Раздел 4. Производство фосфорных удобрений, фосфорной кислоты и кормовых добавок
Фосфор и его соединения
Основные модификации фосфора: белый, красный и черный.
Белый Р сильно ядовит, обладает специфическим запахом, светится в темноте. В воде практически нерастворим, растворяется в сероуглероде, в жидком аммиаке, диоксиде серы, в бензоле и др. На воздухе он легко окисляется и может самовоспламеняться; во избежание этого его хранят под водой. В присутствии незначительных количеств примесей – красного Р, соединений железа и др., – белый Р приобретает желто-бурую окраску, поэтому технический продукт называют желтым фосфором. Красный Р не ядовит, на воздухе не загорается, не растворяется в сероуглероде и других жидкостях, в которых растворяется белый Р, при нагревании возгоняется. Его пары идентичны парам белого Р. При их конденсации получается белый Р. При высоких температурах и очень высоких давлениях белый фосфор превращается в кристаллический черный Р.
При сжигании фосфора образуется пентаоксид фосфора (фосфорный ангидрид) Р2О5. В обычных условиях пентаоксид фосфора – белое кристаллическое вещество; он чрезвычайно гигроскопичен и поэтому является одним из наиболее интенсивных осушителей газов.
Низшим оксидам фосфора отвечают следующие кислоты: фосфорноватистая (фосфиновая) Н3РО2, фосфористая (фосфоновая) Н3РО3, фосфорноватая (гипофосфорная) Н4Р2О6. При гидратации пентаоксида фосфора образуются ортофосфорная кислота Н3РО4 (72,4 % Р2О5) и конденсированные фосфорные кислоты. Фосфорные кислоты, в которых содержание Р2О5 превышает значение, соответствующее 100 %-ной Н3РО4 (72,4 %), называют суперфосфорными, или фосфоолеумом.
Наибольшее значение в технике имеет ортофосфорная кислота, которую обычно называют фосфорной. Фосфорную кислоту производят в виде водных растворов различной концентрации.
Применение фосфора и фосфатов
Технический желтый Р используют преимущественно для получения фосфорного ангидрида, фосфорных кислот и других соединений фосфора. Красный Р потребляется спичечной промышленностью – он является основным компонентом смеси, наносимой на боковые поверхности спичечных коробок. Фосфорную кислоту, основное количество которой производят путем кислотной переработки природных фосфатов, расходуют на изготовление фосфорнокислых солей (или смесей солей), являющихся удобрениями – фосфатов кальция, аммония, калия, а также продуктов, потребляемых пищевой, керамической, стекольной, текстильной и другими отраслями промышленности. Фосфатные соли натрия применяют для изготовления моющих средств, для умягчения воды, для борьбы с накипеобразованием, в пищевой промышленности. Фосфаты цинка, смесь фосфатов марганца и железа используют для защиты стальных изделий от коррозии (фосфатирование).
Свыше 90 % добываемых фосфорных руд перерабатывают в минеральные удобрения. Основные однокомпонентные фосфорные удобрения – простой и двойной суперфосфаты; их главной составной частью является одноводный монокальцийфосфат. Качество суперфосфата оценивается по содержанию в нем фосфатных соединений, которые могут переходить в почвенные растворы. При добавке к суперфосфату молотого известняка, мела, доломита, или фосфоритной муки получают нейтрализованный суперфосфат. При нейтрализации свободной кислотности суперфосфата аммиаком получают негигроскопичный и содержащий помимо усвояемой Р2О5 (15 %), еще один питательный элемент – азот (1,5 –2,0 %) аммонизированный суперфосфат. Значительно более концентрированным фосфорным удобрением является двойной суперфосфат, содержащий 42–50 % Р2О5 усв и выпускаемый в РФ только в гранулированном виде.
В качестве удобрений, наряду с водорастворимыми, применяют и водонерастворимые фосфаты – фосфоритную муку (размолотые природные руды), фосфатные металлургические шлаки, плавленые магнезиальные фосфаты, термофосфаты и обесфторенные фосфаты.
В меньших масштабах, чем удобрения, выпускают кормовые фосфаты кальция – монокальций фосфат, дикальцийфосфат (преципитат), трикальцийфосфат, используемые в качестве минеральной добавки в корма сельскохозяйственных животных. Указанные продукты не должны содержать больших количеств вредных примесей – соединений фтора, мышьяка, свинца.