Технология минеральных солей (удоБрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот)
ПРИМЕНЕНИЕ ФОСФОРА И ТЕРМИЧЕСКОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ
Белый (или желтый) фосфор служит для получения фосфорного ангидрида, фосфорных кислот и других разнообразных неорганических и органических соединений фосфора. В оборонном деле он применяется в качестве дымообразующего и зажигательного средства, для изготовления трассирующих пуль. В значительных количествах используются его производные: хлористый фосфор — в производстве пластификаторов, инсектицидов, продуктов органического синтеза; сульфид фосфора — в спичечной промышленности и для изготовления смазочных средств; фосфиды цинка и кальция— для военных целей, для изготовления средств сигнализации и в производстве пестицидов. Он является также полупродуктом для получения красного фосфора. Фосфор высокой чистоты, содержащий около 1 • 1СИ% примесей, применяют в электронике и для изготовления полупроводников11, фосфидов бора, алюминия и редких металлов. Его можно получить очисткой технического желтого фосфора разными методами: фильтрованием и промыванием раствором щелочи11, ионообменной очисткой и промыванием водой12, зонной плавкой 13, дистилляцией 14>15 и другими 16,11. Желтый фосфор транспортируют в стальных цистернах без нижнего слива, в Стальных бочках и в банках из оцинкованного железа под слоем воды или незамерзающего раствора (хлорида цинка или натрия).
Красный фосфор потребляется спичечной промышленностью — он является основным компонентом смеси, наносимой на боковые поверхности спичечных коробок. Из него изготовляют фосфиды. алюминия и меди, применяемые в металлургии, сельском хозяйстве и для получения сварочных средств.
Фосфорный ангидрид, являющийся полупродуктом для получения фосфорной кислоты, применяется также как самый энергичный осушитель среди всех остальных веществ, употребляемых для осушки18. Остаточное давление водяного пара над фосфорным ангидридом составляет при 25° лишь 0,00001 мм рт. ст. При взаимодействии с водой на 1 г-мол Р205 выделяется 34 ккал. Используется он и как реагент при производстве эфиров фосфорной кислоты и в нефтяной промышленности при очистке дистиллятов нефти и получении продуктов с увеличенным октановым числом 19.
Большая часть фосфора перерабатывается в фосфорную кислоту, называемую термической, в соответствии со способом ее получения.
Преимущество термического способа получения фосфорной кислоты состоит в возможности производства кислоты любой концентрации (вплоть до 100% Р2О5) и высокой степени чистоты при использовании любых фосфатов, в том числе и низкокачественных без их предварительного обогащения. Термическая ^фосфорная кислота используется в основном для получения фосфорнокислых солей и в меньшей степени — в производстве концентрированных удобрений.
Термическая суперфосфорная кислота20 начинает применяться для получения более концентрированных, чем обычно, удобрений: жидких, двойного суперфосфата, гранулированных смешанных (без сушки) и др.
Термическая фосфорная кислота расходуется на изготовление многих солей, потребляемых различными отраслями промышленности— пищевой, сахарной, керамической, стекольной, текстильной и др.20. В пищевой промышленности она употребляется при изготовлении напитков для придания им кислого вкуса, при очистке сахарных сиропов в производстве сахара-рафинада. Присутствие фосфорной кислоты в пищевых продуктах признается полезным, так как соединения фосфора играют важную роль в питательном рационе человека. Она применяется для приготовления зубных цементов 19, фосфатных вяжущих веществ — фосфатных цементов и связок, отличающихся жаростойкостью, специальными электротермическими и теплофизическими свойствами, и используемых для новой техники, а также в качестве средств защиты от радиации21.
Фосфорная кислота применяется19'22'23 также при получении активированного угля для пропитки спичечной соломки (нетлею* щие спички), для удаления накипи в паровых котлах, при изготовлении тканей с огнезащитной пропиткой, кинопленок и фотореактивов и т. д. Она является составной частью препаратов, используемых для защиты металлов от коррозии и катализатором в процессах дегидрирования, полимеризации и алкилирования углеводородов.
