磷酸

来源:www.uuuwell.com

   

磷酸或正磷酸(H3PO4),是一種常見的無機酸,是中強酸。由氧化二磷溶於熱水中即可得到。正磷酸工業上用硫酸處理磷灰石即得。磷酸在空氣中容易潮解。加熱會失水得到焦磷酸,在進一步失水得到偏磷酸。磷酸主要用於製藥、食品、肥料等工業,也可用作化學試劑

簡介

  化學式:H3PO4

磷酸

英文名:Orthophosphoric acid, Phosphoric (5) acid   別名 正磷酸、原磷酸   CAS號 7664-38-2   化學式:H3PO4   分子量:98.0   外觀:白色固體或者無色粘稠液體(>42 °C)   密度:1.685 g/ml (液)   熔點:42.35 °C(316 K)   沸點:158 °C(431 K)((分解))   pKa1:2.12   pKa2:7.21   pKa3:12.67   磷酸(H3PO4)一種重要的無機酸,是化肥工業生產中重要的中間產品,用於生產高濃度磷肥和複合肥料。磷酸還是肥皂、洗滌劑、金屬表面處理劑、食品添加劑飼料添加劑和水處理劑等所用的各種磷酸鹽磷酸酯的原料。作為磷肥生產的原料,是正磷酸或多磷酸的水溶液。   商品正磷酸的濃度一般為52%~54%P2O5,多磷酸是正磷酸和不同聚合度的聚磷酸的混合水溶液。聚磷酸包括焦磷酸(H4P2O7)、三磷酸(H5P3O10)和長鏈聚磷酸。聚磷酸的通式可寫作Hn+2PnO3n+1(n≥2的整數)。   具有酸的通性,其酸性較硫酸、鹽酸硝酸為弱,但比醋酸硼酸等強。溶於水和乙醇,加熱到213℃時失去部分水轉變為焦磷酸;加熱到300℃時失去一分子水,進一步轉變為偏磷酸(HPO3)。有吸濕性,能吸收空氣中水分。對皮膚腐蝕性,空氣中最高容許濃度1mg/m3。 磷酸的原料主要是磷礦和無機酸(硫酸、鹽酸或硝酸,主要為硫酸)。天然磷礦分磷灰石和磷塊岩兩大類,其主要成分都是氟磷酸鈣〔Ca10F2(PO4)6〕。磷礦的品位和有害雜質的種類及含量,對濕法磷酸生產的技術經濟影響很大,開採的磷礦一般需經過富集處理,提高其品位和排除雜質,方能滿足濕法磷酸生產的要求。   以上資料由宜都盛大工貿有限公司提供。

質量指標

  工業磷酸[1]的質量指標(GB/T 2091—2008):

磷酸

指標名稱 優等品 一等品 合格品   外觀 無色透明或略帶淺色稠狀液體   色度(Hazen單位,鉑一鈷色號)≤ 20 30 40   磷酸的質量分數/%≥85.0 85.0 85.0   氯化物(以Cl-計)/%≤0.0005 0.0005 0.001   硫酸鹽/%≤0.003 0.005 0.01   鐵(Fe)/%≤0.002 0.002 0.005   砷(As)/%≤0.0001 0.005 0.01   重金屬(以Pb計)/%≤0.001 0.001 0.05

性質

物理性質

  純凈的磷酸是無色晶體,熔點42.3攝氏度,高沸點酸,易溶於水。

磷酸

市售磷酸試劑是粘稠的、不揮發的濃溶液,磷酸含量83-98%。

化學性質

  磷酸是三元中強酸,分三步電離,不易揮發,不易分解,幾乎沒有氧化性。具有酸的通性

磷酸三步電離常數

  (1)與鹼反應   NaOH+H3PO4=NaH2PO4+H2O   2NaOH+H3PO4=Na2HPO4+2H2O   3NaOH+H3PO4=Na3PO4+3H2O   (2)與某些鹽反應   NaBr+H3PO4(濃) =NaH2PO4+HBr↑   NaI+H3PO4(濃)= NaH2PO4+HI↑   原理:難揮發性酸制揮發性酸   (3)磷酸根離子具有很強的配合能力,能與許多金屬離子生成可溶性的配合物。如Fe3+與PO43-可以生成無色的可溶性的配合物[Fe(PO4)2]3-和[Fe(HPO4)2]-,利用這一性質,分析化學上常用PO43-掩蔽Fe3+離子。   (4)磷酸受強熱時脫水,依次生成焦磷酸、三磷酸和多聚的偏磷酸。三磷酸是鏈狀結構,多聚的偏磷酸是環狀結構。

