در این مقاله، از سری مقالات علمی سایت مهرادکو می پردازیم به بررسی ویژگی ها و کاربردها و روش های تولید اسید فسفریک.

اسید فسفریک چیست؟

اسید فسفریک یک اسید معدنی نسبتاً قوی و یک منبع مهم از فسفر با فرمول شیمیایی H₃PO₄ است که از سنگهای فسفات گرفته شده است.
این ماده حاوی یک اتم فسفر،چهار اتم اکسیژن و سه اتم هیدروژن در هر مولکول است که در برخی موارد به آن اسید سه استخوانه می‌گویند و دارای چگالی نسبتا بالا و دمای جوش نسبتا پایین است.
این مایع بی رنگ، بی بو، غیر سمی، غیر فرار و بلوری، بیشترین سهم را از نظر تولید و مصرف در بین کلیه اسیدها دارد و پس از آن اسید سولفوریک قرار دارد.
با اینکه اسید فسفریک هم به صورت جامد کریستالی شفاف و هم مایع بی رنگ و شفاف است، اما معمولا این ماده را به شکل مایع خواهید یافت و در حال حاضر عموم مردم این ماده را به عنوان یک افزودنی غذایی می‌شناسند و یکی از اجزای رایج در کنسروها و نوشابه هاست.

