشکل باشد لذا برای خالص سازی این اسید می توان روشهای گوناگونی به کار برد. یکی از این روشها که معمولا استفاده می شود در این مقاله بررسی می شود، شامل لخته سازی، شفاف سازی، رنگبری با زغال، رسوبگیری با سولفات، صاف کردن های پی در پی، استخراج حلال و مبادله یون برای تولید اسید فسفریک خالص است. حذف فلوئور با گرم کردن در شرایط ویژه در اتوکلاو ، رسوب دادن به شکل فلویورید کلسیم و روشهای گوناگون دیگر صورت می گیرد.

اولین مرحله برای تهیه اسید فسفریک خوراکی جداسازی مواد جامد از آن است. تعداد این مواد جامد از 7 تا 15 درصد وزنی تغییر می کند. در یک روش با گرم کردن تا دمای معین و سپس خنک کردن و سانتریفیوژ کردن آن اسید شفاف به دست می آید. در روش دیگر با استفاده از روش برینش عمل شفاف سازی صورت می پذیرد. این عمل با استفاده از مواد شفاف کننده مناسب انجام می شود. در هر دمای مناسب می توان فرایند برینش را انجام داد. موادی که در این روش استفاده می شوند لخته سازهایی مانند پلی آکریل آمیدها و رزین های پلی اکریلونیتریل هیدرولیز شده یا نمکهای پتاسیم و سدیم اند. در روش جدیدتری این عمل با افزودن آهک به اسید فسفریک فرایند تر برای رسوب دادن یونهای سولفات و فلوئور و صاف کردن غشایی انجام می شود و اسید بسیار شفاف به دست می آید.

در بسیاری از مقاله ها استفاده از کربن فعال برای شفاف سازی اسید فسفریک پیشنهاد شده است. به طور معمول برای این منظور هر نوع کربن فعال موجود در بازار رامی توان به کار برد. از این کربن فعال قبل از استفاده به عنوان شفاف ساز با یک اسید معدنی قوی مانند اسید سولفوریک اسید نیتریک و یا اسید کلریدریک استفاده می شود.

پس از انجام مراحل بالا هنوز برخی از ناخالصی ها که بیش از حد مجاز برای اسید های خوراکی اند وجود دارند. برای حذف این ناخالصی ها که آرسنیک، سرب، کادمیم فلوئور و سولفات مهم ترین آنها هستند،  روشهای فیزیکو شیمیایی به کار می رود. در این روشها با ایجاد شرایط فیزیکی ویژه از نظر گرما، فشار و یا افزودن مواد شیمیایی ویژه می توان ناخالصی ها را حذف کرد.

حذف سرب و آرسنیک

حذف سرب و آرسنیک با عبور گاز H2S  به طور مستقیم از درون محلول اسید یا اضافه کردن H2S انجام و موجب رسوب هر دو عنصر مذکور می شود. سپس اسید استیک اضافی با تقطیر جدا می شود.

حذف فلوئور

یون فلوئور در اسید فسفریک خوراکی باید بسیار اندک باشد، به همین دلیل حذف آن اهمیت ویژه ای  دارد. در یک روش این حذف با افزودن پودر سیلیس کلوییدی به میزان 0.3 تا 1.2 درصد وزنی نسبت به اسید انجام می شود. لجن به دست آمده تا نقطه جوش گرم و غلظت اسید با افزودن آب تا حدود  2 درصد ثابت نگه داشته می شود. محلول حاصل پس از نیم ساعت جوشاندن صاف می شود.