ĂN MÒN KIM LOẠI TRONG SẢN XUẤT
ACID PHOTPHORIC
I . Tính Chất Của acid photphoric :

1 . tính chất vật lý :
Acid photphoric là chất rắn tinh thể không màu, khối lượng riêng
1,87 g/cm3; nhiệt độ nóng chảy bằng 42,35
0
C (dạng H
3
PO
4
.H
2
O có
nhiệt độ nóng chảy 29,32
0
C) , phân huỷ ở 213
0
C. Tan trong etanol ,
nước (với bất kì tỉ lệ nào). Trong cấu trúc tinh thể của nó gồm có
những nhóm tứ diện PO
4
, liên kết với nhau bằng liên kết hidro. Cấu
trúc đó vẫn còn được giữ lại trong dung dịch đậm đặc của axit ở
trong nước và làm cho dung dịch đó sánh giống như nước đường.
2 . tính chất hóa học :
Trong phân tử axit photphoric P ở mức oxi hóa +5 bền nên axit
photphoric khó bị khử, không có tính oxi hóa như axit nitric. Khi
đun nóng dần đến 260
o


Ứng dụng của acid photphoric là bán thành phẩm trong quá trình
sản xuất phân bón dược phẩm , thức ăn gia súc , làm chất xúc tác
trong tổng hợp hữu cơ, chất tẩm gỗ chống cháy .
Điều chế acid trông công nghiệp bằng :
-phương pháp trích li .
-phương pháp nhiệt luyện .
II . ĐIỀU CHẾ ACID PHOTPHORIC TRONG CÔNG NGHIỆP :
1 . phương pháp nhiệt luyện :

Ðiều chế H3PO4 bằng cách Oxi hóa Photpho trong không khí :
4P + 5O2 = 2P2O5
2P2O5 + H2O = 2HPO3 Acid metaPhotphoric
HPO3 + H2O = H3PO4 Acid octoPhotphoric

Photpho rắn đưa vào thùng để nấu chảy bằng hơi nước , Photpho
đưa lên thùng cung ứng rồi đưa qua thùng hoãn xung để vào vòi
phun của buồng đốt làm bằng gạch chịu acid ,Photpho cháy trong
không khí tạo thành P2O5 và HPO3 qua ống dẫn khí vào tháp
hydrat hóa (Nước hoặc acid loãng được phun trong ống vào
tháp ) .Trong tháp P2O5 chuyển hóa hoàn toàn thành HPO3 .
Tùy theo điều kiện nhiệt độ hơi nước , chúng được hydrat hoá thành
H3PO4 hoặc các acid polyPhotphoric (H4P2O7 hoặc H5P3O10 ,
H6P4O13 ) H3PO4 lấy ra khỏi tháp với nồng độ 45 - 60%.
Một phần tồn tại dưới dạng mùn theo đường ống vào tháp lọc điện
có điện cực ngưng tụ bằng than và điện cực phóng điện bằng bạc
làm việc ở nhiệt độ 150oC và ngưng tụ tới 90 - 99% acid có trong
thùng.
2 . phương pháp trích ly :
Phương pháp này thực hiện bằng cách xừ lý Photphat thiên nhiên

Việc sản xuất acid photphoric là công việc quan trọng cho sản
xuất phân bón và các thành phẩm khác . Môi trường axit photphoric
là môi trường có độ mạnh trung bình . Sự ăn mòn trong môi trường
phụ thuộc nhiều vào thành phần cấu tạo chất đầu vào , nhiệt độ , tốc
độ chảy của acid , khuấy trộn và cô đặc acid . Trong quá trình sản
xuất tạo ra nhiều chất có tác dụng ăn mòn cao như Flo , Clo , HF ,
tạo nhiều chất rắn như SiO2 , tinh thể thạch cao ….
IV . Cơ Chế Ăn Mòn Trong Môi Trường Acid :
Trong môi trường acid H3PO4 cơ chế ăn mòn chính sảy ra như
sau:
Phản ứng anot : Mne -> Mn+ + ne

Phản ứng catot : 2nH+ + 2ne -> nH2
O2 + 2H+ + 4e -> 2H2O
-ngoài ra còn phản ứng : 2H2O + 2e -> H2 + OH-

Sự khuếch tán ion H+ và sự hòa tan O2 vào trong dung dịch như sau:
- ion H+ đi từ trong dung dịch lại sát gần bề mặt kim loại tại đó nó
nhận điện tử và trở thành phân tử H2 . Còn O2 khuếch tán từ môi
trường ngoài vào trong dung dịch và trao đổi e để trở thành ion .
IV . CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ ĂN MÒN
TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ACID :

Ngoài 2 yếu tố là H+ và O2 trong quá trình sản xuất acid H3PO4 sự
ăn mòn còn chịu nhiều yếu tố ảnh hưởng . Do sự lựa chọn nguyên
liệu , do phương pháp sản xuất Hiện nay phương pháp trích ly
được thực hiện nhiều nhất vì nó có giá thành rẻ và tiện lợi khi dùng
quặng . Sau đây ta nghiên cứu quá trình ăn mòn trong sản xuất axit
bằng phương pháp trích ly :
1. khí flo :


H2S + Cl2 + H2O = H2SO4 + HCl
Tăng nồng độ axit làm cho quá trình ăn mòn nhanh hơn .
6 . khi vận chuyển axit sự chảy của dòng acid , tốc độ chảy ảnh
hưởng đến tốc độ ăn mòn . Đặc biệt trong quá trình cô đặc , quá
trình khuấy trộn acid . Tốc độ càng cao sự mài mòn , và nồng độ
ion càng tăng nên làm tăng tốc độ ăn mòn .
V . Phương Pháp Bảo Vệ Kim Loại Khỏi Bị Ăn Mòn :
Các nghiên cứu chỉ ra rằng , phương pháp chống ăn mòn tốt nhất
trong môi trường acid là tạo ra lớp màng bảo vệ hay là lớp oxit hoặc
lớp thụ động trên bề mặt vật liệu . Lớp bảo vệ cần phải đồng nhất để
bảo vệ toàn bộ bề mặt vật liệu . Để làm được điều này , nguyên tố
Crôm là thích hợp nhất . Các nguyên tố khác như môlipđen và nitơ
cũng giúp ổn định và tái lập những lớp thụ động như vậy. Nếu axit
H3PO4 có hàm lượng clorua cao, hợp kim cần phải có thành phần
crôm và molypđen với hàm lượng cao để tránh nguy cơ ăn mòn.Hiện
nay người ta dùng thép không gỉ austenit chứa 4% Mo .
Đối với bình phản ứng chứa H3PO4 và H2SO4 các hệ thống rửa
khí , vận chuyển acid thì sử dụng chất dẻo gia cường bằng sợi thủy
tinh (fibreglas reinforced plastic) (FPR) . FPR có tác dụng tăng độ
cứng và độ bền cho vật liệu . Ở một số FPR mới thành phần chống ăn
mòn có thể là nhựa dẻo hoặc nhựa nhiệt rắn .
Đối với các thành phần có tính chất mài mòn phụ thuộc vào chất
phản ứng đầu ( quặng ) thì phải nghiền nhỏ quặng trước khi đưa vào
sản xuất .
Để giảm thành phần clo , flo thì tìm nguồn quặng có lượng clo ,
flo thấp .
Đối với Flo , nó có tính ăn mòn mạnh , nhưng lại là chất được có
giá trị trên thị trường , nên người ta dùng nhiều phương pháp để tách
Flo ra trong qúa trình sản xuất . Ở đây chỉ nói về vấn đề ăn mòn nên