Большое промышленное значение имеют мета - и полифосфаты натрия, а также ортофосфаты: три - и динатрийфосфат, применяемые для умягчения воды, для борьбы с котельной накипью, для изготовления различных моющих средств без затраты пищевых жиров, в производстве фармацевтических препаратов, в фотографии, для регулирования вязкости буровых жидкостей, как утяжелители шелка и для многих других целей.
Фосфаты аммония используются в качестве противопожарных средств, для культивирования дрожжей и др. Фосфаты марганца, железа и другие применяются для защиты металлов от коррозии.
Фосфаты кальция, помимо их значения как удобрения, используются в бумажной промышленности, в качестве хлебопекарных препаратов, для изготовления зубных порошков, как добавка к столовой соли, к корму скота и проч.
Мировая выработка элементарного фосфора увеличилась с 520 тыс. т 24-37 в 1960 г. до 750 тыс. т в 1965 г., а в 1970 г. ожидается увеличение его производства до 1250 тыс. г38~41. В 1965 г. •90% мирового выпуска фосфора было переработано на фосфорную кислоту и лишь 10% в другие продукты38'39. При этом 50% произведенного фосфора в виде термической кислоты было использовано для получения триполифос - фата и тетрапирофосфатов натрия, 18% — для выработки других технических фосфорных солей и на прочие нужды. Остальное количество фосфора (22% от общего выпуска) также в виде термической кислоты было израсходовано на производство минеральных удобрений и кормовых фосфатов -
Согласно ГОСТ 8986—59, фосфор желтый (белый) I и II сортов должен содержать соответственно не менее 99,9 и 99,7% фосфора и не более 0,1 и 0,3%) веществ, не растворимых в CS2.
Красный фосфор должен содержать (ГОСТ 8655—57) желтого фосфора не больше 0,005%) в 1-м сорте и 0,03% во 2-м сорте и иметь температуру воспламенения не ниже 270 °С.
По ГОСТ 10678—63 термическая фосфорная кислота (техническая I и II сортов) должна содержать не менее 73% Н3Р04, хлоридов (на хлор) не более 0,05%, тяжелых металлов, кроме железа (в расчете на свинец), не более 0,008% в I сорте и 0,03% во II, мышьяка не более 0,008% в I сорте и 0,01% во II. В I сорте допускается содержание сульфатов (на S04) до 0,25% и железа0,05% при отсутствии взвешенных частиц, во II— количество сульфатов и железа не нормируется. Содержание других примесей в термической кислоте (РЬ, фтор, 810г) незначительно и составляет сотые или тысячные доли процента. Состав термической ■фосфорной кислоты для производства удобрений не нормирован.
Рис. 259. Система Р205—Н20. Точки плавления: L- 2Н3РО4 • Н2О; L2-H3PO4; L3-H4P2O7. |
Пищевая фосфорная кислота, согласно ГОСТ 10678—63, дол
жна содержать: фосфорной кислоты — не менее 70%; сульфатов (в пересчете на S04) — не более 0,02%; хлоридов (в пересчете на С1)—не более 0,02%; мышьяка — не более 0,0003%; железа — не более 0,01%; взвешенные частицы должны отсутствовать.
Для получения пищевой фосфорной кислоты используется термическая фосфорная кислота, которая очищается от мышьяка и Тяжелых металлов с помощью сероводорода или сернистого натРия и др.19-42-44.
Выделение твердой фосфорной кислоты является эффективным способом ее очистки от всех примесей. Данные 19' 45>46 по растворимости ортофосфорной кислоты (рис. 259) позволяют определять условия (температуру и концентрацию) для кристаллизации кристаллогидрата Н3РО4 • 0,5Н20 или безводной Н3Р04 (кристаллизуется в ромбической системе).