Axit photphoric và phân lân

LỚP CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC K35 NHÓM THỰC HIỆN : VI Trần Tấn Thông Nguyễn Xuân Sinh Nguyễn Xuân Nam Đặng Văn Hổ AXIT PHOTPHORIC I/ CẤU TẠO PHÂN TỬ Trong hợp chất H3PO4 , photpho có hóa trị 5, số oxi hóa +5 II/ TÍNH CHẤT VẬT LÍ Axit photphoric là : Chất tinh thể trong suốt, trong kiến trúc tinh thể :có những nhóm tứ diện PO4,T0nc = 42,50C, Tan nhiều trong nước III/ TÍNH CHẤT HÓA HỌC 1/ Tính axit Là axit ba nấc, có độ mạnh trung bình. Trong dung dịch nước : Nấc 1 : H3PO4 H+ + H2PO4- (k1=7,6.10-3) thủy phân tạo ra muối đihiđrophotphat chứa anion H2PO42- ,nếu trong xút thì làm cho metyl da cam đổi màu vì có NaH2PO4≈4,5 Nấc 2 : H2PO4-→H+ + HPO42- (k2=6,2.10-8) Thủy phân tao ra H+ và monohiđrophotphat .nếu thủy phân trong xút thì làm chất chỉ thị phenoiphatalein đổi màu (vì có Na2HPO4loãng có pH≈9) Nấc 3 : HPO42- → H+ + PO43- (k3=4,4.10-13) Thủy phân tao ra H+và anion PO43- ,nếu thủy phân trong xút thì phải dùng chất chỉ thị khác vì dd Na3PO4 có pH≈12 - Tác dụng với dung dịch kiềm NaOH + H3PO4 NaH2PO 4 + H2O 2 2NaOH + H3PO4 Na2HPO 4 + 2H2O 3NaOH + H3PO4 Na3PO 4 + 3H2O 3 IV/Ứng dụng -axit kĩ thuật dùng sản xuất phân bón vô cơ ,nhuộm vải ,sản xuất men xứ . - H3PO4 tinh khiết dùng trong công nghiệp dược phẩm Axit photphoric không có tính oxi hóa(dưới Nhiệt độ :350-400 0c),ở 0t cao hơn :thể hiện tính oxh yếu :tác dụng với kim loai và thạch Thạch anh và thủy tinh . 2/ Tính oxi hóa : Có 2 phương pháp điều chế acid Photphoric: - Phương pháp trích ly. - Phương pháp nhiệt luyện 1.Phương pháp nhiệt luyện: Ðiều chế H3PO4 bằng cách Oxi hóa Photpho trong không khí : 4P + 5O2 = 2P2O5 2P2O5 + H2O = 2HPO3 Acid metaPhotphoric HPO3 + H2O = H3PO4 Acid octoPhotphoric V.Công nghệ sản xuất Acid Photphoric: Sơ đồ lưu trình công nghệ sản xuất acid Photphoric nhiệt luyện. Thùng nấu chảy photpho Thùng cung ứng Thùng hoãn xung Vòi phun Buồng đốt 6.9. Ống dẩn khí Tháp hydrat hóa Ống phun nước 10. Tháp lọc điện 11. Điện cực ngưng tụ,điện cực phóng điện Photpho rắn đưa vào thùng (1) để nấu chảy bằng hơi nước photpho đưa lên thùng cung ứng (2) rồi đưa qua thùng hoãn xung (3) để vào vòi phun (4) của buồng đốt (5) làm bằng gạch chịu acid,photpho cháy trong không khí tạo thành P2O5 và HPO3 qua ống dẩn khí (6) vào tháp hydrat hóa (7).Nước hoặc acid loãng được phun trong ống (8) vào thap 2. Phương pháp trích ly: Phương pháp này thực hiện bằng cách xừ lý Photphat thiên nhiên (thường là Apatit) bằng H2SO4 . Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O = 3H3PO4 + 5(CaSO4.2H2O) + HF Trong quặng còn ít quặng Cacbonat cũng phản ứng với H2SO4 : CaCO3 + H2SO4 + H=O = CaSO4.2H2O + CO2 CaCO3.MgCO3 + H2SO4 = CaSO4.2H2O + MgSO4 + CO2 HF tạo thành sẽ tác dụng với SiO2 : 6HF + SiO2 = H2SiF6 + 2H2O Quá trình phải được thực hiện ở nhiệt độ 70 ( 80oc) Tỷ lệ : lỏng / rắn = 2 - 3 / 1. Dung dịch phải có lượng SO42- dư nhỏ. 3. Cô đặc acid Photphoric: Acid Photphoric Ðiều chế bằng phương pháp trích ly có nồng độ khoảng 18 (23% nên thường được cô đặc đến nồng độ 38 ( 40% H3PO4 )) Trong công nghiệp ,người ta dùng 2loại thiết bị cô đặc H3PO4: - Sục bọt . - Hút chân không . Nguyên lý cô đặc kiểu suc bọt là cho khí cho khí lò sục qua lớp acid, thiết bị cô đặc kiểu sục bọt gồm có :1 buồng bằng thép , bên trong có gạch chịu acid. Phương pháp cô đặc kiểu sục bọt có ưu điểm là nhanh , nhưng có nhược điểm là tạo nhiều mùn acid. Quá trình cô đặc chân không được thực hiện trong thiết bị bay hơi chân không kiểu ống chùm ngang .Hơi đi trong ống , còn acid đi trong không gian ngoài ống ,thiết bị được hút chân không bằng hệ thống phun tia - ngưng tụ .Thiết bị cô đặc kiểu hút chânkhông có nhược điểm là cấu tạo phứt tạp tốn nhiều chì và kim loại chịu acid, điều kiện làm việc phức tạp, thiết bị dễ đọng kết tủa. SẢN XUẤT PHÂN LÂN: 1. Sản xuất Supephotphat đơn theo phương pháp axit + Đặc điểm, tính chất: - Bột (hạt) màu xám - Thành phần: Chính Ca(H2PO4)2, CaSO4 khan Phụ H3PO4, H2SiO3,Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3 - Nguyên liệu: quặng apatit Ca5F(PO4)3, H2SO4 - Suphephotphat đơn sản xuất hoá chất Lâm Thao chứa 18-20 % P2O5 hiệu quả. - Dễ tan trong môi trường PH = 7 + Cơ sở lý thuyết: Các yếu tố ảnh hưởng: Giai đoạn 1: Xảy ra trên bề mặt quặng, dư H2SO4, giai đoạn 1 xảy ra trong hệ dị thể và tốc độ lớn hơn nhiều giai đoạn 2  giai đoạn 2 tốc độ phản ứng. Giai đoạn 1 kết thúc sau 20-40 phút khi trộn apatit với H2SO4. + Nồng độ H2SO4 phù hợp là 62-63%. Nếu C bé  lượng H2O kéo theo lớn  không thu được sản phẩm rắn (CaSO4) mà là bùn nhão. Nếu C cao hơn thì pha lỏng nhanh chóng bão hoà CaSO4, CaSO4 tạo thành .. bám lên bề mặt hạt quặng  phản ứng bị kìm hãm và sản phẩm thu được không tơi xốp và kết dính ở C < 63%  pha lỏng bị quá bão hoà thấp  CaSO4 kết tinh lớn tạo thành lớp vỏ xốp lên bề mặt quặng ngăn H2SO4 tiếp xúc với quặng. Tăng C giảm độ ẩm sản phẩm  hàm lượng P2O5 tăng C cao quá không có lợi. Vậy thiết bị gián đoạn C = 62.63%,  thiết bị liên tục C = 66%. + Nhiệt độ sản xuất phụ thuộc theo mùa và 0C H2SO4 VD: C = 62 – 63% nhiệt độ = 62 – 750 0C C = 64 – 68% nhiệt độ = 50 – 600 0C Nhiệt độ mùa hè < mùa đông 50 0C + Diện tích tiếp xúc: quặng nghiền nhỏ tăng V Giai