11 کاربرد جالب اسید فسفریک

کشاورزی:
- بیشترین میزان مصرف صنعتی اسید فسفریک در کشاورزی است و اکثراً به صورت کودهای فسفاته برای تقویت خاک و افزایش محصولات کشاورزی به کار می‌رود.
- اسید فسفریک می‌تواند بر روی حلالیت مواد معدنی و فسفات در خاک و آب های سطحی اثر گذار باشد.
- این اسید با افزایش محتوای فسفر در خاک، رشد گیاهان را تحریک می‌کند و تولید فسفرهای مختلف را افزایش می‌دهد.
- افزایش تولید گل و میوه، بهبود ساختار خاک و افزایش مقاومت گیاهان به برخی بیماری‌ها از جمله اثرات مثبت آن در کشاورزی هستند.
صنایع غذایی:
- در صنایع غذایی، اسید فسفریک به عنوان یک افزودنی مورد استفاده قرار می‌گیرد، به خصوص در تهیه محصولات نگهدارنده برای خیارشور و کنسروها، پنیر، گوشت های فرآوری شده، غلات، مربا، نوشیدنی های کولا و موارد دیگر.
- خاصیت اسیدی این ترکیب می‌تواند باعث تنظیم pH محصولات و افزایش ماندگاری آنها شود.
- هدف اصلی استفاده از این ماده جلوگیری از تشکیل باکتری ها و قارچ ها در مواد غذایی و نوشیدنی هاست.
- از آن به عنوان یک تنظیم‌کننده زیستی نیز در صنایع غذایی استفاده می‌شود و نه تنها یک ماده محبوب در بسیاری از نوشابه های مورد علاقه ما است، بلکه یک عامل طعم دهنده و افزودنی در غذاهای مکمل دام و طیور نیز می باشد. شاید طعم اسیدی دلپذیری که انسان دوست دارد برای حیواناتی که مواد غذایی حاوی اسید فسفر مصرف می کنند نیز به همان اندازه رضایت بخش باشد.
- همچنین می‌تواند به عنوان عامل شفاف کننده ساکارز در صنعت قند به کار رود.
- در تولید مواد غذایی با سبک‌های مختلف، این اسید به عنوان یک تنظیم‌کننده مزه و اسیدیته و در حفظ رنگ، طعم و بافت محصولات غذایی کاربرد دارد.
صنایع الکترونیک:
- اسید فسفریک در تولید برخی از محصولات الکترونیکی به عنوان یک ماده اولیه و کاتالیزور مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- در پیل های سوختی و به عنوان الکترولیت PAFCها برای کاتالیز واکنش استفاده می‌شود.
- در فرآیندهای تولید مواد الکترونیک، این اسید به عنوان یک اسید قوی جهت حمل و نقل اکسایش الکترون در واکنش‌های شیمیایی ایجاد شده استفاده می‌شود.
صنایع نساجی:
- اسید فسفریک در نساجی به عنوان حمل و نقل اکسایشی در فرآیندهای رنگرزی مواد نساجی و پردازش نخ ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- این اسید باعث ایجاد رنگ‌های متنوع و پایدار در بافت‌های نساجی می‌شود.
- همچنین به عنوان یک ماده کمکی در فرآیندهای رنگرزی بافت‌های نساجی عمل می‌کند.
- خواص اسیدی آن باعث افزایش چسبندگی رنگها به الیاف می‌شود که رنگ در فرآیند شستشوی مکرر پایدار بماند.
تصفیه آب:
- اسید فسفریک به عنوان یک ماده تنظیم‌کننده و نرم کننده ی از بین برنده سختی آب در فرآیندهای تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- این ترکیب با حذف فلزات سنگین از آب کمک می‌کند و کیفیت آب را بهبود می‌بخشد.
- خواص آن در حفظ تعادل pH و کنترل تشکیل رسوبات معدنی در سیستم‌های تصفیه آب تأثیرگذار است.
- در فرآیندهای تصفیه آب شهری و صنعتی، از این اسید به منظور بهبود کیفیت آب استفاده می‌شود.
صنایع آرایشی و بهداشتی:
- به عنوان تنظیم‌کننده pH مورد استفاده قرار می‌گیرد. خواص اسیدی آن می‌تواند در تنظیم محیط ملایم برای پوست کمک کند.
- این اسید به دلیل خواص ضد‌باکتریایی، در حذف آلاینده‌ها و رسوبات در محصولات شوینده مثل صابون و شامپو و محصولات مراقبت از پوست مانند لوسیون‌ها و کرم‌ها به کار می‌رود.
نیروگاه ها:
- در برخی از نیروگاه‌ها، اسید فسفریک به ویژه در فرآیند تصفیه و پالایش گازهای دودی استفاده می‌شود.
- خواص اسیدی آن می‌تواند به عنوان یک عامل در تصفیه گازهای دودی کمک کند و ترکیبات مضر را از گازهای دودی حذف کند.
