اسید فسفریک چیست و چه فواید و خطراتی دارد
در دنیای شیمی، برخی از مواد به دلیل کاربردهای گسترده‌شان جایگاه ویژه‌ای دارند. یکی از این مواد، اسید فسفریک است که هم در صنایع غذایی و هم در بخش‌های مختلف صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. از تولید کودهای شیمیایی گرفته تا نوشیدنی‌های گازدار، این ترکیب نقشی کلیدی در زندگی روزمره ما ایفا میکند.
ما امروز در این مطلب از شیمی داکس قصد داریم به این سوال که اسید فسفریک چیست و چه فواید و خطراتی دارد، پاسخ بدهیم. پس با ما همراه باشید.
اسید فسفریک چیست؟
اسید فسفریک(Phosphoric Acid) یک ترکیب معدنی با فرمول شیمیایی H₃PO₄ است که به‌عنوان یک اسید ضعیف شناخته میشود. این ماده به‌طور معمول به‌صورت یک مایع بی‌رنگ، بی‌بو و شفاف یافت میشود، اما در برخی موارد به شکل جامد کریستالی نیز وجود دارد. اسید فسفریک در آب محلول است و معمولاً در غلظت‌های مختلفی تولید و عرضه میشود.
| ویژگی | مشخصات |
|---|---|
| نام ماده شیمیایی | اسید فسفریک |
| نام لاتین | Phosphoric Acid |
| فرمول شیمیایی | H₃PO₄ |
| نقطه جوش | 158 درجه سانتی‌گراد |
| نقطه انجماد | 21 درجه سانتی‌گراد |
| چگالی | 1.88 گرم بر سانتی‌متر مکعب |
| حالت فیزیکی | مایع بی‌رنگ و شفاف |
| حلالیت در آب | کاملاً محلول |
| کاربردها | تولید کودهای شیمیایی، نوشابه‌های گازدار، داروسازی، شویندهها |
انواع اسید فسفریک
اسید فسفریک در انواع مختلفی وجود دارد که بسته به روش تولید، درجه خلوص و کاربردهای صنعتی متفاوت هستند. ما در شیمی داکس اسید فسفریک به 5 دسته تقسیم کردیم.
- اسید فسفریک صنعتی (Industrial Phosphoric Acid): این نوع اسید فسفریک از سنگ‌های فسفاته و فرآیندهای حرارتی یا مرطوب تولید میشود. درجه خلوص آن نسبت به نوع خوراکی پایین‌تر است و معمولاً در تولید کودهای شیمیایی، تصفیه آب، صنایع فلزی، شویندهها و صنایع سرامیکی کاربرد دارد.
- اسید فسفریک خوراکی (Food Grade Phosphoric Acid): این نوع دارای خلوص بالایی است و در صنایع غذایی و داروسازی مورد استفاده قرار میگیرد. مهمترین کاربرد آن افزودنی در نوشابه‌های گازدار برای تنظیم pH و ایجاد طعم ترش است. همچنین در تولید برخی مکمل‌های غذایی و دارویی نیز کاربرد دارد.
- اسید فسفریک آزمایشگاهی (Laboratory Grade Phosphoric Acid): این نوع با درجه خلوص بسیار بالا (در حد 99%) در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و صنایع حساس مانند تولید مواد نیمه‌هادی و تجهیزات الکترونیکی به کار می‌رود.
- اسید فسفریک کشاورزی (Agricultural Phosphoric Acid): این نوع برای فرمولاسیون کودهای فسفاته مانند دی‌آمونیوم فسفات (DAP) و سوپر فسفات‌ها استفاده میشود. ترکیبات آن به گونه‌ای است که گیاهان بتوانند به راحتی آن را جذب کنند.
- اسید فسفریک فنی (Technical Grade Phosphoric Acid): این نوع یک درجه بین صنعتی و آزمایشگاهی است و در کاربردهایی که نیاز به خلوص بالا ندارند، اما کیفیت مواد مهم است، استفاده میشود. از جمله در صنایع نساجی، چرم‌سازی و آبکاری فلزات کاربرد دارد.
کاربرد فسفریک اسید
اسید فسفریک یکی از پرکاربردترین ترکیبات شیمیایی است که تا الان با برخی از کاربردهای آن آشنا شدید. در ادامه با هم مهمترین کاربردهای این ماده را بررسی می‌کنیم.
