روش‌های خالص‌سازی اسید فسفریک

ی اسید فسفریک

اسید فسفریک و نمک‌های آن در تهیه تعداد زیادی از مواد که در زندگی روزمره با آنها سروکار داریم به کار می‌رود. بیشترین مقدار اسید فسفریک تولید جهان در صنایع کود شیمیایی فسفاته مصرف می‌شود و مقدار کمی نیز که معمولاً با فرایند حرارتی تولید می‌شود در سایر موارد کاربرد دارد. از جمله کاربردهای دیگر این ماده در تولید نمک‌های فسفاته، عمل‌آوری فلزات، نسوزها، پودرهای آشپزی، کاتالیزورها، نوشابه‌های کربنات دار، مواد پاک‌کننده، روغن‌های خوراکی و دارویی را می‌توان نام برد.

به‌طورکلی از مقدار فسفر تولید شده در جهان مقدار 45% در صنایع پاک‌کننده و بهداشتی، 15 % در غذاها و نوشابه‌ها و 10% در عمل‌آوری فلزات استفاده و بقیه در صنایع کود شیمیایی مصرف می‌شود.

فسفر دوازدهمین عنصر از نظر فراوانی در پوسته زمین است و به طور عمده در سنگ‌های رسوبی و کمتر در سنگ‌های آذرین وجود دارد. عمده‌ترین منبع تولید فسفر و ترکیبات فسفر دار، از جمله اسید فسفریک سنگ معدن فسفات است که به‌صورت آپاتیت و فلوئور آپاتیت یافت می‌شود. معمول‌ترین روش تولید اسید فسفریک در جهان فرایند (تر) است. اما چون اسید فسفریک تولید شده با فرایند تر که منشأ آن سنگ معدن فسفات بوده بسیار ناخالص بوده نیازمند خالص‌سازی است؛ لذا مسئله اساسی در صنعت خالص‌سازی اسید فسفریک تولید شده است. برای خالص‌سازی 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 منشأ آن سنگ فسفات معدنی است. سنگ معدن فسفات برای تولید اسید فسفریک خوراکی اهمیت ویژه‌ای دارد. غلظت بالا و دمای پایین باعث می‌شود که تبلور اسید فرایند (تر) مشکل باشد لذا برای خالص‌سازی این اسید می‌توان روش‌های گوناگونی به کاربرد. یکی از این روش‌ها که معمولاً استفاده می‌شود در این مقاله بررسی می‌شود، شامل لخته سازی، شفاف‌سازی، رنگ‌بری با زغال، رسوب‌گیری با سولفات، صاف کردن‌های پی‌درپی، استخراج حلال و مبادله یون برای تولید اسید فسفریک خالص است. حذف فلوئورید با گرم کردن در شرایط ویژه در اتوکلاو، رسوب دادن به شکل فلویورید کلسیم و روش‌های گوناگون دیگر صورت می‌گیرد.

اولین مرحله برای تهیه اسید فسفریک خوراکی جداسازی مواد جامد از آن است. تعداد این مواد جامد از 7 تا 15 درصد وزنی تغییر می‌کند. در یک روش با گرم کردن تا دمای معین و سپس خنک‌کردن و سانتریفیوژ کردن آن اسید شفاف به دست می‌آید. در روش دیگر با استفاده از روش برینش عمل شفاف‌سازی صورت می‌پذیرد. این عمل با استفاده از مواد شفاف کننده مناسب انجام می‌شود. در هر دمای مناسب می‌توان فرایند برینش را انجام داد. موادی که در این روش استفاده می‌شوند لخته سازهایی مانند پلی‌آکریل آمیدها و رزین‌های پلی اکریلونیتریل هیدرولیز شده یا نمک‌های پتاسیم و سدیم‌اند. 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 می‌شود و اسید بسیار شفاف به دست می‌آید.

در بسیاری از مقاله‌ها استفاده از کربن فعال برای شفاف‌سازی اسید فسفریک پیشنهاد شده است. به طور معمول برای این منظور هر نوع کربن فعال موجود در بازار رامی توان به کاربرد. از این کربن فعال قبل از استفاده به‌عنوان شفاف ساز با یک اسید معدنی قوی مانند اسیدسولفوریک اسید نیتریک و یا اسیدکلریدریک استفاده می‌شود.

پس از انجام مراحل بالا هنوز برخی از ناخالصی‌ها که بیش از حد مجاز برای اسیدهای خوراکی‌اند وجود دارند. برای حذف این ناخالصی‌ها که آرسنیک، سرب، کادمیم فلوئور و سولفات مهم‌ترین آنها هستند، روش‌های فیزیکوشیمیایی به کار می‌رود. در این روش‌ها با ایجاد شرایط فیزیکی ویژه از نظر گرما، فشار و یا افزودن مواد شیمیایی ویژه می‌توان ناخالصی‌ها را حذف کرد.

حذف سرب و آرسنیک

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

حذف فلوئور

یون فلوئور در اسید فسفریک خوراکی باید بسیار اندک باشد، به همین دلیل حذف آن اهمیت ویژه‌ای دارد. در یک روش این حذف با افزودن پودر سیلیس کلوئیدی به میزان 0.3 تا 1.2 درصد وزنی نسبت به اسید انجام می‌شود. لجن به‌دست‌آمده تا نقطه‌جوش گرم و غلظت اسید با افزودن آب تا حدود  2 درصد ثابت نگه‌داشته می‌شود. محلول حاصل پس از نیم ساعت جوشاندن صاف می‌گردد.