تولید اسید فسفریک از سنگ‌های معدنی و فرآیندهای صنعتی
سنگ های فسفاته عموماً به شکل هیدروکسید و فلوراید در دسترس هستند. آپاتیت همچنین مهمترین سنگ فسفاتی است که برای تولید اسید فسفریک صنعتی و خوراکی استفاده می شود. ناخالصی های زیادی در این سنگ وجود دارد که می تواند کارایی اسید فسفریک را کاهش دهد. این ناخالصی ها نیز باعث خوردگی بیشتر مواد می شوند. در سال 1812 شرکت Quigent در لیون فرانسه راهی برای تولید فسفر خالص با افزودن اسید هیدروکلریک به استخوان کشف کرد که تا سال 1872 به طور کامل توسط دولت فرانسه تولید می شد و از آن اسید فسفریک همراه با سایر محصولات فسفر تولید می شد. .
تولید اسید فسفریک به دو روش اصلی انجام می‌شود: روش مرطوب و روش حرارتی. هر یک از این روش‌ها دارای فرآیندها، ویژگی‌ها و کاربردهای خاصی هستند و بسته به نیازهای صنعتی، یکی از این دو روش انتخاب می‌شود. روش مرطوب به دلیل مقرون‌به‌صرفه بودن و استفاده گسترده در تولید کودهای شیمیایی، کاربرد بیشتری دارد، در حالی که روش حرارتی بیشتر برای تولید اسید فسفریک با خلوص بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. در روش مرطوب، اسید فسفریک از واکنش سنگ فسفات (که حاوی کلسیم فسفات است) با اسید سولفوریک تولید می‌شود. این فرآیند شامل ترکیب سنگ فسفاته با اسید سولفوریک در مخازن بزرگ واکنش است که منجر به تولید اسید فسفریک و گچ (کلسیم سولفات) به عنوان محصول جانبی می‌شود. اسید فسفریک به دست آمده از این روش معمولاً برای تولید کودهای شیمیایی مانند دی‌آمونیوم فسفات (DAP) و سوپرفسفات‌ها استفاده می‌شود. این روش اقتصادی بوده و امکان تولید مقادیر زیادی از اسید فسفریک را فراهم می‌کند، اما خلوص اسید تولید شده نسبت به روش حرارتی کمتر است.
در روش حرارتی، اسید فسفریک از سوزاندن فسفر عنصری در حضور اکسیژن برای تولید فسفر پنتااکسید (P₂O₅) و سپس حل کردن آن در آب تولید می‌شود. این فرآیند نیازمند فسفر خالص است که معمولاً از سنگ فسفات از طریق فرآیندهای پیچیده‌ای استخراج می‌شود. اسید فسفریک تولید شده از این روش خلوص بالایی دارد و بیشتر در صنایع غذایی، داروسازی و تولید مواد شیمیایی خاص به کار می‌رود. با این حال، هزینه تولید در این روش بیشتر است، زیرا فرآیندهای استخراج فسفر و سوزاندن آن انرژی‌بر هستند. هر دو روش تولید اسید فسفریک با چالش‌هایی همراه هستند. در روش مرطوب، تولید گچ به عنوان محصول جانبی می‌تواند منجر به مشکلات زیست‌محیطی شود، زیرا دفع یا مدیریت آن نیازمند برنامه‌ریزی دقیق است. در روش حرارتی نیز مصرف انرژی بالا و نیاز به فسفر خالص از جمله موانع اصلی هستند. با این وجود، اسید فسفریک یکی از مهمترین مواد شیمیایی صنعتی محسوب می‌شود و تولید آن نقشی کلیدی در تأمین نیازهای کشاورزی، غذایی و صنعتی جهان ایفا می‌کند.
در این سالها (1840) بود که اهمیت استفاده از اسید فسفریک در صنعت کشاورزی به عنوان کود و کاربردهای آن در کشاورزی و فیزیولوژی توسط یوستوس ون لیبیگ در کتابی به نام شیمی آلی مورد بحث قرار گرفت. این دانشمند در همین کتاب به فسفات نامحلول در استخوان ها و مواد معدنی اشاره کرد و گفت که با واکنش این فسفات با اسید سولفوریک می توان یک ترکیب مغذی برای گیاهان به دست آورد. هنگامی که در سال 1896 تمام استخوان‌های گاومیش به دلیل تولید فسفر، اسید فسفریک و سایر محصولات فسفر از دشت‌های آمریکا ناپدید شدند ، شرکت‌ها به فکر جایگزینی استخوان با منبع مطمئن‌تر هستند و به همین دلیل به سنگ‌های معدنی فسفات روی می‌آورند. اما قبل از آن بسیاری از آنها به دلیل افزایش قیمت استخوان ورشکست شدند. امروزه اسید فسفریک از سنگ های فسفاته به دو روش عمومی و خشک تهیه می شود.