磷酸脫水

  磷酸鹽   磷酸鹽有三類:正鹽(含PO43-)、磷酸一氫鹽(含HPO42-)、磷酸二氫鹽(含H2PO4-)。三類鹽之間的轉化關係為   (1)溶解性規律   正鹽和一氫鹽:除鉀、鈉、銨等少數鹽外,其餘都難溶於水,但能溶於強酸。   二氫鹽:都易溶於水。   (2)相互轉化   a) 往澄清石灰中逐滴滴加H3PO4,邊滴邊振蕩。   現象:開始有白色沉澱生成,而後逐漸溶解。   反應方程式   3Ca(OH)2+2H3PO4=Ca3(PO4)2↓+6H2O   Ca3(PO4)2+H3PO4=3CaHPO4   CaHPO4+H3PO4=Ca(H2PO4)2   b) 往磷酸溶液中逐滴滴加澄清石灰水,邊滴加振蕩。   現象:開始無現象,當澄清石灰水滴到一定量時,有白色沉澱生成。

磷酸

反應方程式   Ca(OH)2+2H3PO4=Ca(H2PO4)2+2H2O   Ca(H2PO4)2+Ca(OH)2=2CaHPO4   2CaHPO4+Ca(OH)2=Ca3(PO4)2↓+2H2O   (3)離子共存的問題   (1)H2PO4-、HPO42-、PO43-與H+不能共存   (2)H2PO4-、HPO42-與OH-不能共存   (3)H2PO4-與PO43-不能共存   H2PO4-+PO43-=2HPO42-   (4)H2PO4-與HPO42-可共存   (5)HPO42-與PO43-可共存

食用劑使用標準

  食品添加劑最大允許使用量最大允許殘留量標準: [2]   
添加劑中文名稱允許使用該種添加劑的食品中文名稱添加劑功能最大允許使用量(g/kg)最大允許殘留量(g/kg)
磷酸食品食品工業用加工助劑/一般應在製成最後成品之前出去,有規定食品中殘留量的除外
磷酸可可製品、巧克力和巧克力製品(包括類巧克力和代巧克力)以及糖果酸度調節按生產需要適量使用

用途

  主要用於磷酸鹽工業如磷酸銨磷酸二氫鉀磷酸氫二鈉磷酸三鈉精製磷酸用於製造飼料用磷酸氫鈣。用於金屬表面磷化處理,配置電解拋光液和化學拋光液用於鋁製品的拋光。醫藥工業用於製造甘油磷酸鈉、磷酸鐵等,也用於製造磷酸鋅作為牙科補牙。用於酚醛樹脂縮合的催化劑染料中間體用的乾燥劑印刷工業用於配製除去膠印彩印版上污點的清洗劑。或可用於配製火柴梗浸漬液。冶金工業用於生產磷酸耐火水泥,提高煉鋼爐壽命。是橡膠漿料的凝固劑及無機粘結劑的原料。塗料工業中用於金屬防鏽漆。粘合劑、電鍍、拋光工業、製糖工業、複合肥料等。在食品工業中作為酸味劑、酵母營養劑、等。

生產方法

原料

  磷酸的原料主要是磷礦和無機酸(硫酸、鹽酸或硝酸,主要為硫酸)。天然磷礦分磷灰石和磷塊岩兩大類,其主要成分都是氟磷酸鈣〔Ca10F2(PO4)6〕。磷礦的品位和有害雜質的種類及含量,對濕法磷酸生產的技術經濟影響很大,開採的磷礦一般需經過富集處理,提高其品位和排除雜質,方能滿足濕法磷酸生產的要求。

