磷酸 (HO)3PO分子中一個或兩個羥基為烷基或芳基置換的化合物。
基本介紹
正文,物理性質,化學性質,原料,磷酸的工業製法,健康危害,用途,工業磷酸,食品添加劑磷酸,三磷酸鹽介紹,生產工藝,利用硫酸分解,濕法生產,熱法生產,多磷酸生產,
正文
磷酸 (HO)3PO分子中一個或兩個羥基為烷基或芳基置換的化合物。根據置換的烷基數目，可分為烷基膦酸RP(O)(OH)2和二烷基膦酸R2P(O)OH。磷酸還是肥皂、洗滌劑、金屬表面處理劑、食品添加劑、飼料添加劑和水處理劑等所用的各
種磷酸鹽、磷酸酯的原料。作為磷肥生產的原料，是正磷酸或多磷酸的水溶液。 商品正磷酸的濃度一般為52%～54%P2O5，多磷酸是正磷酸和不同聚合度的聚磷酸的混合水溶液。聚磷酸包括焦磷酸(H4P2O7)、三磷酸(H5P3O10)和長鏈聚磷酸。聚磷酸的通式可寫作Hn 2PnO3n 1（n≥2的整數）。
烷基膦酸和二烷基膦酸分別具有二元酸和一元酸的特性，一般均為結晶固體，熱穩定性較高，劇烈加熱能形成酸酐。分子中的碳－磷鍵只有在很高溫度下才能斷裂。苯基膦酸能進行一般芳香族取代反應，取代基團進入膦醯基的間位。膦酸酯常為透明、粘稠液體，能蒸餾純化，它們的化學反應同磷酸酯。化學式：H3PO4 磷酸
烷基膦酸和二烷基膦酸分別具有二元酸和一元酸的特性，一般均為結晶固體，熱穩定性較高，劇烈加熱能形成酸酐。分子中的碳－磷鍵只有在很高溫度下才能斷裂。苯基膦酸能進行一般芳香族取代反應，取代基團進入膦醯基的間位。膦酸酯常為透明、粘稠液體，能蒸餾純化，它們的化學反應同磷酸酯。化學式：H3PO4 磷酸
物理性質
純淨的磷酸是無色晶體，熔點42.3攝氏度，高沸點酸，易溶於水。 磷酸
市售磷酸試劑是粘稠的、不揮發的濃溶液，磷酸含量83-98%。
化學性質
磷酸是三元中強酸，分三步電離，不易揮發，不易分解，幾乎沒有氧化性。具有酸的通性 磷酸三步電離常數
（1）與鹼反應 NaOH+H3PO4=NaH2PO4+H2O 2NaOH+H3PO4=Na2HPO4+2H2O 3NaOH+H3PO4=Na3PO4+3H2O （2）與某些鹽反應 NaBr+H3PO4(濃) =NaH2PO4+HBr↑ NaI+H3PO4(濃)= NaH2PO4+HI↑ 原理：難揮發性酸制揮發性酸 （3）磷酸根離子具有很強的配合能力，能與許多金屬離子生成可溶性的配合物。如Fe3+與PO43-可以生成無色的可溶性的配合物[Fe(PO4)2]3-和[Fe(HPO4)2]-，利用這一性質，分析化學上常用PO43+掩蔽Fe3+離子。 （4）磷酸受強熱時脫水，依次生成焦磷酸、三磷酸和多聚的偏磷酸。三磷酸是鏈狀結構，多聚的偏磷酸是環狀結構。[2] 磷酸脫水
磷酸鹽 磷酸鹽有三類：正鹽（含PO43－）、磷酸一氫鹽（含HPO42－）、磷酸二氫鹽（含H2PO4－）。三類鹽之間的轉化關係為 1、溶解性規律 正鹽和一氫鹽：除鉀、鈉、銨等少數鹽外，其餘都難溶於水，但能溶於強酸。 二氫鹽：都易溶於水。 2、相互轉化 a) 往澄清石灰水中逐滴滴加H3PO4，邊滴邊振盪。 現象：開始有白色沉澱生成，而後逐漸溶解。 反應方程式： 3Ca(OH)2+2H3PO4=Ca3(PO4)2↓+6H2O Ca3(PO4)2+H3PO4=3CaHPO4 CaHPO4+H3PO4=Ca(H2PO4)2 b) 往磷酸溶液中逐滴滴加澄清石灰水，邊滴加振盪。 現象：開始無現象，當澄清石灰水滴到一定量時，有白色沉澱生成。 磷酸
反應方程式： Ca(OH)2+2H3PO4=Ca(H2PO4)2+2H2O Ca(H2PO4)2+Ca(OH)2=2CaHPO4 2CaHPO4+Ca(OH)2=Ca3(PO4)2↓+2H2O 3、離子共存的問題 （1）H2PO4－、HPO42－、PO43－與H+不能共存 （2）H2PO4－、HPO42－與OH－不能共存 （3）H2PO4－與PO43－不能共存 H2PO4－+PO43－=2HPO42－ （4）H2PO4－與HPO42－、HPO42－與PO43－可共存