-
تولید اسید فسفریک به دو روش مرطوب و حرارتی انجام می‌شود. روش مرطوب به دلیل هزینه کمتر و کاربرد بیشتر در تولید کودهای شیمیایی، رایج‌تر است. در این روش، سنگ فسفات با اسید سولفوریک واکنش داده و اسید فسفریک و گچ تولید می‌شود. اما خلوص اسید حاصل از این روش پایین‌تر است. در مقابل، روش حرارتی که شامل سوزاندن فسفر در حضور اکسیژن است، اسید با خلوص بالا تولید می‌کند و بیشتر در صنایع غذایی و داروسازی کاربرد دارد. با این حال، هزینه‌های بالای انرژی و نیاز به فسفر خالص از چالش‌های این روش محسوب می‌شود. هر دو روش با مشکلات زیست‌محیطی همراه هستند؛ برای مثال، تولید گچ در روش مرطوب نیازمند مدیریت دقیق است. اهمیت اسید فسفریک در کشاورزی و صنایع مختلف بر کسی پوشیده نیست و تاریخچه استفاده از آن به قرن نوزدهم برمی‌گردد. امروزه، استفاده از سنگ‌های معدنی فسفات به عنوان منبع اصلی تولید اسید فسفریک جایگزین استخوان‌ها شده است.
-
تاریخچه اسید فسفریک به کشف فسفر در سال 1669 توسط هنیگ براند برمی‌گردد. او با استفاده از ادرار انسان موفق به جداسازی این عنصر شد. در قرن 18 و 19، شیمیدانان روش‌های جدیدی برای تولید اسید فسفریک توسعه دادند که شامل واکنش بین فسفر پنتااکسید و آب بود. این ماده به دلیل خواص اسیدی و کاربردهایش در صنایع مختلف، از جمله کشاورزی و داروسازی، مورد توجه قرار گرفت. با رشد صنایع شیمیایی در اواخر قرن 19، تولید انبوه اسید فسفریک از طریق واکنش سنگ‌های فسفاته با اسید سولفوریک امکان‌پذیر شد. این پیشرفت‌ها باعث شد که اسید فسفریک به یکی از مواد شیمیایی کلیدی تبدیل شود. در قرن 20، با افزایش تقاضا در صنایع غذایی و داروسازی، این ماده جایگاه ویژه‌ای پیدا کرد و امروزه به عنوان یکی از پرکاربردترین اسیدهای معدنی شناخته می‌شود.
-
اسید فسفریک، یک اسید تری پروتیک با فرمول شیمیایی H₃PO₄، در صنایع مختلف کاربردهای گسترده‌ای دارد. این ماده به صورت مایع بی‌رنگ و بی‌بو وجود دارد و در دماهای پایین‌تر ممکن است به شکل جامد کریستالی تبدیل شود. تولید آن از طریق واکنش اسید سولفوریک با سنگ‌های فسفاته انجام می‌شود. اسید فسفریک در صنایع غذایی به عنوان افزودنی برای تنظیم اسیدیته و بهبود طعم در نوشیدنی‌ها، همچنین در تولید کودهای شیمیایی و داروها استفاده می‌شود. با این حال، مصرف بیش از حد آن می‌تواند اثرات مضری بر سلامت انسان و محیط زیست داشته باشد. تخلیه این ماده به منابع آبی ممکن است باعث رشد بیش از حد جلبک‌ها شود. بنابراین، استفاده ایمن و مطابق با استانداردها ضروری است.
-
اسید فسفریک در صنایع مختلفی از جمله کشاورزی، غذایی، داروسازی و شیمیایی کاربرد دارد. در کشاورزی، این ماده برای تولید کودهای شیمیایی مانند دی‌آمونیوم فسفات و مونوآمونیوم فسفات استفاده می‌شود که به تأمین فسفر برای رشد گیاهان کمک می‌کند. در صنایع غذایی، اسید فسفریک به عنوان افزودنی برای تنظیم اسیدیته و بهبود طعم نوشیدنی‌ها به کار می‌رود. همچنین در صنعت داروسازی، این ماده به عنوان ماده اولیه در تولید داروها و مکمل‌های غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صنایع شیمیایی، اسید فسفریک به تولید ترکیبات شیمیایی خاص و تصفیه فلزات کمک می‌کند. این ماده همچنین در تولید شوینده‌ها و مصالح ساختمانی کاربرد دارد. با توجه به خواص شیمیایی متنوع اسید فسفریک، تقاضای بالایی در بازار جهانی دارد.
-
بازار اسید فسفریک در خاورمیانه به دلیل منابع غنی فسفات و موقعیت استراتژیک، یکی از بخش‌های کلیدی در صنعت جهانی محسوب می‌شود. کشورهای اردن، مراکش، عربستان سعودی و مصر به عنوان تولیدکنندگان اصلی این ماده شناخته می‌شوند. اردن با شرکت JPMC و مراکش با OCP Group نقش مهمی در صادرات دارند. عربستان سعودی نیز با سرمایه‌گذاری‌های کلان در صنایع پایین‌دستی، سهم خود را افزایش می‌دهد. تقاضای بالای صادراتی به بازارهای آسیایی و اروپایی، به ویژه هند، از دیگر ویژگی‌های این بازار است. چالش‌هایی مانند نوسانات قیمت سنگ فسفات و رقابت با تولیدکنندگان دیگر مناطق وجود دارد. با این حال، خاورمیانه به دلیل دسترسی به منابع اولیه و هزینه تولید پایین‌تر، همچنان یک بازیگر کلیدی باقی مانده است. انتظار می‌رود با افزایش سرمایه‌گذاری‌ها در زیرساخت‌ها و فناوری، این موقعیت تقویت شود.