工業製法

  工業上常用濃硫酸跟磷酸鈣反應制取磷酸,濾去微溶於水的硫酸鈣沉澱,所得濾液就是磷酸溶液。   PO43-的檢驗 若在待測液中滴加AgNO3溶液,有黃色沉澱生成,再滴入稀HNO3,黃色沉澱溶解,則可證明原溶液中含有PO43-。   若待測液呈酸性,則應先在待測液中滴氨水至中性,再滴加AgNO3溶液和稀HNO3。   或讓白磷與硝酸作用,可得到純的磷酸溶液。   3P4+20HNO3+8H2O=12H3PO4+20NO   利用硫酸分解   主要是用硫酸分解磷礦,然後將生成的磷酸與硫酸鈣分離。其主要反應式為   Ca10F2(PO4)6 10H2SO4 mH2O─→10CaSO4·nH2O 2HF 6H3PO4 (m-10n)H2O   為避免反應生成的硫酸鈣在磷礦顆粒表面形成膜層,阻礙反應繼續進行,工藝上反應過程是分成兩步進行。   第一步是磷礦溶解在磷酸(由後續工序返回的一部分)中生成磷酸一鈣   第二步是硫酸與磷酸一鈣反應生成磷酸和硫酸鈣:Ca10F2(PO4)6 14H3PO4─→10Ca(H2PO4)2 2HF;10Ca(H2PO4)2 10H2SO4 mH2O─→10CaSO4·nH2O 20H3PO4 (m-10n)H2O。   在不同的反應溫度和不同的磷酸及遊離硫酸濃度條件下,硫酸鈣可以有三種水合物:無水物(CaSO4)、半水物(CaSO4·?H2O)和二水物(CaSO4·2H2O)。硫酸鈣水合物存在的溫度和含P2O5的濃度範圍的相圖,在實際上受遊離硫酸濃度和雜質的影響,所以在應用上是近似的。   實際生產條件中,二水物硫酸鈣的結晶區是磷酸濃度28%~32%P2O(5)溫度70~80℃。在這樣條件下的磷酸生產,稱為二水物工藝,它一直是工業上使用最普遍的工藝。半水物硫酸鈣的結晶區是磷酸濃度40%~50%P2O(5)溫度90~110℃;採用這樣的條件的磷酸生產,稱為半水物工藝,為少數工廠所採用。無水物硫酸鈣在磷酸濃度和溫度很高的條件下穩定;由於材料腐蝕和其他技術上的困難,其生產工藝一直未取得成功。   濕法生產   濕法磷酸生產工藝稱為硫酸鈣再結晶工藝,其過程中包含著有硫酸鈣結晶水合物的轉變。   發展這類工藝的目的不外乎是為了獲得含P2O5濃度較高的磷酸;獲得較高的收率(以P2O5計);獲得含雜質少的石膏。已經實現了工業化的有三種   ①半水物-二水物一段過濾工藝。控制反應物料液相濃度為30%~32%P2O(5)反應溫度80~100℃,使硫酸鈣先生成半水物結晶,然後溫度下降為65℃左右,將結晶轉化為二水物后再過濾。   ②半水物-二水物兩段過濾工藝。用酸分解磷礦時使石膏先生成半水物結晶,控制反應物料液相濃度為40%~50%P2O(5)溫度90~110℃,進行半水石膏分離,獲得成品磷酸。半水石膏再轉入另一個反應器水化成二水物石膏,控制反應溫度為約65℃、磷酸濃度為10%~15%P2O5,進行二水物石膏分離。   ③二水物-半水物兩段過濾工藝。磷礦用酸分解時,使石膏先生成二水物結晶,控制溫度約為65℃,用離心機分離二水石膏,獲得濃度為35%~38%P2O5的成品,二水石膏轉入再結晶器轉化成半水石膏,控制磷酸濃度為20%~25%P2O5,硫酸濃度為約20%H2SO4,反應溫度為80~100℃,分離半水石膏,濾洗液返回二水物結晶槽。   濕法磷酸的生產,目前仍以二水物流程為主,占世界生產能力的90%以上。原因是技術較為可靠、工藝操作條件的範圍寬、設備材料的腐蝕比較容易解決和投資低等。   熱法生產   熱法磷酸是黃磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷,再經水化製成。   (化學方程式:4P+5O2=2P2O5;P2O5+3H2O=2H3PO4)   1838年,首次製成工業用的黃磷,1855~1890年間在歐洲建立了黃磷的生產廠。20世紀40~50年代,美國和德國發展了黃磷和熱法磷酸的生產技術。60年代,美國曾計劃大量發展黃磷和熱法磷酸生產以用於肥料工業,旨在利用便宜的能源和運輸黃磷比較經濟的優點,後由于能源漲價,計劃未能實現。熱法磷酸比濕法磷酸濃度高,且產品純,但耗電量大,價格昂貴。在水電有富餘的地區,熱法磷酸具有發展前途。現在除了蘇聯有少量用於肥料生產外,熱法磷酸主要用於工業方面。1981年世界產量為3.145Mt(P2O5)。含硅高的磷礦,適宜於元素磷生產。含鐵、鎂和鋁雜質高的磷礦用於黃磷生產時,將使電耗增加、磷收率降低。   有兩種生產流程:一種是把燃燒和水化安排在同一塔內進行,液態磷從塔頂向下噴霧,空氣由塔頂吸入,磷在塔中燃燒,冷的磷酸噴入塔內,使五氧化二磷進行水化反應,一部分冷的磷酸從塔頂形成膜層沿壁向下流動,以保護塔壁。從塔底部抽出熱法磷酸送去冷卻后返回塔頂。另一種是把燃燒和水化分開在兩個塔內進行,在塔的外壁大量噴水以移除反應熱。   多磷酸生產   生產方法有熱法和濕法兩種。熱法多磷酸生產只需在熱法磷酸的生產過程中強化冷卻系統,使五氧化二磷在少量水的情況下水化即可。濕法多磷酸生產是將濃度為52%~54%P2O5的磷酸進一步脫水。有三種脫水工藝:浸沒燃燒脫水;膜式蒸發脫水;強制循環真空蒸發脫水。健康危害   蒸氣或霧對眼、鼻、喉有刺激性。口服液體可引起噁心嘔吐腹痛血便休克。皮膚或眼接觸可致灼傷慢性影響:鼻粘膜萎縮鼻中隔穿孔。長期反覆皮膚接觸,可引起皮膚刺激。

