فسفریک اسید

فسفریک اسید از جمله پرمصرف‌ترین مواد شیمیایی در صنعت است. به عنوان ماده افزودنی در نوشابه‌های گازدار کاربرد دارد و در تولید کودهای شیمیایی فسفاته، پاک‌کننده‌های صابونی و غیر صابونی، تصفیه آب، خوراک دام و دارو سازی، مکملهای غذای دام و طیور (دی و منو کلسیم فسفات)، مواد فسفاته شوینده‌ها، تصفیه پسابها، تولید کودهای فسفاته (مهمترین)، ضد حریق کردن برخی سطوح و عوامل بازدارنده اشتعال، ونیز جهت تمیز کردن و جرم‌گیری سطوح فلزی به کار می‌رود. فسفریک اسید خوراکی را از افزودن آب به P4O۱۰ می‌سازند. اسید فسفریک اسید ضعیفی است و در شرایط عادی و مدت زمان کوتاه آنقدر نمی‌تواند خطرساز باشد.
کاربرد در صنایع غذایی
از اسید فسفریک در تولید غذاهای اسیدی و نوشابه‌های گازدار مانند انواع کولاها استفاده می‌شود. بکارگیری این ماده سبب دادن طعم تندی به غذا شده، و از آنجا که ماده شیمیایی با تولید انبوه‌است، با قیمتی ارزان و حجمی فراوان در دسترس می‌باشد. همان‌طور که ذکر شد، قیمت پایین و حجم زیاد تولید این ماده، آن را در مقایسه با طعم دهنده‌های طبیعی نظیر زنجبیل برای دادن طعم تندی، یا اسید سیتریک که از لیمو (lemon) و عصاره لیموترش (lime) که برای دادن طعم ترشی بکار می‌رود، در رتبه بالاتری قرار داده‌است.
کاربرد در مواد پاک‌کننده
در تولید پاک‌کننده‌ها اسید فسفریک برای نرم کردن آب بکار می‌رود. آب نرم بدون یونهای کلسیم (II) و منیزیم (II) که آب سخت را تشکیل می‌دهند، اگر ازبین نروند تشکیل آب سخت را می‌دهند که این یونها با صابون تشکیل رسوبات غیرقابل حل می‌دهند که سبب لکه بروی لباس‌ها در هنگام شستشو می‌شوند. نمکهای فسفات از اسید فسفریک بطور وسیع در پاک‌کننده هابعنوان(builder) بکار می‌رود. بیشتر گستره ترکیبات فسفر درمخلوط پاک‌کنندهای جامد است که سدیم‌تری پلی فسفات یکی از آنهاست.Na5P3O۱۰، به عنوان نرم‌کننده آب، سدیم‌تری پلی فسفات با کلسیم (II) و منیزیم (II) یوند برقرار می‌کندو تشکیل اجزاء محلول را می‌دهد که کمپلکس یا کلیت است. این کمپلکس‌ها از واکنش کلسیم (II) و منیزیم (II) با صابون ممانعت به عمل می‌آورندتا رسوب ایجاد نشود.
کاربرد در زدودن زنگ آهن
از اسید فسفریک می‌توان مستقیما برای زدودن زنگ آهن (اکسید آهن III) از ابزارهای آهنی یا فولادی و تبدیل آهن به فسفاتهای محلول در آب استفاده نمود. پس از زدودن زنگ آهن فسفات آهن تولید شده تبدیل به ترکیب فسفات آهن سیاه شده که خود به عنوان عامل جلوگیری از خوردگی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. اسید فسفریک به عنوان کاتالیست در صنایع پتروشیمی کاربرد دارد.
کاربرد در پزشکی
از اسید فسفریک در دندانپزشکی و اورتودنسی به‌عنوان عامل قلم زنی (Etching) جهت تمیز کردن و زبر کردن سطح دندان خصوصا در جاهایی که از اسباب و وسایل دندانپزشکی استفاده شده، بکار می‌رود. همچنین از اسید فسفریک به‌عنوان کاتالیست در ساخت آسپیرین بخاطر داشتن یون هیدروژن فراوان و آلایندگی کمتر در مقایسه با اسید کلریدریک و سولفوریک استفاده می‌شود.
اسید فسفریک با فرمول H3PO4 به عنوان اورتوفسفریک اسید در پزشکی شناخته می‌شود و نمک ان اورتوفسفات است که یکی از درمان‌های اصلی در انواعی از سنگ‌های کلیوی است که در تیپ III نوع جذبی هیپرکلسیوری، به دلیل نشت فسفات از کلیه، دیده می‌شود.