داروسازی:
- اسید فسفریک در داروسازی به عنوان یک ماده اصلی در تولید داروهای فسفات دار مورد استفاده قرار می‌گیرد که درمانی برای حالت‌هایی مانند نقرس و اوستئوپروز (کاهش چگالی استخوان) را فراهم می‌کند.برخی از این داروها عبارتند از: آلندرونات، تتراسایکلین‌، آزیترومایسین، سالماستین.
- همچنین، این اسید در فرآیندهای تولید آنتی‌بیوتیک‌ها نیز به کار می‌رود، به ویژه در سنتز برخی از ترکیبات دارای اثرات ضدباکتریایی و ضدویروسی. می توان آن را در ساخت سدیم گلیسروفسفات، فسفات آهن و تنظیم مقدار PH هنگام تولید پنی سیلین استفاده کرد.
- از اسید فسفریک ۳۷ درصد در دندانپزشکی قبل از ترمیم‌های کامپوزیت و باندینگ‌ها و به عنوان چسب برای پر کردن دندان استفاده می‌شود.
- استفاده از این ماده در داروسازی با توجه به خواص شیمیایی و تنظیم‌کننده pH آن، جهت تولید داروهای با کیفیت و اثربخش موثر است.
زدودن زنگ آهن و تولید فولاد:
- این اسید به عنوان ماده کمکی در روند اکسایش و حذف آلیاژهای مضر در تولید فولاد به کار می‌رود.
- اسید فسفریک یکی از رایج ترین موادی است که در میان اسیدهای دیگر برای از بین بردن زنگ و رسوبات از فولاد، آهن و سایر فلزات به آن روی آورده می‌شود.
- پوشش زنگ روی فلز، اکسید آهن است که در اثر تماس و واکنش با محلول اسید فسفریک به فسفات آهن، یک ترکیب سیاه رنگ، تبدیل می شود. هنگامی که این ترکیب سیاه را مشاهده کردید، می توانید به سادگی آن را پاک کنید.
- خواص اسیدی آن می‌تواند به عنوان یک عامل در تصفیه گازهای دودی کمک کند و ترکیبات مضر را از گازهای دودی حذف کند.
لاستیک و پلاستیک و متالورژی:
- در صنعت پلاستیک می توان از فسفریک اسید به عنوان کاتالیزور برای تراکم رزین فنلی استفاده کرد.
- در صنعت لاستیک برای منعقد کننده دوغاب و تولید مواد اولیه بایندر غیر آلی استفاده می شود.
- در صنعت متالورژی برای تولید گل نسوز و بهبود عمر کوره فولادی استفاده می شود.
تولید کربن فعال:
- در تولید کربن فعال از اسید فسفریک به عنوان یکی از مواد شیمیایی استفاده می‌شود. فرآیند تولید کربن فعال اغلب شامل گرفتن یک ماده آلی غنی از کربن مانند چوب یا پوسته‌های گیاهان، و اعمال اسیدها بر روی آن به منظور حذف عناصر غیرکربنی و تقویت ساختار سطحی ذرات کربن است.
- این اسید می‌تواند به تنظیم میزان pH و افزایش فعالیت اکسید کنندگی در فرآیند تولید کربن فعال کمک کند. با این کار، عناصر غیرکربنی از ماده آلی حذف شده و ساختار پوره‌های کربن فعال بهبود می‌یابد.
صنایع مواد شیمیایی:
- اسید فسفریک به عنوان یک ماده اولیه در تولید مواد شیمیایی متنوع به کار می‌رود و به عنوان یک ماده پایه در سنتز مواد شیمیایی مختلف شناخته می‌شود.
- خواص اسیدی و اکسایشی آن باعث می‌شود در فرآیندهای شیمیایی به عنوان یک عامل فعال و کاتالیزور مورد استفاده قرار گیرد.
- در ساخت انواع فسفات و مواد اولیه ضروری برای تولید محصولات شیمیایی فسفر دار مانند مواد شیمیایی STPP، مواد شیمیایی SHMP، TSP، SAPP، اوره فسفات و غیره استفاده می‌شود.
- در صنعت چاپ برای تهیه ماده تمیز کننده برای پاک کردن لکه های روی صفحه چاپ افست استفاده می شود.
- اسید فسفریک به عنوان یک تنظیم‌کننده pH در صنایع مختلف به کار می‌رود. با تنظیم مقدار این اسید، می‌توان محیط را در محدوده‌های مشخصی از اسیدیته نگه داشت. این ویژگی به خصوص در صنایع شیمیایی و فرآیندهایی که نیاز به محیط‌های خاص دارند مثل پروژه های آزمایشگاهی، اهمیت دارد.
- در تحقیقات زیست‌شناسی مولکولی و ژنتیک، اسید فسفریک به عنوان یک ماده اساسی در تهیه برخی از مواد مورد استفاده قرار می‌گیرد. در فرآیندهای استخراج و تصفیه مولکول‌های زیستی، از این اسید به عنوان یک محلول نگهدارنده و جداسازی استفاده می‌شود.