相關配料

  磷酸鹽調料   一、根據美國食品化學葯碘(FCC)磷酸鹽在食品工業中的功能可分為15類   (1)酸味劑:磷酸

磷酸鹽調料

(2)抗結塊劑:磷酸鈣   (3)抗氧化劑次磷酸鈣   (4)緩衝劑:磷酸氫二銨磷酸二氫銨、磷酸氫鈣、磷酸鈣、焦磷酸鈣、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、酸式焦磷酸鈉磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鈉、焦磷酸鈉   (5)麵團改良劑:磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸二氫鈣、磷酸氫鈣   (6)乳化劑:磷酸鉀、聚偏磷酸鉀、焦磷酸鉀、磷酸鋁鈉(鹼性)、偏磷酸鈉(不溶性)、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、聚磷酸鈉(玻璃質)、焦磷酸鈉   (7)硬化劑:磷酸二氫鈣   (8)保濕劑:聚偏磷酸鉀   9、發酵劑:磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、酸式焦磷酸鈉、磷酸鋁鈉(酸性)   10、營養劑:磷酸二氫鈣、磷酸氫鈣、磷酸鈣、焦磷酸鈣、磷酸鐵、焦磷酸鐵、磷酸氫鎂、磷酸鎂、次磷酸錳、焦磷酸鐵鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鈉、焦磷酸鈉   1(1)防腐劑:次磷酸鈉。   1(2)螯合劑:磷酸二氫鈣、磷酸、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、酸式焦磷酸鈉、偏磷酸鈉(不溶性),聚磷酸鈉(玻璃狀)。   1(3)改良澱粉添加劑:三偏焦磷酸、磷酸二氫鉀。   1(4)組織改良劑:焦磷酸鉀、三聚磷酸鉀、偏磷酸鈉(不溶性)、磷酸氫二鈉(玻璃質)、三聚磷酸鈉。   1(5)發酵食品:磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫鈣、磷酸二氫鈣、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀。   由上可看出:磷酸鹽在食品加工中的功能主要有兩點,一是品質改良劑,二是營養強化劑

