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磷酸

产品名称: 磷酸
CAS Registry Number: 7664-38-2
EINECS: 231-633-2  
别名: 正磷酸;磷酸; 正磷酸;
分子结构:
分子式: H3O4P
分子量: 97.995182
密度:  1.685
沸点:  158 ºC
熔点:  21 ºC
闪点:  无意义
折射率:  20/D 1.433
风险术语:  S26;S45
安全声明:  R34
危险品标志:  C: Corrosive;

其他产品

磷酸相关信息

简介

  化学式:H3PO4
磷酸

磷酸

英文名:Orthophosphoric acid, Phosphoric (5) acid
  别名 正磷酸、原磷酸
  CAS号 7664-38-2
  化学式:H3PO4
  分子量:98.0
  外观:白色固体或者无色粘稠液体(>42 °C)
  密度:1.685 g/ml (液)
  熔点:42.35 °C(316 K)
  沸点:158 °C(431 K)((分解))
  pKa1:2.12
  pKa2:7.21
  pKa3:12.67
  磷酸(H3PO4)一种重要的无机酸,是化肥工业生产中重要的中间产品,用于生产高浓度磷肥和复合肥料。磷酸还是肥皂、洗涤剂、金属表面处理剂、食品添加剂、饲料添加剂和水处理剂等所用的各种磷酸盐、磷酸酯的原料。作为磷肥生产的原料,是正磷酸或多磷酸的水溶液。
  商品正磷酸的浓度一般为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)和长链聚磷酸。聚磷酸的通式可写作Hn+2PnO3n+1(n≥2的整数)。
  具有酸的通性,其酸性较硫酸、盐酸、硝酸为弱,但比醋酸、硼酸等强。溶于水和乙醇,加热到213℃时失去部分水转变为焦磷酸;加热到300℃时失去一分子水,进一步转变为偏磷酸(HPO3)。有吸湿性,能吸收空气中水分。对皮肤有腐蚀性,空气中最高容许浓度1mg/m3。 磷酸的原料主要是磷矿和无机酸(硫酸、盐酸或硝酸,主要为硫酸)。天然磷矿分磷灰石和磷块岩两大类,其主要成分都是氟磷酸钙〔Ca10F2(PO4)6〕。磷矿的品位和有害杂质的种类及含量,对湿法磷酸生产的技术经济影响很大,开采的磷矿一般需经过富集处理,提高其品位和排除杂质,方能满足湿法磷酸生产的要求。
  以上资料由宜都盛大工贸有限公司提供。

质量指标

  工业磷酸[1]的质量指标(GB/T 2091―2008):
磷酸

磷酸

指标名称 优等品 一等品 合格品
  外观 无色透明或略带浅色稠状液体
  色度(Hazen单位,铂一钴色号)≤ 20 30 40
  磷酸的质量分数/%≥85.0 85.0 85.0
  氯化物(以Cl-计)/%≤0.0005 0.0005 0.001
  硫酸盐/%≤0.003 0.005 0.01
  铁(Fe)/%≤0.002 0.002 0.005
  砷(As)/%≤0.0001 0.005 0.01
  重金属(以Pb计)/%≤0.001 0.001 0.05