原料
磷酸的原料主要是磷礦和無機酸（硫酸、鹽酸或硝酸，主要為硫酸）。天然磷礦分磷灰石和磷塊岩兩大類,其主要成分都是氟磷酸鈣〔Ca10F2(PO4)6〕。磷礦的品位和有害雜質的種類及含量，對濕法磷酸生產的技術經濟影響很大，開採的磷礦一般需經過富集處理，提高其品位和排除雜質，方能滿足濕法磷酸生產的要求。
磷酸的工業製法
工業上常用濃硫酸跟磷酸鈣反應製取磷酸，濾去微溶於水的硫酸鈣沉澱，所得濾液就是磷酸溶液。 PO43-的檢驗 若在待測液中滴加AgNO3溶液，有黃色沉澱生成，再滴入稀HNO3，黃色沉澱溶解，則可證明原溶液中含有PO43－。 若待測液呈酸性，則應先在待測液中滴氨水至中性，再滴加AgNO3溶液和稀HNO3。
健康危害
蒸氣或霧對眼、鼻、喉有刺激性。口服液體可引起噁心、嘔吐、腹痛、血便或休克。皮膚或眼接觸可致灼傷。慢性影響：鼻黏膜萎縮、鼻中隔穿孔。長期反覆皮膚接觸，可引起皮膚刺激。
用途
工業磷酸
分子式：H3PO4 分子量：98 工業磷酸
酸性：中強酸 規 格：工業用（85%、80%、75%）：符合GB2091-2003；客戶要求 包 裝：20L塑桶；200L塑桶；客戶要求 用 途：金屬表面處理劑，磷酸鹽原料製品，有機反應催化劑，耐火材料添加劑，木質原料製造活性炭的活化劑等 技術要求 1. 外觀：無色透明或略帶淺黃色、稠狀液體 2. 工業磷酸應符合下表要求（GB2091-2003） 項目 指標 85% 75% 優等品 一等品 合格品 優等品 一等品 合格品 色度/黑曾 ≤ 20 30 40 20 30 40 磷酸(H3PO4)質量分數，% ≥ 85.0 85.0 85.0 75.0 75.0 75.0 氯化物(Cl)質量分數，% ≤ 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 硫酸鹽(SO4)質量分數，% ≤ 0.003 0.005 0.01 0.003 0.005 0.01 鐵（Fe）質量分數，% ≤ 0.002 0.002 0.005 0.002 0.002 0.005 砷（As）質量分數，% ≤ 0.0001 0.005 0.01 0.0001 0.005 0.01 重金屬(以Pb計) 質量分數，% ≤ 0.001 0.001 0.05 0.001 0.001 0.05
食品添加劑磷酸
分子式：H3PO4 分子量：98 規 格：食品添加劑（85%、80%、75 磷酸鹽調料
%）：符合GB3149-92；客戶要求 包 裝：20L塑桶；200L塑桶；客戶要求 用 途：用作食品飲料中的澄清劑，酸味劑，酵母的營養劑，製備食品級磷酸鹽 技術要求 1. 外觀：無色透明或略帶淺色稠狀液體 2. 食品添加劑磷酸應符合下表要求（GB3149-92） 項目 指標 色度/黑曾 ≤ 20.0 磷酸(H3PO4)含量，% ≥ 85.0 砷（As）含量，% ≤ 0.0001 氟化物（以F計）含量，% ≤ 0.001 重金屬（以Pb計）含量，% ≤ 0.001 氯化物（以Cl計）含量，% ≤ 0.0005 硫酸鹽(以SO4計)含量，% ≤ 0.005 易氧化物(以H3PO3計)含量，% ≤ 0.012 CAS No.： 7664-38-2 EINECS 登錄號：231-633-2
三磷酸鹽介紹
