磷酸

磷酸

CAS登录号 7664-38-2 EINECS登录号 231-633-2 化学式 H₃PO₄ 分子量 98

熔点 42℃ 沸点 261℃（分解）  水溶性:可与水以任意比互溶

密度 1.874g/mL（液态）   外观:白色固体，大于42℃时为无色粘稠液体

别称：正磷酸;食用磷酸;乙烯利水剂;磷酸(食品级);一缩原磷酸;工业磷酸;磷酸85%工业级

应用：主要用于水处理、制药、磷酸盐工业、电镀、抛光工业、制糖工业、肥料等工业，也可用作化学试剂。在食品工业中作为酸味剂、酵母营养剂等

磷酸或正磷酸，是一种常见的无机酸，是中强酸。由五氧化二磷溶于热水中即可得到。正磷酸工业上用硫酸处理磷灰石即得。磷酸在空气中容易潮解。加热会失水得到焦磷酸，再进一步失水得到偏磷酸。磷酸主要用于制药、食品、肥料等工业，包括作为防锈剂，食品添加剂，牙科和矫形外科，EDIC腐蚀剂，电解质，助焊剂，分散剂，工业腐蚀剂，肥料的原料和组件家居清洁产品。也可用作化学试剂，磷酸盐是所有生命形式的营养。

物质结构

正磷酸是由一个单一的磷氧四面体构成的磷酸。在磷酸分子中P原子是sp3杂化的，3个杂化轨道与氧原子间形成3个σ键，另一个P—O键是由一个从磷到氧的σ配键和两个由氧到磷的d-pπ键组成的。σ配键是磷原子上的一对孤对电子向氧原子的空轨道配位而形成。d←p配键是氧原子的py、pz轨道上的两对孤对电子和磷原子的dxz、dyz空轨道重叠而成。由于磷原子3d能级比氧原子的2p能级能量高很多，组成的分子轨道不是很有效的，所以P—O键从数目上来看是三重键，但从键能和键长来看是介于单键和双键之间。纯H₃PO₄和它的晶体水合物中都有氢键存在，这可能是磷酸浓溶液之所以粘稠的原因。

物理性质

市售磷酸是含85%H₃PO₄的粘稠状浓溶液。从浓溶液中结晶，则形成半水合物2H₃PO₄·H₂O（熔点302.3K）。

结（冰）晶点：

磷酸属于中强酸，其结晶点（冰点）为21℃，当低于此温度时会析出半水物结（冰）晶。当然，通常磷酸在10℃以上甚至更低温度下也不结（冰）晶，这是由于磷酸具有过冷的特性，也就是实际上市售的磷酸在低于21℃时会偏离其结（冰）晶点，不会立即结（冰）晶的现象存在。但这样的低温只要维持一段时间，在静止的状态下，磷酸很容易产生结（冰）晶。

磷酸结晶就像其他液体结晶一样属于物理变化而非化学变化。其化学性质不会因结晶而改变，也即磷酸的质量是不会因结晶而受影响的，只要给予温度熔化或加热水稀释溶化，仍可以正常使用。

结晶特性：磷酸浓度高、纯度高，结晶性高。根据经验，当气温在4摄氏度上下，浓度大于85%时，其结晶性增大，若不慎混入结（冰）晶磷酸，会造成原本没有结（冰）晶的磷酸立即感染而结（冰）晶，而且磷酸结（冰）晶异常迅速，直致磷酸储存容器大部结（冰）晶。磷酸结（冰）晶后，上部磷酸边稀，下部沉积针状结（冰）晶体纯磷酸。根据经验，75%磷酸在较低（4℃附近）的温度下也较难结（冰）晶，因此在较低的气温条件下，建议使用75%磷酸比较妥当。

磷酸结（冰）晶好比水结冰，是其本身的物理性能，固有属性，不能改变，只有妥善保存处理才能防止结（冰）晶。

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，有一定氧化性。具有酸的通性。

（1）浓磷酸可以和氯化钠共热生成氯化氢气体（与碘化钾、溴化钠等也有类似反应），属于高沸点酸制低沸点酸

（2）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。

（3）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。

（4）需要特别注意的是，浓热的磷酸能腐蚀二氧化硅，生成杂多酸。但由于反应原理过于复杂，因此中学课程将其简化为氢氟酸是唯一能与二氧化硅反应的酸。浓热磷酸还能分解绝大部分矿物，如铬铁矿、金红石、钛铁矿等。