性质

物理性质

  纯净的磷酸是无色晶体,熔点42.3摄氏度,高沸点酸,易溶于水。
磷酸

磷酸

市售磷酸试剂是粘稠的、不挥发的浓溶液,磷酸含量83-98%。

化学性质

  磷酸是三元中强酸,分三步电离,不易挥发,不易分解,几乎没有氧化性。具有酸的通性
磷酸三步电离常数

磷酸三步电离常数

  (1)与碱反应
  NaOH+H3PO4=NaH2PO4+H2O
  2NaOH+H3PO4=Na2HPO4+2H2O
  3NaOH+H3PO4=Na3PO4+3H2O
  (2)与某些盐反应
  NaBr+H3PO4(浓) =NaH2PO4+HBr↑
  NaI+H3PO4(浓)= NaH2PO4+HI↑
  原理:难挥发性酸制挥发性酸
  (3)磷酸根离子具有很强的配合能力,能与许多金属离子生成可溶性的配合物。如Fe3+与PO43-可以生成无色的可溶性的配合物[Fe(PO4)2]3-和[Fe(HPO4)2]-,利用这一性质,分析化学上常用PO43-掩蔽Fe3+离子。
  (4)磷酸受强热时脱水,依次生成焦磷酸、三磷酸和多聚的偏磷酸。三磷酸是链状结构,多聚的偏磷酸是环状结构。
磷酸脱水

磷酸脱水

  磷酸盐
  磷酸盐有三类:正盐(含PO43-)、磷酸一氢盐(含HPO42-)、磷酸二氢盐(含H2PO4-)。三类盐之间的转化关系为
  (1)溶解性规律
  正盐和一氢盐:除钾、钠、铵等少数盐外,其余都难溶于水,但能溶于强酸。
  二氢盐:都易溶于水。
  (2)相互转化
  a) 往澄清石灰水中逐滴滴加H3PO4,边滴边振荡。
  现象:开始有白色沉淀生成,而后逐渐溶解。
  反应方程式
  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,边滴加振荡。
  现象:开始无现象,当澄清石灰水滴到一定量时,有白色沉淀生成。
磷酸

磷酸

反应方程式
  Ca(OH)2+2H3PO4=Ca(H2PO4)2+2H2O
  Ca(H2PO4)2+Ca(OH)2=2CaHPO4
  2CaHPO4+Ca(OH)2=Ca3(PO4)2↓+2H2O
  (3)离子共存的问题
  (1)H2PO4-、HPO42-、PO43-与H+不能共存
  (2)H2PO4-、HPO42-与OH-不能共存
  (3)H2PO4-与PO43-不能共存
  H2PO4-+PO43-=2HPO42-
  (4)H2PO4-与HPO42-可共存
  (5)HPO42-与PO43-可共存

食用剂使用标准

  食品添加剂最大允许使用量最大允许残留量标准: [2]
  
添加剂中文名称允许使用该种添加剂的食品中文名称添加剂功能最大允许使用量(g/kg)最大允许残留量(g/kg)
磷酸食品食品工业用加工助剂/一般应在制成最后成品之前出去,有规定食品中残留量的除外
磷酸可可制品、巧克力和巧克力制品(包括类巧克力和代巧克力)以及糖果酸度调节剂按生产需要适量使用

用途

  主要用于磷酸盐工业如磷酸铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸三钠、精制磷酸用于制造饲料用磷酸氢钙。用于金属表面磷化处理,配置电解抛光液和化学抛光液用于铝制品的抛光。医药工业用于制造甘油磷酸钠、磷酸铁等,也用于制造磷酸锌作为牙科补牙。用于酚醛树脂缩合的催化剂。染料及中间体用的干燥剂。印刷工业用于配制除去胶印彩印版上污点的清洗剂。或可用于配制火柴梗浸渍液。冶金工业用于生产磷酸耐火水泥,提高炼钢炉寿命。是橡胶浆料的凝固剂及无机粘结剂的原料。涂料工业中用于金属防锈漆。粘合剂、电镀、抛光工业、制糖工业、复合肥料等。在食品工业中作为酸味剂、酵母营养剂、等。

生产方法

原料

  磷酸的原料主要是磷矿和无机酸(硫酸、盐酸或硝酸,主要为硫酸)。天然磷矿分磷灰石和磷块岩两大类,其主要成分都是氟磷酸钙〔Ca10F2(PO4)6〕。磷矿的品位和有害杂质的种类及含量,对湿法磷酸生产的技术经济影响很大,开采的磷矿一般需经过富集处理,提高其品位和排除杂质,方能满足湿法磷酸生产的要求。

