磷酸

磷酸
           磷酸
  磷酸(H3PO4),是一种常见的无机酸,属中强度酸。通常所说的磷酸是指正磷酸,为无色透明斜方晶系晶体。熔点为42.35℃。密度1.874g/cm3。(26℃)。富潮解性,能溶于水和乙醇。具有酸的通性,能与碱、碱氧化物、无机盐反应。其酸性较硫酸盐酸硝酸为弱,但较醋酸硼酸等弱酸为强。无氧化能力。市售磷酸浓度为85%,无色透明,粘稠、无臭味,密度1.7g/cm3。加热到200℃失去水分而成焦磷酸,加热到300℃失去一分子水生成偏磷酸。对皮肤有腐蚀性。主要用于制药、食品、肥料等工业,也可用作化学试剂。

简介

  磷酸,广义上是正磷酸、焦磷酸、聚磷酸和偏磷酸的总称。商业上,仅指正磷酸(H3PO4)。纯的磷酸为白色单斜结晶,密度1.834g/cm2。熔点42.35℃。沸点213℃。溶于水和乙醇。在P2O5-H2O二元系统中,只有在P2O5含量低于69%。(相当于95%H3PO4)时,才全部呈正磷酸(H3PO4)形态存在。对于100%的H3PO4(相当于含P2O572.4%),其中约有12.7%的P2O5呈焦磷酸(H4P2O7)形态存在。正磷酸有一种水合物,称为半水物磷酸(H3PO4·1/2H2O),熔点29.3℃正磷酸与水有一种低熔混合物,它含P2O562.5%,冰点为-85℃。正磷酸的生产方法有热法和湿法两种。也可用盐酸-溶剂萃取法生产。它是无机酸中仅次于硫酸居第二位的大宗产品,主要用于制取化学肥料、洗涤剂、食品和饲料添加剂、牙膏、阻燃剂等工业所需的各种磷酸盐。食用磷酸主要作酸味剂,发酵工业酵母营养源。高纯磷酸主要用于半导体工业中除去硅片和集成线路产品中的杂质。

基本资料

  CAS号:7664-38-2
  中文名称:磷酸
  英文名称:Phosphoric acid
  别名名称:正磷酸,一缩原磷酸,缩原磷酸
  分子式:H3PO4
  分子量:97.99
  结构式:
  性状:透明无色黏稠溶液,无臭,味很酸。一般含量85%~95%。继续浓缩可得无色柱状晶体
  密度(g/mL 25℃):1.834
  相对蒸汽密度(g/mL,空气=1):3.4
  熔点(℃):42.35
  沸点(℃,1mmHg):213
  折射率(n20/D):1.433
  饱和蒸气压(kPa,60℃):0.67
  溶解性:可与水和乙醇混溶。能与碱、碱氧化物、无机盐反应

化学性质

  磷酸是一种中等强度的三元酸,不易挥发,不易分解,不属于氧化性酸。
  由于磷酸是三元酸,所以分子里有三个可以电离的氢原子,因此它可以形成一种正盐,两种酸式盐,如与NaOH反应时,物质的量之比不同反应产物不同,方程式如下:
  NaOH+H3PO4===NaH2PO4+H2O
  (磷酸二氢钠)
  2NaOH+H3PO4===Na2HPO4+2H2O
  (磷酸氢二钠)
  3NaOH+H3PO4===Na3PO4+3H2O
  (磷酸钠)

分子结构数据

  摩尔折射率:13.52
  摩尔体积(m3/mol):45.2
  等张比容(90.2K):154.4
  表面张力(dyne/cm):136.3
  极化率(10-24cm3):5.36

稳定性

  1、溶于水、乙醇并放热。具潮解性。其酸性较硫酸、盐酸和硝酸等强酸为弱,但较醋酸、硼酸等弱酸为强。经高温加热约200℃便失水成焦磷酸,超过300℃为偏磷酸。有腐蚀性。受热分解产生剧毒的氧化磷烟气。接触强腐蚀剂,放出大量热量,并发生溅射。
   2、能刺激皮肤,引起皮炎、破坏肌体组织。浓磷酸在瓷器中加热时有浸蚀作用。有吸湿性。

