اسید فسفریک اسیدی سه ظرفیتی است که در دمای محیط غیرفعال بوده و در مقایسه با اسیدهایی همچون اسید استیک، اسید بوریک، اسید اگزالیک اسیدی قویتر و از اسیدهای نیتریک، اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک ضعیف تر است.
اسید فسفریک در بین اسیدها بعد از اسید سولفوریک رتبه دوم تولید در سطح جهانی را به خود اختصاص داده است که با در نظر گرفتن این تولید بالا می توان گفت از پرمصرف ترین مواد شیمیایی در صنایع مختلف است. کاربردهای مختلفی را می توان برای این اسید درنظر گرفت که معمولا اسید فسفریک را در گروه مواد اولیه مورد نیاز برای تولید مواد دارویی، کودهای شیمیایی و سموم، پاک کننده های فرآورده های غذایی و مکمل غذای دام و طیور در نظر میگیرند.
همان طور که خواهیم گفت اسید فسفریک را به دو روش حرارتی و مرطوب می توان تولید نمود. در روش حرارتی با وجود اینکه خلوص فسفریک اسید حاصل بالا است ولی به دلیل گران بودن این فرآیند تنها برای مصرف در صنایع غذایی و دارویی و مواد پاک کننده که حساسیت بالایی دارند و کیفیت امری بسیار مهم است، استفاده می شود. درنتیجه طبق آمار می توان گفت حدود 60% اسید فسفریک مصرفی در صنعت به روش مرطوب تولید می شود.
اغلب اسید تولید شده به روش مرطوب را اسید فسفریک صنعتی نامیده و از آن در تولید کودهای شیمیایی و مکمل خوراک دام و طیور استفاده می شود. مسئله ای که در تولید اسید به روش مرطوب بسیار اهمیت دارد، غلظت ناخالصی ها در اسید تولید شده است، زیرا اگر غلظت ناخالصی ها بیشتر از حد استاندارد باشد در گیاهان و گوشت دام و طیور ذخیره شده و به هنگام مصرف وارد بدن انسان می شود.
صنعت فسفات از اواسط قرن نوزدهم میلادی و با ساخت کودهای فسفاته مطرح شد. همان طور که میدانید فسفر از اجزاء اصلی تشکیل دهنده ساختار موجودات زنده به شمار میرود و از قدیم استفاده از استخوان و ماهی به عنوان کودهای طبیعی رایج بوده است. در قرن نوزدهم از طریق واکنش سولفوریک اسید با استخوان یا منابع معدنی فسفات تلاش شد غلظت بیشتری از فسفر در دسترس قرار بگیرد.
در اوایل قرن نوزدهم از استخوان حیوانات برای تولید کود فسفات استفاده میشد که افزایش تقاضا برای این کودها باعث شد از استخوان انسان ها نیز جهت تولید کودها استفاده شود. در این روش برای تولید کود پس از آسیاب کردن استخوان ها آن ها را با اسید سولفوریک، نمک پتاسیم و سولفات آلومینیوم مایع واکنش می دهند.
در سال 1840 از ترکیب سنگ فسفات با اسید سولفوریک برای اولین بار کود شیمیایی سوپرفسفات حاصل شد و تولید تجاری آن در سال 1842 در انگلیس آغاز شد. کود تریپل سوپرفسفات نیز مربوط به زمان تولید اسید فسفریک است که برای اولین بار در سال 1870 در آلمان تولید شد. بیشترین کاربرد این محصول به تصفیه شکر اختصاص یافت. درنهایت نیز اسید فسفریک در بیشتر کشورهای جهان به روش مرطوب و با درصد خلوص بالا تولید می شود. لازم به ذکر است که حدود 90% تولید فسفریک اسید برای ساخت کودهای شیمیایی مختلف استفاده می شود.
یکی از کاربردهای مهم اسید فسفریک استفاده از آن در غذاهای خوراکی به منظور ایجاد طعم در غذا است. با در نظر گرفتن این امر که فسفریک اسید را می توان به صورت انبوه و قیمت بسیار مناسب به صورت صنعتی تولید نمود ؛ جایگزین کردن آن با چاشنی های طبیعی خوراکی مانند اسید سیتریک با قابلیت ایجاد طعم ترش و یا زنجبیل با ایجاد طعم تند در غذاها، منطقی خواهد بود. درنتیجه می توان گفت اسید فسفریک یکی از مواد اصلی موجود در انواع نوشابه های گازدار و غذاهای اسیدی است.
