Фосфорная кислота

Более точное название ортофосфорная кислота, химическая формула H3PO4, в чистом виде представляет собой бесцветные гигроскопичные ромбовидные кристаллы, имеющие температуру плавления 42,3°С. Но в таком виде ее можно встретить очень редко, поэтому фосфорной кислотой называют 75% или 85% водный раствор фосфора. Фосфорная кислота может смешиваться с водой в любых соотношениях, в результате чего образуются немного кисловатые растворы. Таким образом, фосфорная кислота, которую мы привыкли видеть - это бесцветная густая жидкость без запаха, при охлаждении которой выпадает полугидрат Н3РО4 * 0.5 Н2О.

В нормальных условиях она малоактивна и вступает в реакцию только с гидроксидами, карбонатами и некоторыми металлами. При нагревании до температуры свыше 80°С реагирует с неактивными оксидами, силикатами и кремнеземом. Также фосфорная кислота при нагревании теряет воду, образуя вначале пирофосфорные, а затем - метафосфорные кислоты. 

Характеристики водных растворов фосфорной кислоты

Фосфор - незаменимый элемент для всего живого на Земле, начиная от микроорганизмов и простейших растений до человека. Он играет важнейшую роль для роста костей, зубов, панцирей, когтей и т.д. В живых организмах содержится только в виде ортофосфат-анионов или в виде органических эфиров фосфорной кислоты.

Применение 

Область применения всевозможных соединений фосфора огромна:
- Производство удобрений, для чего используется основная доля всей производимой фосфорной кислоты. Ежегодно только для производства удобрений во всем мире используется более 100 млн.тонн (90%) фосфоросодержащей руды. Основные производители удобрений данного типа- Россия, США и Марокко, основными потребителями являются практически все страны Западной Европы, Азии и Африки.

Растения потребляют этот элемент из солей фосфорной кислоты в виде анионов (H2PO4- или HPO42-), а также из солей полифосфорных кислот после гидролиза. Растения используют фосфор для построения семян и плодов, т.е. фактически самых важных своих частей. Также благодаря фосфорной кислоте повышается зимостойкость растений и их устойчивость к засухе и другим неблагоприятным условиям. Особенно важно применение фосфорных удобрений в северных районах с коротким вегетативным периодом. Благотворное  влияние она оказывает и на почву, способствуя развитию почвенных бактерий.

- Звероводство. Фосфорная кислота незаменима для профилактики повышенной кислотности желудка и мочекаменной болезни.

- Пищевая промышленность. Разбавленная фосфорная кислота применяется для придания вкуса сиропам, мармеладам, газированным напиткам. Она зарегистрирована как пищевая добавка Е338. Соли фосфорной кислоты входят в состав пекарского порошка, улучшая вкус хлебобулочных изделий.

- Деревообрабатывающая промышленность. Раствор фосфорной кислоты и ее соли используют для пропитки древесины, в результате чего она становится негорючей.

- Производство бытовой химии и стройматериалов. С использованием фосфорной кислоты выпускаются огнезащитные лакокрасочные материалы: эмали, лаки, пропитки и т.д., негорючий фосфатный пенопласт, древесные плиты и другие стройматериалы.

Соли фосфорной кислоты используют для смягчения воды, они входят в состав моющих и чистящих средств, средств для борьбы с накипью.

Способы производства 

Фосфорную кислоту в небольших количествах легко получить в лабораторных условиях путем окисления фосфора раствором азотной кислоты (32%). В промышленности ее получают экстракционным и термическим способами.

Экстракционный способ получения фосфорной кислоты является более экономичным. Он основан на разложении природных фосфатов различными кислотами, в основном - серной, а также, хотя и в гораздо меньшей степени, азотной и соляной. Суть этого метода - экстрагирование P2O5 в виде H3PO4. Для этого фосфаты обрабатывают H2SO4, а полученную пульпу фильтруют от осадка сульфата Ca, получая таким образом чистую фосфорную кислоту.

К сырью для производства фосфорной кислоты предъявляются очень высокие требования: природные фосфаты с высоким содержанием карбонатов, соединений Al, Mg, Fe, и других органических веществ - непригодны! В России и странах СНГ для производства фосфорной кислоты обычно используют Хибинский апатитовый концентрат и фосфориты Каратау.

Термический способ, при котором получается наиболее чистая фосфорная кислота, включает в себя стадии сжигания элементного фосфора, гидратацию P4O10 и абсорбцию его водой или кислотой, конденсацию и улавливание из газовой фазы тумана. В зависимости от того, какой принцип охлаждения газов применяется, термический способ  получения кислоты бывает трех видов: испарительный, теплообменно-испарительный или циркуляционно-испарительный. На отечественных предприятиях обычно используют технологию с циркуляционно-испарительным способом охлаждения.