合成方法

  工业生产方法有湿法和热法。前者制得磷酸浓度较低,而且含杂质较多,需要进行净化。如以酮-醇混合物为萃取体系精制湿法磷酸,经萃取-洗涤-反萃取和钡盐沉淀净化的工艺流程,已生产出合格的85%工业磷酸。后者制得磷酸浓度和纯度都高,但耗电量大、投资和成本较高。湿法是用酸分解磷矿石制得。此法分为硫酸法、盐酸法、硝酸法和硫酸氢铵法。常用为硫酸法。硫酸法由于反应温度和制得磷酸浓度不同,在磷酸水溶液中硫酸钙晶体有三种不同形式,按其生产工艺分为“二水物”流程、“半水物”流程、“无水物”流程,近年还出现“半水-二水物”流程和“二水-半水物”流程等。
  湿法(硫酸法)
  二水物流程将磷矿石粉碎至80~100目后,加入萃取槽,再加人淡磷酸和返酸以维持料浆的液固比为(2.5~3.5):1(重量比),并调节磷酸浓度。把硫酸按理论量的102%~104%加入萃取槽,与磷矿粉于75~85℃进行萃取反应4~8h。反应后的料浆经过滤,滤液即为磷酸,浓度一般在20%~25%P2O5,其中一部分返回萃取槽调节液固比,另一部分送去蒸发浓缩,制得磷酸成品。其滤渣经多次洗涤后排出,其磷石膏用于制造硫酸的原料,洗液返回萃取槽用。
  热法
  热法磷酸的生产有酸冷流程、水冷流程和喷射除雾流程,现分述如下:酸冷流程将黄磷在熔磷槽内熔化成液体,经磷喷嘴送人燃烧水合塔,同时用压缩空气(一次空气)将磷雾化,使磷氧化燃烧生成五氧化二磷。为了使磷氧化完全,在塔顶还需补充二次空气。在塔顶沿塔壁淋洒30~40℃的循环磷酸,使五氧化二磷气体冷却,同时与水合成磷酸。排出的气体进入电除雾器以回收磷酸,再经冷却至30~40℃后,大部分作循环磷酸返回燃烧水合塔,小部分作磷酸成品。其水冷流程将黄磷熔化后,用泵把液态磷送人燃烧室,同时用压缩空气使磷雾化,并补充二次空气,使磷在燃烧室内进行氧化。产生气体温度为800℃左右,在室外用水冷却,使壁温保持80~125℃。从燃烧室出来的气体进入石墨制的气体冷却器,气体经冷却至80℃时进入水合塔,在塔中分三层喷水冷却,并水合成磷酸成品。尾气冷却至100℃以下,经电除雾器排入大气。喷射除雾流程将液态黄磷经磷喷嘴送入燃烧水合塔,同时用压缩空气使磷雾化,燃烧生成的五氧化二磷立即与水形成磷酸酸雾。将酸雾经热交换器冷却后被喷射除雾器吸人,酸雾在喷射器喉部碰撞,凝集成大颗粒后在旋风分离器内回收,配制成85%H3PO4,制得磷酸成品。
  制法:以热法还原所生产的工业磷酸为原料,加热至80℃左右,然后通入硫化氢气体达到饱和,密闭静置,使硫化砷和硫化铅沉淀完全,过滤。加热滤液不超过150℃,蒸发,以除去硫化氢和氯化氢气体,浓缩至相对密度等于1.90为止。如需进一步提高质量,可先用上述磷酸用水稀释至相对密度为1.06以下,过滤、蒸发、浓缩至相对密度为1.70(20℃) ,冷却,得到的是松散的含水试剂磷酸。
  ① 黄磷气化后导入空气或过热水蒸气使其氧化,生成五氧化磷,用水吸收,经除砷而得。
  ② 用硝酸使磷氧化而得。
  ③ 磷酸三钙 ( 骨灰)与稀硫酸共热,经分解后,滤出滤液,再浓缩而得。

应用领域

  磷酸在水处理领域主要用作软水剂、水垢清洗剂,以及用作磷系水处理剂的生产原料等。磷酸还有许多其他用途,高纯磷酸可用于制作无氟饲料;在电镀工业中用作抛光剂;印刷工业中用作去污剂。乙烯合成与过氧化氢的精制过程中用作酸化剂;饮料生产中用作酸化剂和调味剂;染料工业中用作干燥剂。纺织印染业中用作印染媒染剂,丝绸的光泽剂;日化工业中用作洗涤剂助剂,用于安全火柴的制造;制糖业中用作澄清剂;分析化学中用作分析试剂等。
  1、医药工业用于制造甘油磷酸钠、磷酸铁、磷酸锌等,磷酸锌常作为牙科补牙用黏合剂。
  2、在硅平面管和集成电路生产中,普遍以铝膜作电极引线,需要对膜进行光刻,用磷酸作酸性清洗腐蚀剂。可与乙酸配制使用。
  3、湿法磷酸主要用于制造各种磷酸盐,如磷酸铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠,磷酸三钠等和缩合磷酸盐类。
  4、精制磷酸用于制饲料用磷酸氢钙。用于金属表面磷化处理,配置电解抛光液和化学抛光液。医药工业用于制造甘油磷酸钠、磷酸铁等,也用于制造磷酸锌作为牙科补牙用黏合剂。用作酚醛树脂缩合的催化剂,染料及中间体生产用的干燥剂。印刷工业用于配制去胶印彩版上污点的清洗液。还用于配置火柴梗浸渍液。冶金工业用于生产磷酸耐火泥,提高炼钢炉寿命。磷酸盐能在水泥颗粒表面形成“不溶性”的磷酸钙作为缓凝剂。
  5、用作分析试剂,如分解样品,作配合掩蔽剂、沉淀剂。还用于制金属防锈剂、电镀抛光剂、印刷去污剂、化工生产中的催化剂、干燥剂及软水剂。电子工业用橡胶浆凝固剂。

贮存方法

  1、应贮存在阴凉、通风、干燥的库房内。容器必须密封。
  2、制药用磷酸应用玻璃瓶或聚乙烯塑料桶包装,并应外套木箱,桶 ( 瓶)和木箱之间须用防震材料填实。磷酸属于二级腐蚀性物品。
  3、不可与碱性、有毒及腐蚀性物品共贮混运。装卸时要轻拿轻放,防止包装破裂。