Phương pháp sản xuất axit photphoric

KỸ THUẬT PHẢN ỨNG HÓA HỌC

Ths.Nguyễn Thanh Liêm

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

1


THÀNH VIÊN

Lâm Thị Mỹ Hồng

NHÓM 10

Phạm Thị Hòa

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

2


GIỚI THIỆU VỀ H3PO4

• Công thức cấu tạo:
- Các liên kết trong H3PO4 là liên kết cộng hoá trị có cực.

- Trong phân tử H3PO4, P có số oxi-hoá là + 5.

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

3


GIỚI THIỆU VỀ H3PO4

• Tính chất vật lý:
- Acid photphoric là chất rắn tinh thể không màu
- Khối lượng riêng là 1,87 g/cm

3

- Nhiệt độ nóng chảy là 42,350C
0
- Phân huỷ ở 213 C. tan trong etanol, nước

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

4


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.

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

5


GIỚI THIỆU VỀ H3PO4

• Tính chất hóa học:
- Tính oxi hoá – khử:
+2

+5

+3

+6

Fe(OH)3 + H3PO4 = FePO4 + 3H2O

- Tác dụng bởi nhiệt:
H3PO4
(axit orthophotphoric)

Lớp D13HPT01



H2P2O7
(acid điphotphoric)



HPO3

(acid metaphotphori)

Nhóm 10

6


GIỚI THIỆU VỀ H3PO4

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

K1 = 7.10

+
2H2PO4 ↔ H + HPO4

K2 = 8.10

2+
3HPO4 ↔ H + PO4

–3
–6

–13
K3 = 4.10

 Do vậy H3PO4 là một đa acid và mang đầy đủ tính chất của một acid.
Lớp D13HPT01

Nhóm 10

7


GIỚI THIỆU VỀ H3PO4

• Làm quỳ tím hoá 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

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

8


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.

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

9


NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ACID PHOTPHORIC

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

10


1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP
1.1. Cơ sở lý thuyết:

• Trong phòng 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 công nghiệp:
- Điều chế H3PO4 bằng cách oxi hoá P trong không khí.
4P + 5O2 = 2P2O5
P2O5 + H2O = 2HPO3 Acid metaPhotphoric
HPO3 + H2O = H3PO4 Acid octoPhotphoric
Lớp D13HPT01

Nhóm 10

11


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)

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

12


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.

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

13


2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG PHƯƠNG
PHÁP ƯỚT
2.1 Nguyên liệu:
Nguyên liệu và hoá chất chính để sản xuất axít photphoric (42%P2O5) gồm:
- Quặng photphat(apatít) 32% P2O5.
- Axít sunfuric nồng độ 98%.

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

14


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

•

•

Quặng apatit

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

Axit sunfuric 98%

15


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 : Cô đặc axít

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

16


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

Chuẩn bị bùn quặng

Sấy,

Hạt

nghiền

(150m)

1.Axit H2SO4 98%

hỗn hợp photphat
(Axit photphoric

2. Lọc

loãng)

Phân hủy

0
85-90 C

Giai đoạn 2

Giai đoạn 1

Axit photphoric ngậm ½ H2O

Giai đoạn 4

Giai đoạn 5

Kết tinh
Cô đặc axit
Axit photphoric 52%

Axit photphoric
loãng

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

0

Nguội ở 55-60 C

Lọc

Axit photphoric

Loại bỏ gíp

Gíp ngậm 2H2O

Giai đoạn 3

17


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.

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

18

2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG PHƯƠNG
PHÁP ƯỚT
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình:

• Hàm lượng P2O5 thấp hơn tiêu chuẩn
• Tỷ lệ P2O5 cao thì tiêu tốn nhiều axit H2SO4
• Hàm lượng MgO cao sẽ không 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

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

19


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 mòn théo không rỉ
• Hàm lượng cao các chất hữu cơ trong quặng gây nên hiện tượng tăng bọt,tăng độ
nhớt và cản trở quá trình lọc

• CO2 tạo ra bọt trong thiết bị phân hủy. Ảnh hưởng của flo đến sự đóng cặn, ăn mòn và kết tủa

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

20


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 mòn thiết bị.

• Stronti (Sr) và các nguyên tố đất hiếm dãy lantanoit có trong một số loại quặng photphat có thể gây ra trở
ngại trong sản xuất axit photphoric

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

21


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 công 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.

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

22


3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG PHƯƠNG
PHÁP KHÔ
3.1 Nguyên liệu:
Nguyên liệu dùng để sản xuất axit photphoric gồm photpho, không 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 không khí.
• Giai đoạn 3: Ngưng tụ, hấp thụ tạo axít có nồng độ yêu cầu.

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

23


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

+ Bột than

Ca3P2

mịn

0
1500 C

tricanxiphotphua

+ SiO2

+ Ca3(PO4)2 dư

Pherophotpho

P (hơi) + CaO (xỉ)

Ngưng tụ

Photpho oxit
(P4O10)

+ O2 dư

P4

Canxisilicat

( màu vàng)

Làm nguội
Axit H3PO4

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

24


3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT PHOTPHORIC BẰNG PHƯƠNG
PHÁP KHÔ

• Phương trình phản ứng:
Ca3(PO4)2 + 8C → Ca3P2 + 8CO
3Ca3(PO4)2 + 5Ca3P2 → 4P4 + 24CaO
CaO + SiO2 → CaSiO3
4Ca3(PO4)2 + 4Ca3P2 + SiO2 +8C → 4P4 + 23CaO + CaSiO3 + 8CO↑
P4 + 5O2 → P4O10 + 3025kJ.
P4O10 + 6H2O → 4H3PO4 + 378kJ

Lớp D13HPT01

Nhóm 10

25