制备方法

   磷酸的原料主要是磷矿（主要成分为氟磷酸钙Ca₁₀F₂(PO₄)₆）和以硫酸为主的无机酸。

   实验室制法：实验室可用强酸+磷酸盐制备磷酸。

   3H+ + PO₄^3- ==== H₃PO₄ （原理：强酸制弱酸）

   湿法：工业上常用浓硫酸跟磷酸钙、磷矿石反应制取磷酸，滤去微溶于水的硫酸钙沉淀，所得滤液就是磷酸溶液。或让白磷与硝酸作用，可得到纯的磷酸溶 液。

   3P₄ + 20HNO₃ + 8H₂O ==== 12H₃PO₄ + 20NO↑

   热法：白磷在空气中燃烧生成五氧化二磷，再经水化制成。注意必须用热水，因为五氧化二磷会和冷水反应生成剧毒的偏磷酸。

   多磷酸的生产：多磷酸的生产主要由正磷酸在适当条件下脱水而成。

   重结晶法：将工业磷酸用蒸馏水溶解后，把溶液提纯，除去砷和重金属等杂质，经过滤，使滤液符合食品级要求时，浓缩，制得食用磷酸成品。

应用领域

一、农业：

1、磷酸是生产重要的磷肥（过磷酸钙、磷酸二氢钾等）的原料

2、生产饲料营养剂（磷酸二氢钙）的原料。

3、高纯磷酸可用于制作无氟饲料，复合肥料等。

4、生产杀虫剂的原料磷酸酯

二、工业：磷酸是一种重要的化工原料，主要作用如下：

1、金属表面处理中用作防锈剂；处理金属表面，在金属表面生成难溶的磷酸盐薄膜，以保护金属免受腐蚀。金属表面钢管磷化处理，配制电解抛光液和化学抛光液

2、在电镀工业中用作抛光剂。和硝酸混合作为化学抛光剂，用以提高金属表面的光洁度。如铝制品的抛光

3、日化工业中用作洗涤剂助剂，生产洗涤用品的原料磷酸酯。

4、生产含磷阻燃剂的原料

5、制造各种磷酸盐、酸式磷酸锰、焦磷酸钾；湿法磷酸主要用于制造各种磷酸盐，如磷酸铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠，磷酸三钠等和缩合磷酸盐类

6、塑料用于酚醛树脂缩合的催化剂

7、染料及中间体生产用的干燥剂

8、印刷用于配制揩去胶印彩印版上污点的清洗剂、去污剂

9、用于安全火柴的制造。火柴用于浸渍火柴梗，能使燃烧过的火柴梗不成灰而成炭状，使用时较为安全

10、冶金工业中用于生产耐酸、耐火泥；可提高冶金炉的寿命。磷酸盐能在水泥颗粒表面形成“不溶性”的磷酸钙作为缓凝剂。

11、橡胶用于浆料的凝固剂及生产无机粘结剂的原料

12、涂料用于金属防锈漆

13、工业中用作凝结剂

14、纺织印染业中用作印染媒染剂，丝绸的光泽剂

15、制糖业中用作澄清剂

16、分析化学中用作分析试剂，如分解样品，作配合掩蔽剂、沉淀剂

17、用于电子工业，用作酸性清洗腐蚀剂，在硅平面管和集成电路生产中，普遍以铝膜作电极引线，需要对铝膜进行光刻，用磷酸作酸性清洗腐蚀剂，可与乙酸配制使用。

18在水处理领域主要用作软水剂、水垢清洗剂，以及用作磷系水处理剂的生产原料等；

19、化工生产中的催化剂、干燥剂及软水剂

20、乙烯合成与过氧化氢的精制过程中用作酸化剂

21、助焊剂：磷酸2份,苯胺2分(重量)充分混合后使用，成功地对不锈钢进行了锡焊。无机型水熔性助焊剂，磷酸及其盐，在采用磷酸作为活化剂时，可以在120℃温度下使用，磷酸二氢铵等磷酸盐出有用于水熔性无机助焊剂。

不锈钢字、钛金字的焊接助焊剂。强腐蚀性的钎剂就是磷酸50水50。还有一种钎剂就是氯化锌25，盐酸25，水50 焊接温度在180~320 这两种都适用于洛钢和不锈钢，镍洛合金、铁洛铝丝

三、食品：

1、在食品中作为酸味剂、酵母营养剂；

2、饮料生产中用作酸化剂和调味剂，可乐中就含有磷酸。

3、磷酸盐也是重要的食品添加剂，

4、可作为营养增强剂。

四、医学：

1、磷酸可用于制取含磷药物，例如甘油磷酸钠等。

2、制造甘油磷酸钠、磷酸铁、磷酸锌等

3、制造青霉素时调节酸碱度

4、制造磷酸锌作为牙科补牙时粘合剂，医院中作假牙(义齿)用的"磷酸锌粘固粉液"。

5、在去除因烧伤坏死的疤痕时的修饰剂

生产方法

1.工业生产方法有湿法和热法

（1）湿法：制得磷酸浓度较低，而且含杂质较多，需要进行净化；用酸分解磷矿石制得。此法分为硫酸法、盐酸法、硝酸法和硫酸氢铵法。常用为硫酸法；

硫酸法：

   由于反应温度和制得磷酸浓度不同，在磷酸水溶液中硫酸钙晶体有三种不同形式，按其生产工艺分为“二水物”流程、“半水物”流程、“无水物”流程，近年还出现“半水-二水物”流程和“二水-半水物”流程等；