健康危害

  蒸汽或霧對眼、鼻、喉有刺激性。口服液體可引起噁心、嘔吐、腹痛、血便或休克。皮膚或眼接觸可致灼傷。慢性影響:鼻粘膜萎縮、鼻中隔穿孔。長期皮膚接觸,可引起皮膚刺激。

燃爆危險特性、消防與泄漏應急處理

  本品不燃,具腐蝕性、刺激性,可致人體灼傷。遇金屬反應放出氫氣,能與空氣形成爆炸性混合物。受熱分解產生劇毒的氧化磷煙氣。具有腐蝕性。用霧狀水保持火場中容器冷卻。用大量水滅火。   隔離泄漏污染區,限制出入。建議應急處理人員戴防塵面具(全面罩),穿防酸鹼工作服。不要直接接觸泄漏物。小量泄漏:用潔凈的鏟子收集於乾燥、潔凈、有蓋的容器中。大量泄漏:收集回收或運至廢物處理場所處置。

急救措施

  皮膚接觸:立即脫去污染的衣著,用大量流動清水沖洗至少15分鐘。就醫。   眼睛接觸:立即提起眼瞼,用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫。   吸 入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸暢通。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。   食 入:用水漱口,給飲牛奶蛋清。就醫。

MSDS

  2.對環境的影響:   一、健康危害   侵入途徑:吸入、食入、經皮吸收。   健康危害:蒸氣或霧對眼、鼻、喉有刺激性。液體可致皮膚或眼灼傷。   慢性影響:鼻粘膜萎縮,鼻中隔穿孔。長期反覆皮膚接觸,可引起皮膚刺激。   二、毒理學資料及環境行為   毒性:屬低毒類。   急性毒性:LD501530mg/kg(大鼠經口);2740mg/kg(兔經皮)   刺激性:兔經皮595mg/24小時,嚴重刺激;兔眼119mg嚴重刺激。   危險特性:有腐蝕性。受熱分解產生劇毒的氧化磷煙氣。   燃燒(分解)產物:氧化磷。   3.現場應急監測方法:   4.實驗室監測方法:   空氣中:樣品用纖維素膜濾器收集,用水洗脫,再用比色法測定(NIOSH法)   分光光度法(NIOSH方法 216)   比色法(NIOSH方法 S333)   離子色譜(NIOSH方法 7903)   5.環境標準:   前蘇聯(1975)車間衛生標準 1mg/m3   6.應急處理處置方法:   一、泄漏應急處理   疏散泄漏污染區人員至安全區,禁止無關人員XX污染區,建議應急處理人員戴好防毒面具,穿化學防護服。不要直接接觸泄漏物,用沙土、乾燥石灰或蘇打灰混合,然後收集轉移到安全場所或以少量加入大量水中,調節至中性,再放入廢水系統。如大量泄漏,收集回收或無害處理后廢棄。   廢棄物處置方法:建議把廢料緩慢地加到鹼液-石灰水中,攪拌后,用大量水沖入下水道。   二、防護措施   呼吸系統防護:空氣中濃度超標時,必須佩帶防毒面具或供氣式頭盔。緊急事態搶救或逃生時,建議佩帶自給式呼吸器。   眼睛防護:戴化學安全防護眼鏡。   防護服:穿工作服(防腐材料製作)。   手防護:戴橡皮手套。   其它:工作后,淋浴更衣。單獨存放被毒物污染的衣服,洗后再用。保持良好的衛生習慣。   三、急救措施   皮膚接觸:脫去污染的衣著,立即用流動清水徹底沖洗。若有灼傷,按酸灼傷處理。   眼睛接觸:立即提起眼瞼,用流動清水或生理鹽水沖洗至少15分鐘。就醫。   吸入:脫離現場至空氣新鮮處。必要時進行人工呼吸。就醫。   食入:誤服者立即漱口,給飲牛奶或蛋清。就醫。   滅火方法:泡沫、二氧化碳、砂土、乾粉。 [3]