Phương pháp sản xuất axit photphoric

KỸ THUẬT PHẢN ỨNG HÓA HỌC
Ths.Nguyễn Thanh Liêm


THÀNH VIÊN

Lâm Thị Mỹ Hồng

NHĨM
10
Phạm Thị Hịa


GIỚI THIỆU VỀ H3PO4
• Cơng thức cấu tạo:
- Các liên kết trong H3PO4 là liên kết cộng
hố trị có cực.
- Trong phân tử H3PO4, P có số oxi-hố là
+ 5.


GIỚI THIỆU VỀ H3PO4
• Tính chất vật lý:
- Acid photphoric là chất rắn tinh thể không màu
- Khối lượng riêng là 1,87 g/cm3
- Nhiệt độ nóng chảy là 42,350C
- Phân huỷ ở 2130C. tan trong etanol, nước


GIỚI THIỆU VỀ H3PO4
- Trong cấu trúc tinh thể của nó gồm có những nhóm tứ diện

PO4, liên kết với nhau bằng liên kết hidro.
Acid orthophotphoric tan trong nước đó được giải thích
bằng sự tạo thành liên kết hidro giữa những phân tử H3PO4 và
những phân tử H2O.


GIỚI THIỆU VỀ H3PO4
• Tính chất hóa học:
- Tính oxi hoá – khử:
- Tác dụng bởi nhiệt:
H3PO4

+3

 H2P2O7

(axit orthophotphoric)

Fe(OH)3 + H3PO4 = FePO4 + 3H2O
+2 +6
+5


HPO3

(acid điphotphoric)

(acid metaphotphori)

GIỚI THIỆU VỀ H3PO4
- Tính acid:
Khi H3PO4 tan nhiều trong nước và phân ly theo 3 nấc:
H3PO4 ↔ H+ + H2PO4-

K1 = 7.10–3

H2PO4- ↔ H+ + HPO42- K2 = 8.10–6
HPO42- ↔ H+ + PO43-

K3 = 4.10–13

 Do vậy H3PO4 là một đa acid và mang đầy đủ tính chất của một acid.


GIỚI THIỆU VỀ H3PO4
• Làm quỳ tím hố đỏ hoặc hồng.
• Phản ứng với oxit bazo:
H3PO4 + Na2O  Na3PO4 + H2O
• Phản ứng với bazo:
NaOH + H3PO4 ----> NaH2PO4 + H2O
2NaOH + H3PO4 ----> Na2HPO4 + 2H2O
3NaOH + H3PO4 ----> Na3PO4 + 3H2O


GIỚI THIỆU VỀ H3PO4
• Phản ứng với kim loại:
H3PO4 + Fe  Fe3(PO4)2 + H2
• Phản ứng với muối:
H3PO4 + NaCl  NaH2PO4 + HCl

• Lưu ý: khi phản ứng với oxit bazo hay bazo, tuỳ theo lượng chất mà
sản phẩm là muối trung hoà, muối acid hoặc là hỗn hợp muối.


NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT
ACID PHOTPHORIC


1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP
1.1. Cơ sở lý thuyết:
• Trong phịng thí nghiệm:
Axit photphoric được điều chế bằng cách dùng HNO3 đặc oxi hóa photpho ở nhiệt độ cao:
P + 5 HNO3 → H3PO4 + 5 NO2 + H2O
• Trong cơng nghiệp:
- Điều chế H3PO4 bằng cách oxi hố P trong khơng khí.
4P + 5O2 = 2P2O5
P2O5 + H2O = 2HPO3 Acid metaPhotphoric
HPO3 + H2O = H3PO4 Acid octoPhotphoric


1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP
- Điều chế H3PO4 bằng phương pháp trích li là phân huỷ quặng photphorit hoặc quặng aptit bằng axit
sunfuric đặc. Để thu được H3PO4 có độ tinh khiết cao hơn và nồng độ cao hơn, người ta điều chế bằng
phương pháp nhiệt.
Ca5(PO4)3F+ 5H2SO4+ 2,5H2O  3H3PO4+5CaSO4.0,5H2O+HF (1)
2NH4H2PO4+H2SO4 (NH4)2SO4+2H3PO4 (2)


1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP
1.2.Nguyên liệu

-Nguyên liệu gốc để sản xuất axit phot phoric là quặng photphat như
apatit Ca5(PO4)X, photphorit Ca3(PO4)2 hoặc than xương chứa nhiều
photphat.
- Nguyên liệu thứ cấp là photpho nguyên tố.
 Như vậy nguyên liệu chủ yếu để sản xuất là quặng photphat như apatit,
và axit sunfuaric.


2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ƯỚT

2.1 Ngun liệu:
Ngun liệu và hố chất chính để sản xuất axít photphoric
(42%P2O5) gồm:
- Quặng photphat(apatít) 32% P2O5.
- Axít sunfuric nồng độ 98%.