工业制法

  工业上常用浓硫酸跟磷酸钙反应制取磷酸,滤去微溶于水的硫酸钙沉淀,所得滤液就是磷酸溶液。
  PO43-的检验 若在待测液中滴加AgNO3溶液,有黄色沉淀生成,再滴入稀HNO3,黄色沉淀溶解,则可证明原溶液中含有PO43-。
  若待测液呈酸性,则应先在待测液中滴氨水至中性,再滴加AgNO3溶液和稀HNO3。
  或让白磷与硝酸作用,可得到纯的磷酸溶液。
  3P4+20HNO3+8H2O=12H3PO4+20NO
  利用硫酸分解
  主要是用硫酸分解磷矿,然后将生成的磷酸与硫酸钙分离。其主要反应式为
  Ca10F2(PO4)6 10H2SO4 mH2O─→10CaSO4?nH2O 2HF 6H3PO4 (m-10n)H2O
  为避免反应生成的硫酸钙在磷矿颗粒表面形成膜层,阻碍反应继续进行,工艺上反应过程是分成两步进行。
  第一步是磷矿溶解在磷酸(由后续工序返回的一部分)中生成磷酸一钙
  第二步是硫酸与磷酸一钙反应生成磷酸和硫酸钙:Ca10F2(PO4)6 14H3PO4─→10Ca(H2PO4)2 2HF;10Ca(H2PO4)2 10H2SO4 mH2O─→10CaSO4?nH2O 20H3PO4 (m-10n)H2O。
  在不同的反应温度和不同的磷酸及游离硫酸浓度条件下,硫酸钙可以有三种水合物:无水物(CaSO4)、半水物(CaSO4??H2O)和二水物(CaSO4?2H2O)。硫酸钙水合物存在的温度和含P2O5的浓度范围的相图,在实际上受游离硫酸浓度和杂质的影响,所以在应用上是近似的。
  实际生产条件中,二水物硫酸钙的结晶区是磷酸浓度28%~32%P2O(5)温度70~80℃。在这样条件下的磷酸生产,称为二水物工艺,它一直是工业上使用最普遍的工艺。半水物硫酸钙的结晶区是磷酸浓度40%~50%P2O(5)温度90~110℃;采用这样的条件的磷酸生产,称为半水物工艺,为少数工厂所采用。无水物硫酸钙在磷酸浓度和温度很高的条件下稳定;由于材料腐蚀和其他技术上的困难,其生产工艺一直未取得成功。
  湿法生产
  湿法磷酸生产工艺称为硫酸钙再结晶工艺,其过程中包含着有硫酸钙结晶水合物的转变。
  发展这类工艺的目的不外乎是为了获得含P2O5浓度较高的磷酸;获得较高的收率(以P2O5计);获得含杂质少的石膏。已经实现了工业化的有三种
  ①半水物-二水物一段过滤工艺。控制反应物料液相浓度为30%~32%P2O(5)反应温度80~100℃,使硫酸钙先生成半水物结晶,然后温度下降为65℃左右,将结晶转化为二水物后再过滤。
  ②半水物-二水物两段过滤工艺。用酸分解磷矿时使石膏先生成半水物结晶,控制反应物料液相浓度为40%~50%P2O(5)温度90~110℃,进行半水石膏分离,获得成品磷酸。半水石膏再转入另一个反应器水化成二水物石膏,控制反应温度为约65℃、磷酸浓度为10%~15%P2O5,进行二水物石膏分离。
  ③二水物-半水物两段过滤工艺。磷矿用酸分解时,使石膏先生成二水物结晶,控制温度约为65℃,用离心机分离二水石膏,获得浓度为35%~38%P2O5的成品,二水石膏转入再结晶器转化成半水石膏,控制磷酸浓度为20%~25%P2O5,硫酸浓度为约20%H2SO4,反应温度为80~100℃,分离半水石膏,滤洗液返回二水物结晶槽。
  湿法磷酸的生产,目前仍以二水物流程为主,占世界生产能力的90%以上。原因是技术较为可靠、工艺操作条件的范围宽、设备材料的腐蚀比较容易解决和投资低等。
  热法生产
  热法磷酸是黄磷在空气中燃烧生成五氧化二磷,再经水化制成。
  (化学方程式:4P+5O2=2P2O5;P2O5+3H2O=2H3PO4)
  1838年,首次制成工业用的黄磷,1855~1890年间在欧洲建立了黄磷的生产厂。20世纪40~50年代,美国和德国发展了黄磷和热法磷酸的生产技术。60年代,美国曾计划大量发展黄磷和热法磷酸生产以用于肥料工业,旨在利用便宜的能源和运输黄磷比较经济的优点,后由于能源涨价,计划未能实现。热法磷酸比湿法磷酸浓度高,且产品纯,但耗电量大,价格昂贵。在水电有富余的地区,热法磷酸具有发展前途。现在除了苏联有少量用于肥料生产外,热法磷酸主要用于工业方面。1981年世界产量为3.145Mt(P2O5)。含硅高的磷矿,适宜于元素磷生产。含铁、镁和铝杂质高的磷矿用于黄磷生产时,将使电耗增加、磷收率降低。
  有两种生产流程:一种是把燃烧和水化安排在同一塔内进行,液态磷从塔顶向下喷雾,空气由塔顶吸入,磷在塔中燃烧,冷的磷酸喷入塔内,使五氧化二磷进行水化反应,一部分冷的磷酸从塔顶形成膜层沿壁向下流动,以保护塔壁。从塔底部抽出热法磷酸送去冷却后返回塔顶。另一种是把燃烧和水化分开在两个塔内进行,在塔的外壁大量喷水以移除反应热。
  多磷酸生产
  生产方法有热法和湿法两种。热法多磷酸生产只需在热法磷酸的生产过程中强化冷却系统,使五氧化二磷在少量水的情况下水化即可。湿法多磷酸生产是将浓度为52%~54%P2O5的磷酸进一步脱水。有三种脱水工艺:浸没燃烧脱水;膜式蒸发脱水;强制循环真空蒸发脱水。健康危害
  蒸气或雾对眼、鼻、喉有刺激性。口服液体可引起恶心、呕吐、腹痛、血便或休克。皮肤或眼接触可致灼伤。慢性影响:鼻粘膜萎缩、鼻中隔穿孔。长期反复皮肤接触,可引起皮肤刺激。