تفاوت اسید فسفریک خوراکی با اسید فسفریک صنعتی:

اسید فسفریک بر اساس نوع کاربرد و میزان خلوص به دو دسته خوراکی و صنعتی تقسیم می‌شود.به طور کلی، اسید فسفریک خوراکی به منظور اطمینان از ایمنی و سلامت مصرف در محصولات غذایی تولید و استفاده می‌شود، در حالی که اسید فسفریک صنعتی در صنایعی که نیاز به خلوص کمتر دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه به بررسی دقیق تر تفاوت های این دو گرید می‌پردازیم:

خلوص و استانداردها:
- اسید فسفریک صنعتی: معمولاً خلوص آن کمتر است (معمولا کمتر از 85 درصد) و ممکن است حاوی افزودنی‌ها یا آلاینده‌هایی باشد که مناسب برای مصرف خوراکی نباشد.
- اسید فسفریک خوراکی: خطرناک نیست و معمولا مایع و دارای PH کمتر از 1 است. برای استفاده در صنایع غذایی و مصرف انسانی، این نوع اسید با استانداردها و خلوص بالاتری (معمولا بیشتر از 85 درصد) تولید می‌شود.
نحوه تولید و غلظت:
- اسید فسفریک صنعتی: معدن‌های فسفاتی مانند سنگ آپاتیت استخراج می‌شود و به فسفات تبدیل می‌شود. فسفات به همراه اسید سولفوریک تفلوژه می‌شود تا اسید فسفریک تولید شود.
- اسید فسفریک خوراکی: گرید خوراکی اسید فسفریک را از افزودن آب به P₄O₁₀ می‌سازند و غظت آن از غلظت فسفریک اسید صنعتی بیشتر است.
کاربردها:
- اسید فسفریک صنعتی: به‌طور عمده در صنایع صنعتی برای تولید کودهای فسفاته، سوپرفسفات، تصفیه آب، صنایع نساجی و سایر صنعت ها به‌کار می‌رود.
- اسید فسفریک خوراکی: در صنایع غذایی، نوشابه‌ها، آبمیوه‌ها، مواد افزودنی، تهیه محصولات نانوایی و سایر محصولات خوراکی به‌عنوان یک افزودنی تنظیم کننده pH و یا حامل فسفر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کنترل کیفیت:
- اسید فسفریک صنعتی: ممکن است در خلوص و کیفیت کمتری نسبت به استانداردهای مصرف خوراکی باشد و کنترل کیفیت آن در مراحل تولید ممکن است کمتر دقیق باشد.
- اسید فسفریک خوراکی: برای استفاده در محصولات خوراکی، کنترل کیفیت و تضمین سطح خلوص بسیار حیاتی است و معمولاً تحت استانداردهای غذایی و فارماکوپه‌های مرتبط قرار دارد.

روش تولید اسید فسفریک

اسید فسفریک از سنگ فسفات توسط 2 روش اصلی تولید می‌شود: فرآیند مرطوب یا فرآیند حرارتی.

فرایند مرطوب (تر):
- 80 درصد از اسید فسفریک جهان از طریق فرآیند مرطوب به دست می آید. تا حد زیادی رایج ترین مسیر است و اسید را می توان در تولید کودهای فسفاته (DAP، MAP، SPA) استفاده کرد.
- فرآیند مرطوب شامل مراحل واکنش، فیلتراسیون و غلظت است.
- در این روش، اسید فسفریک از طریق تفلوژن فسفات با اسید سولفوریک در محیط مرطوب و با حضور آب تولید می‌شود.
- ابتدا سنگ فسفات آسیاب شده و با اسید سولفوریک در ظرف راکتور اسیدی می شود.
- در این واکنش، تری کلسیم فسفات موجود در سنگ فسفات به اسید فسفریک و به نمک نامحلول سولفات کلسیم (CaSO4) که به نام گچ نیز شناخته می شود، تبدیل می شود.
- غلظت اسید سولفوریک باید در 93-98٪ حفظ شود، زیرا بر سرعت واکنش اسیدی شدن و کریستالیزاسیون گچ تأثیر می گذارد.
- مرحله بعدی فیلتراسیون است که در آن مواد جامد جدا شده و شسته می شوند و P₂O₅ با خلوص %32 (و H₃PO₄با خلوص %50) دریافت می شود.
- و در نهایت توسط تبخیرکننده ها، برای به دست آوردن اسید تجاری یعنی P₂O₅با خلوص %54 (و H₃PO₄با خلوص %70) تبخیر می شود.
- فرآیند مرطوب به دلیل استفاده از آب به عنوان محیط فرآیند، کنترل دقیق‌تری روی تولید اسید فسفریک ارائه می‌دهد.
- تصفیه بیشتر برای خلوص بالاتر جهت استفاده در صنایع غذایی، دارویی و آرایشی ضروری است.
فرایند حرارتی (خشک):