کاربرد در کشاورزی
بیشتر اسید فسفریک در تولید کود بکار می‌رود. فسفر یکی از عناصر ضروری برای رشد گیاهان محسوب می‌شود. فسفاتهای آلی ترکیباتی هستند که انرژی لازم برای بیشتر واکنش‌هایی که در سلول‌های زنده اتفاق می‌افتند را مهیا می‌کنند؛ بنابراین خاکهای غنی با کودهای فسفاتی رشد گیاهان را بالا می‌برند. افزایش غلظت فسفات در سطح آبها همچنین رشد گیاهان آبزی را بالا می‌برد. اضافات کودهای شیمیایی می‌توانند باعث تحریک رشد گیاهان در آبهای دریاچه‌ها و آبهای جاری بشوند. آب فاضلاب‌ها که شامل فسفات است می‌تواند تاثیر یکسانی داشته باشد.
دریاچه‌ها که از مواد مغذی غنی هستند از افزایش سرعت انباشتگی (Eutrophication) (خوراک آبی) تلف می‌شوند. وقتی گیاهان آبزی با این شرایط مغزی بودن محیط رشد می‌کنند پس از مدتی خواهند مرد. حال این گیاهان مرده برای تجزیه اکسیژن حل شده در آب را مصرف می‌کنند. این مصرف سطح اکسیژن حل شده را کاهش می‌دهد تا نقطه‌ای که برای حمایت حیوانات آبزی کافی نیست. برای کاهش تهدید Eutrophication دریاچه بسیاری از مناطق دارند فسفات‌ها را از پاک‌کننده‌ها حذف می‌کنند. در بعضی از موارد فسفاتها جای خودشان را با کربناتها عوض می‌کنند. به عبارت دیگر پاک‌کنندهای جدید به گونه‌ای تهیه می‌شوند که با کلسیم (II) و منیزیم (II) یونهای سخت آب واکنش ندهند.
روش‌های تولید اسید فسفریک در صنعت
روش‌تر(Wet process)
در اثر اضافه کردن سولفوریک اسید روی فسفات کلسیم بدست می‌آید. طبق واکنش زیر:
در این روش کانیهای فسفات را با سولفوریک اسید ترکیب می‌کنند، علاوه بر تولید فسفریک اسید و برخی فسفاتها که ترکیبات اصلی هستند، سایر ترکیبات (CACO3CAF2)هم تولید می‌شوند، از طرف دیگر واکنش‌هایی که در آن با از بین رفتن سولفوریک اسید، ترکیباتی تولید می‌شود که از نظر تجاری کم‌اهمیت هستند (واکنشهای پارازیتی)، یونهای مزاحمی تولید شده و باعث آلودگی مخلوط‌ها می‌شوند.
روش حرارتی (خشک)Thermal process
این روش شامل احتراق فسفر و هیدراسیون P4O۱۰ می‌باشد. مخلوط فسفر مایع و هوا به محفظه احتراق که شبیه برج است تزریق شده و با انجام واکنش اکسیداسیون فسفر، تولید می‌شود. جنس محفظه احتراق نوعی فولاد مخصوص است که با H3PO۴ غیرفعال شده‌است. P4O۱۰ به دست آمده را در برج بعدی هیدراته می‌کنند و بخارات باقی‌مانده P4O۱۰ را، واحد شستشو به اسید فسفریک رقیق تبدیل کرده و به عنوان افشان در پایین آوردن دمای برج اول استفاده می‌شود.
روش‌های تولید در ایران
در ایران از اثر اسید سولفوریک بر کانیهای آپاتیتی اسید فسفریک تولید می‌شود. از آنجا که فسفر وآرسنیک در یک گروه (گروه ۵) جدول شیمیایی (تناوبی) قرار دارند و در طبیعت نیز به احتمال زیاد در کانیهای مختلف با هم وجود دارند و فقط در درصد خلوص آن‌ها اختلاف می‌باشد.
چنان‌که می‌دانید آرسنیک از عناصر سمی و کشنده به‌شمار می‌آید و وجود آن در کانیهای آپاتیتی که اسید فسفریک از آن‌ها تهیه می‌شود و غالبا در صنایع خوراک دام و بهداشتی مصرف می‌گردد خطری مهم محسوب می‌گردد. البته روش‌های تولید اسید فسفریک مثل احتراق فسفر خالص این مشکل را حل نموده اما قیمت تمام شده بسیار بالاتر از بهره‌گیری از کانی‌های آپاتیتی است. فلوئور یکی دیگر ازموادی است که سمیت دارند و جزء لاینفک کانی‌های آپاتیتی است.