2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ƯỚT

• Quặng apatit

• Axit sunfuric 98%


2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ƯỚT
2.2 Quy trình sản xuất:
• Giai đoạn1 : Chuẩn bị bùn quặng

• Giai đoạn 2 : Phân huỷ
• Giai đoạn 3 : Kết tinh
• Giai đoạn 4 : Lọc
• Giai đoạn 5 : Cơ đặc axít


2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ƯỚT

Chuẩn bị bùn
quặng

Sấy,
nghiền

Hạt
(150m)

1.Axit H2SO4 98%
2. Lọc

hỗn hợp photphat
(Axit photphoric
loãng)
Phân
hủy 85-900C

Giai đoạn 1

Giai đoạn 5

Giai đoạn 4

Axit photphoric
ngậm ½ H2O
Kết tinh

Axit
photphoric
52%

Cơ đặc axit

Axit
photphoric
lỗng

Lọc
Loại bỏ gíp

Giai đoạn 2

Nguội ở 55-600C

Axit photphoric
Gíp ngậm 2H2O

Giai đoạn 3

2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ƯỚT

• Phương trình phản ứng:
Ca3(PO4) + CaF2 + 10H2SO4 → 6H3PO4 + 10CaSO4 + nH2O +2HF

 Vậy, quá trình sản xuất axit photphoric sẽ phát sinh chất
thải gồm khí thải HF, SiF4 và chất thải rắn CaSO4.2H2O.


2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ƯỚT
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình:
• Hàm lượng P2O5 thấp hơn tiêu chuẩn
• Tỷ lệ P2O5 cao thì tiêu tốn nhiều axit H2SO4
• Hàm lượng MgO cao sẽ khơng tốt
• Hàm lượng oxit Fe2O3 + Al2O3 lớn hơn 2-3% thì giảm năng suất
và hiệu suất thu hồi P2O5
• Silic có trong quặng sẽ tác dụng với HF


2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ƯỚT
• Silic có trong quặng sẽ tác dụng với HF. Hàm lượng clo trên 0,03% gây nên ăn mịn théo khơng rỉ
• Hàm lượng cao các chất hữu cơ trong quặng gây nên hiện tượng tăng bọt,tăng độ nhớt và cản trở q
trình lọc
• CO2 tạo ra bọt trong thiết bị phân hủy. Ảnh hưởng của flo đến sự đóng cặn, ăn mòn và kết tủa


2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG

PHƯƠNG PHÁP ƯỚT
• Một vài loại quặng photphat chứa các sunfua sẽ tạo thành hyđro
sunfua (H2S), khí này có chiều hướng làm tăng độ ăn mịn thiết bị.
• Stronti (Sr) và các ngun tố đất hiếm dãy lantanoit có trong một số loại
quặng photphat có thể gây ra trở ngại trong sản xuất axit photphoric


2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ƯỚT
• Hàm lượng cao của tạp chất độc hại trong quặng
• Nếu quặng có độ cứng cao thì cơng suất nghiền phải lớn hơn.
Quặng có độ phong hóa và hoạt tính thấp thì cần phải nghiền mịn hơn.
• Khả năng lọc bùn axit là một trong những đặc tính quan trọng của quặng
photphat trong sản xuất axit photphoric
• Hàm lượng H2SO4 75% thích hợp để đạt hiệu suất phân huỷ quặng cao nhất.


3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP KHƠ
3.1 Nguyên liệu:
Nguyên liệu dùng để sản xuất axit photphoric gồm photpho, khơng khí và nước.
3.2 Quy trình sản xuất:
• Giai đoạn 1: Điều chế phốt pho bằng phương pháp nhiệt hóa học.
• Giai đoạn 2: Đốt phốt pho với oxi trong khơng khí.
• Giai đoạn 3: Ngưng tụ, hấp thụ tạo axít có nồng độ u cầu.


3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP KHƠ
Quặng Ca3(PO4)2

đã nghiền mịn

+ Bột than
15000C

Ca3P2
tricanxiphotphua

+ Ca3(PO4)2
dư

P (hơi) + CaO
(xỉ)

+ SiO2

Pherophotpho

Ngưng tụ

Photpho oxit
(P4O10)
Làm nguội
Axit H3PO4

+ O2 dư

P4
( màu vàng)

Canxisilicat


3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG
PHƯƠNG PHÁP KHƠ
• Phương trình phản ứng:
Ca3(PO4)2 + 8C → Ca3P2 + 8CO
3Ca3(PO4)2 + 5Ca3P2 → 4P4 + 24CaO
CaO + SiO2 → CaSiO3
4Ca3(PO4)2 + 4Ca3P2 + SiO-2 +8C → 4P4 + 23CaO + CaSiO3 + 8CO↑
P4 + 5O2 → P4O10 + 3025kJ.
P-4O10 + 6H2O → 4H3PO4 + 378kJ