1. تولید کودهای شیمیایی
یکی از اصلی‌ترین کاربردهای اسید فسفریک در تولید کودهای فسفاته مانند دی‌آمونیوم فسفات (DAP) و سوپر فسفات‌ها است. این کودها نقش مهمی در رشد گیاهان دارند و باعث بهبود کیفیت محصولات کشاورزی می‌شوند. فسفر موجود در این کودها به افزایش رشد ریشه، گل‌دهی و افزایش محصول کمک میکند.
2. صنایع غذایی و نوشیدنی‌ها
در صنایع غذایی، اسید فسفریک به‌عنوان تنظیم‌کننده pH و عامل اسیدی‌کننده مورد استفاده قرار میگیرد. یکی از رایج‌ترین کاربردهای آن در نوشابه‌های گازدار است که به ایجاد طعم ترش و جلوگیری از رشد باکتری‌ها کمک میکند. همچنین در تولید برخی از فرآورده‌های لبنی، ژله‌ها و مواد نگهدارنده نیز استفاده میشود.
3. داروسازی و پزشکی
اسید فسفریک در صنایع دارویی برای تولید مکمل‌های کلسیم و فسفر به کار می‌رود. این ماده در تولید دهان‌شویه‌ها و خمیر دندان‌ها نیز استفاده میشود، زیرا خاصیت ضدباکتریایی دارد و به جلوگیری از پوسیدگی دندان‌ها کمک میکند. همچنین در برخی داروهای گوارشی و ضدتهوع نیز یافت میشود.
4. صنایع فلزی و خوردگی‌زدایی
این اسید در فرآیندهای پاک‌سازی و زنگ‌زدایی فلزات به‌ویژه آهن و فولاد به کار می‌رود. اسید فسفریک می‌تواند لایه‌های زنگ‌زده را حل کرده و سطح فلز را برای رنگ‌آمیزی یا پوشش‌دهی آماده کند. همچنین در صنایع خودروسازی برای آبکاری فلزات و محافظت در برابر خوردگی استفاده میشود.
5. تولید مواد شوینده و پاک‌کننده‌ها
در صنایع تولید مواد شوینده، اسید فسفریک به‌عنوان عامل حذف سختی آب و افزایش کارایی پاک‌کننده‌ها به کار می‌رود. این ماده در برخی شوینده‌های صنعتی و خانگی برای حذف رسوبات آهکی و چربی‌ها نیز استفاده میشود.
6. تصفیه آب و فاضلاب
یکی دیگر از کاربردهای مهم اسید فسفریک در سیستم‌های تصفیه آب و فاضلاب است. این ماده برای تنظیم pH آب و حذف یون‌های فلزی سنگین مانند آهن و کلسیم استفاده میشود. همچنین در برخی فرآیندهای تصفیه برای جلوگیری از رشد جلبک‌ها و باکتری‌ها به کار می‌رود.
7. صنایع نساجی و چرم‌سازی
در صنایع نساجی، از اسید فسفریک برای پردازش و تثبیت رنگ روی پارچه‌ها استفاده میشود. همچنین در صنعت چرم‌سازی، این اسید برای حذف ناخالصی‌ها و بهبود کیفیت چرم به کار می‌رود.
8. تولید مواد شیمیایی دیگر
اسید فسفریک یک ماده اولیه مهم برای تولید بسیاری از ترکیبات شیمیایی دیگر مانند تری‌سدیم فسفات (TSP)، سدیم هگزا متافسفات و سایر فسفات‌های صنعتی است که در صنایع مختلف مانند تولید مواد شوینده، صنایع سرامیکی و محصولات بهداشتی کاربرد دارند.
خطرات و عوارض اسید فسفریک
اسید فسفریک یک ماده خورنده است و در صورت تماس با پوست و چشم می‌تواند باعث سوزش شدید، التهاب و آسیب بافتی شود. استنشاق بخارات آن ممکن است منجر به تحریک مجاری تنفسی، سرفه و مشکلات تنفسی شود. همچنین، بلعیدن این اسید می‌تواند باعث آسیب به دستگاه گوارش، حالت تهوع و درد شکمی شود. قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض این ماده، به‌ویژه در محیط‌های صنعتی، ممکن است به مشکلات پوستی و آسیب‌های مزمن تنفسی منجر شود.
