إنتاج حامض الفوسفوريك - تسبب هذه الشوائب أيضًا المزيد من تآكل المواد

العملية الرطبة هي الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج حمض الفوسفوريك الصناعي. يتم تعدين صخور الفوسفات، وهي معدن طبيعي يحتوي على الفوسفور، ومعالجتها لإزالة الشوائب. عادةً ما يتم طحن الصخور إلى مسحوق دقيق لزيادة مساحتها السطحية. يتم خلط الصخور الفوسفاتية المطحونة مع حمض الكبريتيك. التفاعل بين الصخور والحمض يؤدي إلى تكوين حمض الفوسفوريك (H₃PO₄) وكبريتات الكالسيوم (الجبس). يحدث التفاعل عادة في أوعية تفاعل كبيرة تعرف باسم المهضمات.

يتم تصفية خليط حمض الفوسفوريك وكبريتات الكالسيوم لفصل الكبريتات الكالسيوم الصلبة عن حمض الفوسفوريك السائل. يمكن معالجة كبريتات الكالسيوم المصفاة بشكل إضافي للاستخدام في تطبيقات مختلفة مثل مواد البناء. عادةً ما يتم تخفيف حمض الفوسفوريك المصفى، ويتم تقليل محتوى الماء من خلال التبخير أو طرق تركيز أخرى. يزيد هذا الخطوة تركيز حمض الفوسفوريك في المنتج النهائي.

تتوفر صخور الفوسفات بشكل عام في شكل هيدروكسيدات وفلوريدات. يعد الأباتيت أيضًا أهم صخور الفوسفات المستخدمة في إنتاج حامض الفوسفوريك الصناعي والصالح للأكل. هناك العديد من الشوائب في هذه الصخرة التي يمكن أن تقلل من كفاءة حامض الفوسفوريك. تسبب هذه الشوائب أيضًا المزيد من تآكل المواد. في عام 1812 ، اكتشفت شركة Quigent في ليون بفرنسا طريقة لإنتاج الفوسفور النقي عن طريق إضافة حمض الهيدروكلوريك إلى العظام ، والذي تم إنتاجه بالكامل من قبل الحكومة الفرنسية حتى عام 1872 ، والذي تم منه إنتاج حمض الفوسفوريك ، إلى جانب منتجات الفوسفور الأخرى. 

الصخور الفوسفاتية عادة ما تكون متوفرة في شكل هيدروكسيدات وفلوريدات. الأباتيت هي أيضًا أهم صخرة فوسفاتية يتم استخدامها لإنتاج حمض الفوسفوريك الصناعي والصالح للأكل. هناك العديد من الشوائب في هذه الصخور التي يمكن أن تقلل من كفاءة حمض الفوسفوريك. تسبب هذه الشوائب أيضًا في المزيد من تآكل المواد. في عام 1812، اكتشفت شركة كويجنت في ليون، فرنسا، طريقة لإنتاج الفوسفور النقي عن طريق إضافة حمض الهيدروكلوريك إلى العظم، الذي كان يتم إنتاجه بالكامل من قبل الحكومة الفرنسية حتى عام 1872، حيث تم إنتاج حمض الفوسفوريك، إلى جانب منتجات فوسفورية أخرى.

كانت خلال هذه السنوات (في عام 1840) أهمية استخدام حمض الفوسفوريك في صناعة الزراعة كسماد وتطبيقاته في الزراعة والفسيولوجيا محل نقاش من قبل يوستوس فان ليبيج في كتاب يحمل اسم الكيمياء العضوية. في نفس الكتاب، أشار العالم إلى الفوسفات غير القابلة للذوبان في العظام والمعادن وقال إنه من خلال تفاعل هذه الفوسفات مع حمض الكبريتيك، يمكن الحصول على مركب غذائي للنباتات. عندما اختفت جميع عظام الجاموس من السهول الأمريكية في عام 1896 بسبب إنتاج الفوسفور وحمض الفوسفوريك ومنتجات الفوسفور الأخرى، بدأت الشركات في التفكير في استبدال العظام بمصدر أكثر موثوقية، وهكذا بدأوا في اللجوء إلى خامات المعادن الفوسفاتية. ولكن قبل ذلك، أفلست العديد منهم بسبب ارتفاع أسعار العظام. اليوم، يتم إعداد حمض الفوسفوريك من الصخور الفوسفاتية بطريقتين عامتين هما الرطبة والجافة.

خلال هذه السنوات (1840) تمت مناقشة أهمية استخدام حمض الفوسفوريك في الصناعة الزراعية كسماد وتطبيقاته في الزراعة وعلم وظائف الأعضاء من قبل Justus van Liebig في كتاب بعنوان الكيمياء العضوية. في نفس الكتاب ، أشار العالم إلى الفوسفات غير القابل للذوبان في العظام والمعادن وقال إنه من خلال تفاعل هذا الفوسفات مع حمض الكبريتيك ، يمكن الحصول على مركب مغذي للنباتات. عندما اختفت جميع عظام الجاموس في عام 1896 من السهول الأمريكية بسبب إنتاج الفوسفور وحمض الفوسفوريك ومنتجات الفوسفوريك الأخرى ، تفكر الشركات في استبدال العظام بمصدر أكثر موثوقية ، وبالتالي يتجهون إلى خامات الفوسفات المعدنية. لكن قبل ذلك ، أفلس الكثير منهم بسبب ارتفاع أسعار العظام. اليوم ، يتم تحضير حمض الفوسفوريك من صخور الفوسفات بطريقتين عامتين وجافة.

العملية الحرارية، المعروفة أيضًا بعملية الفرن أو العملية الجافة، هي طريقة بديلة لإنتاج حمض الفوسفوريك. يتم حرق الفوسفور العنصري (P₄) بوجود كمية زائدة من الهواء، مما يحول الفوسفور إلى أكسيد الفوسفور الخماسي (P₂O₅). يحدث هذا التفاعل عادة في فرن أو مفاعل. يتم حل أكسيد الفوسفور الخماسي الناتج في الماء لتكوين حمض الفوسفوريك. المعادلة الكيميائية لهذا التفاعل هي: P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄. يتم عادة تصفية محلول حمض الفوسفوريك لإزالة أي شوائب. يتم تركيز المحلول المصفى من خلال التبخير أو طرق أخرى لزيادة تركيز حمض الفوسفوريك.

كل من العملية الرطبة والعملية الحرارية لهما مزايا وعيوب. العملية الرطبة تستخدم بشكل أكثر شيوعًا بسبب احتياجاتها الطاقوية المنخفضة ونقاء حمض الفوسفوريك الأعلى. العملية الحرارية، من ناحية أخرى، يمكن أن تكون مفيدة في المناطق ذات الموارد المائية المحدودة حيث لا تتطلب كميات كبيرة من الماء للحصول على الأسيتة. تصبح الاعتبارات البيئية وجهود الاستدامة أكثر أهمية في إنتاج حمض الفوسفوريك، مع جهود لتقليل النفايات وتقليل التأثيرات البيئية.