磷酸鹽有三類：正鹽（含PO43－）、磷酸一氫鹽（含HPO42－）、磷酸二氫鹽（含H2PO4－）。三類鹽之間的轉化關係為 1、溶解性規律：正鹽和一氫鹽：除鉀、鈉、銨等少數鹽外，其餘都難溶於水，但能溶於強酸。二氫鹽：都易溶於水。 化學反應 2、相互轉化：a、往澄清石灰水中逐滴滴加H3PO4，邊滴邊振盪。現象：開始有白色沉澱生成，而後逐漸溶解。 反應方程式： 3Ca(OH)2+2H3PO4=Ca3(PO4)2↓+6H2O Ca3(PO4)2+H3PO4=3CaHPO4 CaHPO4+H3PO4=Ca(H2PO4)2 b、往磷酸溶液中逐滴滴加澄清石灰水，邊滴加振盪。現象：開始無現象，當澄清石灰水滴到一定量時，有白色沉澱生成。 反應方程式： Ca(OH)2+2H3PO4=Ca(H2PO4)2+2H2O Ca(H2PO4)2+Ca(OH)2=2CaHPO4↓ 2CaHPO4+Ca(OH)2=Ca3(PO4)2+2H2O 3、離子共存的問題 （1）H2PO4－、HPO42－、PO43－與H+不能共存 （2）H2PO4－、HPO42－與OH－不能共存 （3）H2PO4－與PO43－不能共存，H2PO4－+PO43－=2HPO42－ （4）H2PO4－與HPO42－、HPO42－與PO43－可共存
生產工藝
利用硫酸分解
主要是用硫酸分解磷礦，然後將生成的磷酸與硫酸鈣分離。其主要反應式為： Ca10F2（PO4）6 10H2SO4 mH2O─→10CaSO4·nH2O 2HF 6H3PO4 （m-10n）H2O 為避免反應生成的硫酸鈣在磷礦顆粒表面形成膜層，阻礙反應繼續進行，工藝上反應過程是分成兩步進行。 第一步是磷礦溶解在磷酸（由後續工序返回的一部分）中生成磷酸一鈣； 第二步是硫酸與磷酸一鈣反應生成磷酸和硫酸鈣：Ca10F2(PO4)6 14H3PO4─→10Ca(H2PO4)2 2HF；10Ca(H2PO4)2 10H2SO4 mH2O─→10CaSO4·nH2O 20H3PO4 (m-10n)H2O。 在不同的反應溫度和不同的磷酸及游離硫酸濃度條件下,硫酸鈣可以有三種水合物：無水物（CaSO4）、半水物（CaSO4·?H2O）和二水物（CaSO4·2H2O）。硫酸鈣水合物存在的溫度和含P2O5的濃度範圍的相圖，在實際上受游離硫酸濃度和雜質的影響，所以在套用上是近似的。 實際生產條件中，二水物硫酸鈣的結晶區是磷酸濃度28%～32%P2O5、溫度70～80℃。在這樣條件下的磷酸生產，稱為二水物工藝，它一直是工業上使用最普遍的工藝。半水物硫酸鈣的結晶區是磷酸濃度40%～50%P2O5、溫度90～110℃；採用這樣的條件的磷酸生產,稱為半水物工藝，為少數工廠所採用。無水物硫酸鈣在磷酸濃度和溫度很高的條件下穩定；由於材料腐蝕和其他技術上的困難，其生產工藝一直未取得成功。
濕法生產
濕法磷酸生產工藝稱為硫酸鈣再結晶工藝，其過程中包含著有硫酸鈣結晶水合物的轉變。 發展這類工藝的目的不外乎是為了獲得含P2O5濃度較高的磷酸；獲得較高的收率(以P2O5計);獲得含雜質少的石膏。已經實現了工業化的有三種： ①半水物－二水物一段過濾工藝。控制反應物料液相濃度為30%～32%P2O5、反應溫度80～100℃，使硫酸鈣先生成半水物結晶,然後溫度下降為65℃左右,將結晶轉化為二水物後再過濾。 ②半水物－二水物兩段過濾工藝。用酸分解磷礦時使石膏先生成半水物結晶，控制反應物料液相濃度為40%～50%P2O5、溫度90～110℃，進行半水石膏分離,獲得成品磷酸。半水石膏再轉入另一個反應器水化成二水物石膏，控制反應溫度為約65℃、磷酸濃度為10%～15%P2O5,進行二水物石膏分離。 ③二水物－半水物兩段過濾工藝。磷礦用酸分解時，使石膏先生成二水物結晶，控制溫度約為65℃，用離心機分離二水石膏，獲得濃度為35%～38%P2O5的成品，二水石膏轉入再結晶器轉化成半水石膏，控制磷酸濃度為20%～25%P2O5，硫酸濃度為約20%H2SO4,反應溫度為80～100℃,分離半水石膏，濾洗液返回二水物結晶槽。 濕法磷酸的生產，目前仍以二水物流程為主，占世界生產能力的90%以上。原因是技術較為可靠、工藝操作條件的範圍寬、設備材料的腐蝕比較容易解決和投資低等。
熱法生產