در محصولات لبنی از این اسید به منظور تنظیم PH محیط و کنترل میزان پروتئین استفاده می شود. همچنین افزودن فسفات های مشتق شده از اسید فسفریک خوراکی به محصولات لبنی محصولی با کیفیت بالاتر و ماندگاری بیشتر را تولید می نماید.
در فرایند تولید شکر از نیشکر، برای تصفیه شربت حاصل از نیشکر از فسفریک اسید استفاده می شود.
در مراحل تولید روغن های نباتی نیز اسید فسفریک را با هدف تمیز کردن کاتالیزورها و جدا کردن باقیمانده مواد حاصل از صمغ گیری با سود مایع به کار می برند.
می توان از ترکیب اسید فسفریک با جوش شیرین، بیکینگ پودر تولید نمود که ماده ای پرمصرف در شیرینی پزی و نانوایی است.
اغلب محصولات گوشتی را برای حفظ رطوبت و ایجاد طعم بهتر در آن ها در محلول های نمکی که حاوی فسفریک اسید یا نمک های فسفاته هستند، قرار میدهند. ازجمله این نمک های فسفاته، هگزامتا فسفات، سدیم فسفات، تی سدیم فسفات و دی کلسیم فسفات ها هستند.
علاوه براین، اسید فسفریک را می توان برای تامین فسفر، کلسیم و نیتروژن غیرپروتئینی مورد نیاز در خوراک دام و طیور استفاده نمود. به عبارت دیگر، از گرید خوراکی این اسید جهت تامین مواد مغذی خوراک دام و طیور و به صورت کلسیم فسفات ها و اسید فسفریک، فسفات سدیم و آمونیوم فسفات های جامد استفاده می شود.
همان طور که میدانید سختی آب یکی از معضلات شایع در زمینه منابع آبی است. آب سخت آبی است که مقدار مواد معدنی زیادی را در خود دارد و این مواد معدنی اغلب شامل یون های کلسیم، منیزیم، کاتیون های فلزی و دیگر ترکیبات می شود. از مشکلاتی که آب سخت می تواند به همراه داشته باشد، تشکیل رسوبات غیرقابل حل با صابون و مواد شوینده و ایجاد لک بر روی لباس ها است، یا حتی آب سخت مانع از کف کردن مواد شوینده می شود.
به منظور نرم کردن آب و بهبود در کارایی مواد شوینده، در شوینده ها از اسید فسفریک استفاده می شود. به عبارت دیگر، نمک های فسفات این اسید در مواد شوینده به عنوان بیلدر و با هدف نرم کردن آب مصرف می شود. ترکیبات فسفر موجود در شوینده ها با کاتیون های موجود در آب، کمپلکس تشکیل داده و از واکنش آن ها با صابون و ایجاد رسوبات مزاحم جلوگیری میکند.
با توجه به اینکه فسفر ازجمله عناصر ضروری در رشد گیاهان به شمار می رود، می توان گفت بخش قابل ملاحظه ای از اسید فسفریک تولید شده در تولید کودهای آمونیوم فسفات مصرف می شود. غنی کردن خاک ها با کودهای فسفاتی رشد گیاهان را افزایش میدهد و همچنین می توان گفت افزایش غلظت فسفات ها در سطح آب بر رشد گیاهان آبزی تاثیر مثبت دارد.
البته گفتنی است وجود کودهای فسفات در آب ها و رشد گیاهان آبزی به دلیل وجود آنها، گاهی مرگ گیاهان را به همراه دارد. گیاهان مرده نیز برای تجزیه شدن، اکسیژن موجود در آب را مصرف کرده و درنتیجه حیات موجودات آبزی به خطر می افتد. با توجه به موارد گفته شده استفاده بیش از حد از کودها برای گیاهان و حتی ریختن فاضلاب های حاوی فسفات ها می تواند برای محیط زیست مشکلاتی را ایجاد نماید و این امر نیاز به رعایت کردن اصول و استانداردهای تعریف شده دارد.