اسید فسفریک غذایی عموما از این روش تولید می‌شود.
اسید فسفریک فرآیند حرارتی خلوص بسیار بالاتری دارد و در ساخت مواد شیمیایی درجه بالا، داروها، شوینده‌ها، محصولات غذایی و سایر محصولات غیر کودی استفاده می‌شود.
در ابتدا فسفر به داخل کوره پاشیده می شود و در دمای در حدود 1800-3000 کلوین می سوزد.
وقتی رطوبت آن به ۱,۵ درصد رسید، با مخلوطی از کربن و کوارتز، وارد کوره های الکتریکی می‌شود.
فسفر سفید به صورت محصول واکنش تولید می شود که به صورت گاز از کوره خارج می شود. این گاز به فسفر جامد تبدیل شده و همراه لجن و آب به قسمت تصفیه فرستاده می شود.
بیشتر فرآیندها از هوای خشک نشده استفاده می کنند و بسیاری از آنها شامل اضافه کردن بخار به مشعل فسفر برای تولید و نگهداری فیلمی از اسیدهای پلی فسفریک متراکم می شود که از برج مشعل فولاد ضد زنگ (خنک شده با آب خارجی) محافظت می کند.
محصولات حاصل از برج مشعل مستقیماً به یک برج هیدراتاسیون می روند که در آن اکسید فسفر گازی در اسید فسفریک بازیافتی جذب می شود.
از طرف دیگر، فسفر ممکن است در هوای خشک سوزانده شود. پنتوکسید فسفر به صورت پودر سفید متراکم شده و به طور جداگانه به اسید فسفریک هیدراته می شود. این روش امکان بازیابی و استفاده مجدد از گرما را فراهم می کند.
سوختن و هیدراتاسیون مستقیم، همانطور که قبلاً توضیح داده شد، شرایط بسیار خورنده را ایجاد می کند. برای همین تجهیزات از فولاد ضد زنگ ساخته شده اند یا با آجر کربنی ساخته شده اند. برای کاهش خوردگی، دیواره های مشعل و برج های هیدراتور خنک می شوند، اما محصولات راکتور در دمای بسیار پایین برای بازیابی گرمای مفید ظاهر می شوند.
اسید محصول دارای غلظت حدود 85٪ است.
اسید تترا فسفریک، یکی از خانواده اسیدهای پلی فسفریک است که می تواند به طور انتخابی تولید شود، یا با جوشاندن آب در دمای بالا در یک ظرف کربنی یا با افزودن پنتوکسید فسفر جامد به اسید فسفریک تقریباً در حال جوش، ساخته شود. روش اول معمولاً محصول خالص تری را به دلیل محتوای آرسنیک بالای پنتوکسید فسفر می دهد.

سوالات پرکاربرد FAQs:

بهترین زمان مصرف اسید فسفریک کشاورزی چه زمانی است؟
پاسخ: بستگی به نوع محصول کشاورزی و شرایط زمین و فرم اسید فسفریک مورد استفاده دارد. اما به طور کلی بهترین زمان استفاده از اسید فسفریک در کشاورزی، هنگام آبیاری و در همان ابتدا یا به‌صورت کود مایع در حالت پیش آبیاری است.
واکنش فسفریک اسید با کلسیم هیدروکسید چگونه است؟
پاسخ: اسید فسفریک با هیدروکسید کلسیم (به عنوان یک باز) طی واکنش خنثی شدن، فسفات کلسیم تولید می‌کند. مقدار PH بالای محلول هیدروکسید کلسیم، باعث می شود در ابتدای واکنش آپاتیت گازدار تولید شود. بعد از این که اسیدفسفریک با PH پایین اضافه شد، فاز مناسب با خنثی شدن حاصل می شود. درج اکسیژن مولکولی در تونل آپاتیتی با استفاده از پراکسید هیدروژن انجام می شود. میزان اکسیژن مولکولی در آپاتیت سپس با تجزیه و تحلیل حجمی تعیین می شود.
واکنش اسید فسفریک با آب چگونه است؟
پاسخ: H_۳PO_۴ در آب یونیزه می شود و یون های هیدرونیوم و یون فسفات را تشکیل می دهد.
قیمت اسید فسفریک خوراکی 85 درصد و اسید فسفریک صنعتی چقدر است؟
پاسخ: برای خرید اسید فسفریک خوراکی در کیفیتی مطابق با استانداردها و قیمت رقابتی با شرکت مهراد تجارت میلان در تماس باشید.
شرکت مَهرادکو از سال ۱۳۹۳ تا کنون به عنوان تامین کننده ی اسید فسفریک با کارخانجات و صنایع مختلف همکاری داشته است و اسید فسفریک خوراکی %85 چین را در گالن های 35 کیلویی تحویل درب انبار شورآباد تهران به کارخانه های مختلف عرضه می کند.