شرایط ایمنی و نگهداری (MSDS)
برای کار با اسید فسفریک، استفاده از تجهیزات ایمنی مانند دستکش مقاوم در برابر مواد شیمیایی، عینک محافظ، ماسک تنفسی و لباس مخصوص ضروری است. در صورت تماس با پوست یا چشم، باید محل آلوده را با مقدار زیادی آب شست‌وشو داد و در موارد شدید به پزشک مراجعه کرد. این ماده باید در ظروف دربسته و مقاوم در برابر خوردگی نگهداری شود و از قرار گرفتن آن در معرض گرما، نور مستقیم خورشید و مواد ناسازگار مانند بازها و فلزات فعال جلوگیری شود. همچنین، باید در محیطی دارای تهویه مناسب و دور از دسترس کودکان و افراد غیرمتخصص ذخیره شود.
فرایند تولید اسید فسفریک
تولید اسید فسفریک به دو روش اصلی انجام میشود:
- روش مرطوب (Wet Process)
- روش حرارتی (Thermal Process)
هر یک از این روش‌ها ویژگی‌های خاص خود را دارند و در صنایع مختلف استفاده می‌شوند که ما در شیمی داکس هر دو روش را برای شما تشریح خواهیم کرد.
1. روش مرطوب (Wet Process)
این روش پرکاربردترین روش برای تولید اسید فسفریک صنعتی است. مهمترین مزیت این روش هزینه تولید پایین که این روش برای تولید کودهای شیمیایی بویژه تولید کودهای فسفاته بسیار مناسب میکند. اگر بخواهم از معایب این روش تولید هم بکم می‌توانم به ناخالصی زیاد اسید فسفریک تولید شده اشاره کنم. خب بریم برای آشنایی با مراحل تولید در این روش عبارت‌اند از:
- استخراج سنگ فسفات: ابتدا سنگ فسفات (معمولاً آپاتیت) از معادن استخراج میشود.
- واکنش با اسید سولفوریک: سنگ فسفات با اسید سولفوریک (H₂SO₄) در یک راکتور واکنش داده و اسید فسفریک به همراه سولفات کلسیم (گچ) تولید میشود: Ca₅(PO₄)₃F + 5H₂SO₄ + 10H₂O → 3H₃PO₄ + 5CaSO₄·2H₂O + HF
- جداسازی گچ (کلسیم سولفات): محصول واکنش در چندین مرحله فیلتراسیون شده و گچ جدا میشود.
- خالص‌سازی: اسید فسفریک خام حاوی ناخالصی‌هایی مانند فلزات سنگین و ترکیبات آلی است که ممکن است در برخی موارد تصفیه شوند.
- تغلیظ: محلول اسید فسفریک معمولاً دارای غلظت 28 تا 32 درصد است که در برخی فرآیندها تا 54 درصد تغلیظ میشود.
2. روش حرارتی (Thermal Process)
این روش برای تولید اسید فسفریک خالص و با درجه خوراکی و دارویی استفاده میشود. مهم ترین مشکل در این روش نیاز به دستگاه های پیشرفته و هزینه تولید بالاست. خب بیایید با مراحل تولید حرارتی اسید فسفریک بیشتر آشنا شویم:
- احتراق فسفر عنصری: در این روش، فسفر سفید (P₄) در دمای بالا (حدود 1800-3000 درجه سانتی‌گراد) با اکسیژن می‌سوزد و پنتااکسید فسفر (P₂O₅) تولید میشود: P₄ + 5O₂ → 2P₂O₅
- جذب پنتااکسید فسفر در آب: پنتااکسید فسفر با آب واکنش داده و اسید فسفریک خالص تولید میشود: P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄
بازار جهانی اسید فسفریک
اسید فسفریک به عنوان یکی از مهمترین مواد شیمیایی در صنایع کشاورزی، غذایی و شویندهها، سالانه با حجم معاملاتی بالغ بر ۵۰ میلیون تن در سطح جهان مورد دادوستد قرار میگیرد. ارزش این بازار در سال ۲۰۲۳ به حدود ۱۴ میلیارد دلار رسید و پیشبینی میشود با رشد سالانه ۳ تا ۴ درصدی، تا سال ۲۰۳۰ از مرز ۱۸ میلیارد دلار عبور کند. بزرگترین تولیدکنندگان این ماده شامل کشورهای چین، ایالات متحده، مراکش و روسیه هستند. شرکتهایی مانند OCP Group (مراکش)، Mosaic (آمریکا) و Nutrien (کانادا) نقش کلیدی در تأمین تقاضای جهانی ایفا میکنند. مراکش با دارا بودن ذخایر عظیم فسفات، به تنهایی حدود ۳۰ درصد از صادرات جهانی اسید فسفریک را کنترل میکند.