相关配料

  磷酸盐调料
  一、根据美国食品化学药碘(FCC)磷酸盐在食品工业中的功能可分为15类
  (1)酸味剂:
磷酸盐调料

磷酸盐调料

(2)抗结块剂:磷酸钙
  (3)抗氧化剂:次磷酸钙
  (4)缓冲剂:磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、酸式焦磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、焦磷酸钠
  (5)面团改良剂:磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钙、磷酸氢钙
  (6)乳化剂:磷酸钾、聚偏磷酸钾、焦磷酸钾、磷酸铝钠(碱性)、偏磷酸钠(不溶性)、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、聚磷酸钠(玻璃质)、焦磷酸钠
  (7)硬化剂:磷酸二氢钙
  (8)保湿剂:聚偏磷酸钾
  9、发酵剂:磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、酸式焦磷酸钠、磷酸铝钠(酸性)
  10、营养剂:磷酸二氢钙、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙、磷酸铁、焦磷酸铁、磷酸氢镁、磷酸镁、次磷酸锰、焦磷酸铁钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、焦磷酸钠
  1(1)防腐剂:次磷酸钠。
  1(2)螯合剂:磷酸二氢钙、磷酸、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、酸式焦磷酸钠、偏磷酸钠(不溶性),聚磷酸钠(玻璃状)。
  1(3)改良淀粉添加剂:三偏焦磷酸、磷酸二氢钾。
  1(4)组织改良剂:焦磷酸钾、三聚磷酸钾、偏磷酸钠(不溶性)、磷酸氢二钠(玻璃质)、三聚磷酸钠。
  1(5)发酵食品:磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钙、磷酸二氢钙、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾。
  由上可看出:磷酸盐在食品加工中的功能主要有两点,一是品质改良剂,二是营养强化剂。