熱法磷酸是黃磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷，再經水化製成。 （化學方程式：4P+5O2=2P2O5；P2O5+3H2O=2H3PO4） 1838年，首次製成工業用的黃磷，1855～1890年間在歐洲建立了黃磷的生產廠。20世紀40～50年代，美國和德國發展了黃磷和熱法磷酸的生產技術。60年代，美國曾計畫大量發展黃磷和熱法磷酸生產以用於肥料工業，旨在利用便宜的能源和運輸黃磷比較經濟的優點，後由於能源漲價，計畫未能實現。熱法磷酸比濕法磷酸濃度高，且產品純，但耗電量大，價格昂貴。在水電有富餘的地區，熱法磷酸具有發展前途。現在除了蘇聯有少量用於肥料生產外，熱法磷酸主要用於工業方面。1981年世界產量為3.145Mt(P2O5)。含矽高的磷礦，適宜於元素磷生產。含鐵、鎂和鋁雜質高的磷礦用於黃磷生產時，將使電耗增加、磷收率降低。 有兩種生產流程：一種是把燃燒和水化安排在同一塔內進行，液態磷從塔頂向下噴霧,空氣由塔頂吸入,磷在塔中燃燒，冷的磷酸噴入塔內，使五氧化二磷進行水化反應，一部分冷的磷酸從塔頂形成膜層沿壁向下流動，以保護塔壁。從塔底部抽出熱法磷酸送去冷卻後返回塔頂。另一種是把燃燒和水化分開在兩個塔內進行，在塔的外壁大量噴水以移除反應熱。
多磷酸生產
生產方法有熱法和濕法兩種。熱法多磷酸生產只需在熱法磷酸的生產過程中強化冷卻系統，使五氧化二磷在少量水的情況下水化即可。濕法多磷酸生產是將濃度為52%～54%P2O5的磷酸進一步脫水。有三種脫水工藝：浸沒燃燒脫水；膜式蒸發脫水；強制循環真空蒸發脫水。
編輯本段相關配料
磷酸鹽調料 一、根據美國食品化學藥碘（FCC）磷酸鹽在食品工業中的功能可分為15類： 1、酸味劑：磷酸 2、抗結塊劑：磷酸鈣 3、抗氧化劑：次磷酸鈣 4、緩衝劑：磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸氫鈣、磷酸鈣、焦磷酸鈣、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、酸式焦磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鈉、焦磷酸鈉 5、麵團改良劑：磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸二氫鈣、磷酸氫鈣 6、乳化劑：磷酸鉀、聚偏磷酸鉀、焦磷酸鉀、磷酸鋁鈉（鹼性）、偏磷酸鈉（不溶性）、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、聚磷酸鈉（玻璃質）、焦磷酸鈉 7、硬化劑：磷酸二氫鈣 8、保濕劑：聚偏磷酸鉀 9、發酵劑：磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、酸式焦磷酸鈉、磷酸鋁鈉（酸性） 10、營養劑：磷酸二氫鈣、磷酸氫鈣、磷酸鈣、焦磷酸鈣、磷酸鐵、焦磷酸鐵、磷酸氫鎂、磷酸鎂、次磷酸錳、焦磷酸鐵鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鈉、焦磷酸鈉 11、防腐劑：次磷酸鈉。 12、螯合劑：磷酸二氫鈣、磷酸、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、酸式焦磷酸鈉、偏磷酸鈉（不溶性），聚磷酸鈉（玻璃狀）。 13、改良澱粉添加劑：三偏焦磷酸、磷酸二氫鉀。 14、組織改良劑：焦磷酸鉀、三聚磷酸鉀、偏磷酸鈉（不溶性）、磷酸氫二鈉（玻璃質）、三聚磷酸鈉。 15、發酵食品：磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫鈣、磷酸二氫鈣、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀。 由上可看出：磷酸鹽在食品加工中的功能主要有兩點，一是品質改良劑，二是營養強化劑。