đoạn 2 bắt đầu xảy ra khi tiêu hao hết H2SO4 Ca(H2SO4)2 tạo thành lúc đầu trong dd và kết tinh sau khi dd quá bão hoà  V giảm vậy để phân huỷ hoàn toàn quặng ủ sản phẩm trong khi 16-25 ngày tuỳ vào loại nguyên liệu. Tăng cường dd H2SO4  tăng H3PO4  V tăng và nhiệt độ kho ủ  V tăng (nhiệt độ phù hợp 35-40%) Giai đoạn 3: Trung hoà H3PO4 tự doTrộn sản phẩm với chất trung hoà để phân huỷ: NH3(K)CaCO3, bột xương (Ca(PO4)2 + CO2 + H2O). + Quá trình sản xuất H2SO4 68%, apatits chuyển vào (3) tại đây xảy ra phản ứng giai đoạn (1)  CaSO4 + H3PO4 Các chất phản ứng khuấy trộn liên tục và thời gian dừng lại là 2 – 4 phút.Nếu thời gian dài HH đóng rắn  sản xuất ngừng trệ, HH chất lỏng từ (3) chuyển xuống (4) nơi tạo thành sản phẩm. Thùng hoá thành luôn quay với V chậm Tại (4)  Ca(H2PO4)2 do Ca5(PO4)2 + H3PO4 (giai đoạn 2) với V chậm phản ứng dùng ở đây nhiều giờ. Sản phẩm được cắt gọn qua bộ phận làm tơi và rơi vào kho ủ sản phẩm ủ 21 ngày để quặng + H3PO4 xảy ra hoàn toàn và trùng hoà bởi H3PO4 dư = NH3 hoặc bột xương Ca3(PO4)2. 2. Supephotphat kép:(40-50%P2O5) Trộn quặng(apatit or photphoric) với H2SO4:Ca3(PO4)2+3H2SO4=2H3PO4+3CaSO4 4H3PO4+Ca3(PO4)2=3Ca(H2PO4)2 3. Phân lân thuỷ tinh (nung chảy):(12-14% P2O5)- Thành phần chủ yếu: P, Ca, Mg lân CaSiO3, Mg3(PO4)2, Ca3(PO4)2- Nguyên liệu: quặng apatit và khoáng vật chứa MgO, CaO, SiO2 như đo lô mít (CaCO3, MgCO3)… theo một tỷ lệ xác định. - Có tên phân lân thuỷ tinh vì bán sản phẩm là các hạt rắn có bề ngoài giống thuỷ tinh vỡ vụn và gọi là phân lân nung chảy vì được tạp thành = pp nung chảy phối liệu gồm apatit và một số đá chứa MgO, CaO, SiO2 rồi làm lạnh đột ngột = H2O ở P cao  bán sản phẩm.Bán sản phẩm để khô đem sấy và nghiên nhỏ ta thu được sản phẩm có hàm lượng 19,5 – 22%, P2O5 9 – 14%MgO, 30% CaO, 23%SiO2, 7,5% Al2O3… - Cơ sở lý thuyết: Phối liệu được nung chảy ở 1450-15000C = than cốc trong các lò tương tự lò luyện găng khi đó : CaCO3  CaO + CO2, MgCO3  CO2 + MgO CaSiO3  CaO + SiO2 4Ca5(PO4)3 + 3SiO2  6Ca3(PO4)2 + 2CaSiO3 + SiF4. Khi đó toàn bộ sản phẩm chảy lỏng sau đó dùng tia nước lạnh có P cao làm lạnh đột ngột  Ca3(PO4)2 có cấu tạo đặc biệt tan trong đất chua. Sản xuất: PL văn điển, PL Nình Bình, Bắc Giang 4.Phân Lân Hữu Cơ Vi Sinh Dùng nhiều loại men vi sinh để chuyển hóa hổn hợp than bùn và photphoric thành dạng đạm và lân . Ngày nay người ta có xu hướng sản xuất nhiều loại phân phức hợp như :amotpho (NH4H2PO4 và (NH4)2HPO4chứa 10-12% N và 47-52% P2O5,điamophot(NH4)2HPO4chứa 18-21%N và 50-54% P2O5,nitrophotka (hổn hợp của amophot và KNO3 chứa 12-16% N ,12-16% P2O5 và 12-16% K2O. Xin hết