健康危害

  蒸汽或雾对眼、鼻、喉有刺激性。口服液体可引起恶心、呕吐、腹痛、血便或休克。皮肤或眼接触可致灼伤。慢性影响:鼻粘膜萎缩、鼻中隔穿孔。长期皮肤接触,可引起皮肤刺激。

燃爆危险特性、消防与泄漏应急处理

  本品不燃,具腐蚀性、刺激性,可致人体灼伤。遇金属反应放出氢气,能与空气形成爆炸性混合物。受热分解产生剧毒的氧化磷烟气。具有腐蚀性。用雾状水保持火场中容器冷却。用大量水灭火。
  隔离泄漏污染区,限制出入。建议应急处理人员戴防尘面具(全面罩),穿防酸碱工作服。不要直接接触泄漏物。小量泄漏:用洁净的铲子收集于干燥、洁净、有盖的容器中。大量泄漏:收集回收或运至废物处理场所处置。

急救措施

  皮肤接触:立即脱去污染的衣着,用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。
  眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。
  吸 入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸畅通。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。
  食 入:用水漱口,给饮牛奶或蛋清。就医。

MSDS

  2.对环境的影响:
  一、健康危害
  侵入途径:吸入、食入、经皮吸收。
  健康危害:蒸气或雾对眼、鼻、喉有刺激性。液体可致皮肤或眼灼伤。
  慢性影响:鼻粘膜萎缩,鼻中隔穿孔。长期反复皮肤接触,可引起皮肤刺激。
  二、毒理学资料及环境行为
  毒性:属低毒类。
  急性毒性:LD501530mg/kg(大鼠经口);2740mg/kg(兔经皮)
  刺激性:兔经皮595mg/24小时,严重刺激;兔眼119mg严重刺激。
  危险特性:有腐蚀性。受热分解产生剧毒的氧化磷烟气。
  燃烧(分解)产物:氧化磷。
  3.现场应急监测方法:
  4.实验室监测方法:
  空气中:样品用纤维素膜滤器收集,用水洗脱,再用比色法测定(NIOSH法)
  分光光度法(NIOSH方法 216)
  比色法(NIOSH方法 S333)
  离子色谱(NIOSH方法 7903)
  5.环境标准:
  前苏联(1975)车间卫生标准 1mg/m3
  6.应急处理处置方法:
  一、泄漏应急处理
  疏散泄漏污染区人员至安全区,禁止无关人员进入污染区,建议应急处理人员戴好防毒面具,穿化学防护服。不要直接接触泄漏物,用沙土、干燥石灰或苏打灰混合,然后收集转移到安全场所或以少量加入大量水中,调节至中性,再放入废水系统。如大量泄漏,收集回收或无害处理后废弃。
  废弃物处置方法:建议把废料缓慢地加到碱液-石灰水中,搅拌后,用大量水冲入下水道。
  二、防护措施
  呼吸系统防护:空气中浓度超标时,必须佩带防毒面具或供气式头盔。紧急事态抢救或逃生时,建议佩带自给式呼吸器。
  眼睛防护:戴化学安全防护眼镜。
  防护服:穿工作服(防腐材料制作)。
  手防护:戴橡皮手套。
  其它:工作后,淋浴更衣。单独存放被毒物污染的衣服,洗后再用。保持良好的卫生习惯。
  三、急救措施
  皮肤接触:脱去污染的衣着,立即用流动清水彻底冲洗。若有灼伤,按酸灼伤处理。
  眼睛接触:立即提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗至少15分钟。就医。
  吸入:脱离现场至空气新鲜处。必要时进行人工呼吸。就医。
  食入:误服者立即漱口,给饮牛奶或蛋清。就医。
  灭火方法:泡沫、二氧化碳、砂土、干粉。 [3]