برای برطرف کردن زنگ آهن ایجاد شده روی ابزارهای آهنی یا فولاد و تبدیل این آهن به فسفات های محلول می توان از اسید فسفریک استفاده کرد. این فسفات آهن به فسفات آهن سیاه شده تبدیل می شود و جالب است بدانید که این محصول به عنوان یک عامل ضدخوردگی شناخته شده است. با توجه به این خاصیت اغلب از آن درساخت انواع اسلحه استفاده می شود و می توان گفت علت رنگ سیاه اکثر اسلحه ها روکش فسفات آنها است.
علاوه بر اسلحه از محلول های فسفاته با هدف جلوگیری از خوردگی وسایلی همچون هواپیما، کشتی، ماشین آلات جنگی و دیگر وسایل نقلیه استفاده می شود.
در ساخت آسپرین، اسید فسفریک به دلیل دارا بودن یون هیدروژن فراوان و آلایندگی کمتر نسبت به اسیدهای دیگر به عنوان کاتالیزگر مناسبی معرفی شده است. دیگر کاربرد این اسید در پزشکی به عنوان عامل تمیزکننده و زبر کننده سطح دندان به ویژه برای بخش هایی از دندان که وسایل دندانپزشکی در آن به کار رفته، است.
خمیردندان نیز ازجمله محصولات عرضه شده در زمینه سلامت دندان است که در تولید آن از دی کلسیم فسفات، سدیم فسفات، کلسیم پیرو فسفات و تری کلسیم فسفات به عنوان براق کننده دندان استفاده می شود. علاوه بر خمیر دندان، در ساخت دهان شویه ها از دی آمونیوم فسفات استفاده می شود.
اسید فسفریک را می توان به دو روش حرارتی و روش تر تولید نمود. روش حرارتی محصولی با درجه خلوص بالا تولید میکند و قیمت تمام شده آن نیز نسبت به روش تر بالاتر است. فسفریک اسید تولید شده به روش تر را بیشتر برای تولید کودهای شیمیایی و خوراک دام و طیور به کار می برند و البته از طریق تصفیه این اسید می توان آن را برای گرید خوراکی مناسب نمود.
در روش حرارتی یا خشک، فسفر عنصری در مجاورت هوای اضافی به اکسید فسفر تبدیل می شود. این اکسید با جذب گرمای نهان سوخت و هیدراته شدن، اسید فسفریک را تولید می نماید. نکته قابل توجه این است که غلظت اسید حاصل به میزان آب مصرف شده و میزان قدرت خنک کنندگی سیستم وابسته است.
روش های مختلفی برای خنک کردن محفظه احتراق مانند دیواره خیس، دیواره خنک شونده با آب و دیواره خنک شونده با هوا وجود دارد. در روش دیواره خیس، جریانی از اسید سرد شده از بالای محفظه احتراق به سمت پایین وجود دارد که باعث محافظت دیواره محفظه می شود. در روش خنک شونده توسط هوا، محفظه احتراق از جنس های نسوز مانند گرافیت یا آلومینا است و حرارت از طریق تشعشع و جابجایی محفظه ها خارج می شود.
می توان گفت روش متداول تولید اسید فسفریک در جهان روش تر است که در آن ماده اولیه سنگ معدن بوده و تولید در حجم بالا و درجه خلوص پایین انجام می شود. در روش تر از واکنش اسید سولفوریک با سنگ فسفات استخراج شده از معدن و خرد کردن آن (این سنگ به شکل فلوئور و آپاتیت است) ، فسفریک اسید و گچ حاصل می شود.
در روش مرطوب ابتدا در اثر واکنش فسفریک اسید با سنگ های خرد شده فسفات، مونو کلسیم فسفات حاصل می شود. مونو کلسیم فسفات با سولفوریک اسید ترکیب و اسید فسفریک و گچ را تولید میکند. با توجه به اینکه سنگ فسفات ناخالصی های گوناگونی دارد، در این فرایند واکنش های جانبی متفاوتی نیز شکل می گیرد که باعث مصرف بیشتر سولفوریک اسید می شود.
اسید فسفریک تولید شده به روش تر به دلیل وجود ناخالصی های حاصل از سنگ معدن، رنگی سیاه داشته و مناسب برای مصارفی است که درصد خلوص اسید اهمیتی ندارد.
روش تر را می توان با فرایندهای مختلفی مانند دی هیدرات، همی هیدرات و انیدرید انجام داد و طبیعی است هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارد.
منبع : بازرگانی کیمیا شیمی پایدار