   湿法(硫酸法)二水物：

   流程将磷矿石粉碎至80～100目后，加入萃取槽，再加人淡磷酸和返酸以维持料浆的液固比为(2.5～3.5)：1(重量比)，并调节磷酸浓度。把硫酸按理论量的102%～104%加入萃取槽，与磷矿粉于75～85℃进行萃取反应4～8h。反应后的料浆经过滤，滤液即为磷酸，浓度一般在20%～25%P₂O₅，其中一部分返回萃取槽调节液固比，另一部分送去蒸发浓缩，制得磷酸成品。其化学反应方程式为：

    Ca₅F(PO₄)₃+5H₂SO₄+10H₂O→3H₃PO₄+5CaSO₄?2H₂O+HF↑

滤渣经多次洗涤后排出，其磷石膏用于制造硫酸的原料，洗液返回萃取槽用；

（2）热法：制得磷酸浓度和纯度都高，但耗电量大、投资和成本较高；

磷酸的生产有酸冷流程、水冷流程和喷射除雾流程，现分述如下：

酸冷流程：

将黄磷在熔磷槽内熔化成液体，经磷喷嘴送人燃烧水合塔，同时用压缩空气(一次空气)将磷雾化，使磷氧化燃烧生成五氧化二磷。为了使磷氧化完全，在塔顶还需补充二次空气。在塔顶沿塔壁淋洒30～40℃的循环磷酸，使五氧化二磷气体冷却，同时与水合成磷酸。排出的气体进入电除雾器以回收磷酸，再经冷却至30～40℃后，大部分作循环磷酸返回燃烧水合塔，小部分作磷酸成品。其反应方程式如下：

   P₄+5O₂→2P₂O₅

 P₂O₅+3H₂O→2H₃PO₄

   水冷流程：

   将黄磷熔化后，用泵把液态磷送人燃烧室，同时用压缩空气使磷雾化，并补充二次空气，使磷在燃烧室内进行氧化。产生气体温度为800℃左右，在室外用水冷却，使壁温保持80～125℃。从燃烧室出来的气体进入石墨制的气体冷却器，气体经冷却至80℃时进入水合塔，在塔中分三层喷水冷却，并水合成磷酸成品。尾气冷却至100℃以下，经电除雾器排入大气；

 喷射除雾流程：

 将液态黄磷经磷喷嘴送入燃烧水合塔，同时用压缩空气使磷雾化，燃烧生成的五氧化二磷立即与水形成磷酸酸雾。将酸雾经热交换器冷却后被喷射除雾器吸人，酸雾在喷射器喉部碰撞，凝集成大颗粒后在旋风分离器内回收，配制成85%H₃PO₄，制得磷酸成品；

2.重结晶法

将工业磷酸用蒸馏水溶解后，把溶液提纯，除去砷和重金属等杂质，经过滤，使滤液符合食品级要求时，浓缩，制得食用磷酸成品；

3.三氯氧磷法

将工业级三氯氧磷经蒸馏提纯后与高纯水反应，调到所需浓度后便生成磷酸，再用冷冻结晶法提纯，并用微孔滤膜过滤除去尘埃颗粒，制得无色透明的BV-1级磷酸；

4.工业上用硫酸处理磷灰石即得磷酸；

精制提纯法：将工业磷酸用无离子水溶解后，进行提纯，除去砷和重金属等杂质，经过滤、浓缩，制得高纯工业磷酸成品；

5.将黄磷燃烧生成五氧化二磷，用水吸收制得磷酸；

P₄+ 5O₂→2P₂O₅

P₂O₅+3H₂O→2H₃PO₄

6.     将沉淀剂氢氧化钡缓慢加入装有粗磷酸的降硫罐，搅拌加热至95℃，并维持20min后放人陈化罐，陈化 26d左右。下层浊液经过滤回收磷酸，上层清液加热至85℃泵人除砷填充塔的塔顶，从塔底通入H2S气体。过剩的尾气从塔顶导入NaOH溶液中和槽，带有悬浮块的磷酸液浆从塔底出料，进入凝聚罐，并加热至90℃，后经过滤罐、调节罐(维持温度80℃)，再入吸附罐。吸附罐的温度控制在80℃，加入活性炭、硅藻土进行搅拌吸附1h。最后进入滤浆罐，维持55℃过滤后即得食品级磷酸；

磷酸质量标准

参考标准

指标名称

指标

BV-l级

MOS级

低尘高纯级

磷酸(H3PO4)/%≥

85

85

85

挥发性酸/10^-6≤

10

10

10

氯化物(以Cl^-计)/10^-6≤

1

1

3

硫酸盐(以SO4^2-计)/l0^-6≤

10

-

-

硝酸盐(以NO3计)/10^-6≤

-

5

5

钠(Na)/10^-6≤

0.1

10

15

钾(K)/10^-6≤

0.1

5

10

铁(Fe)/10^-6≤

0.05

10

20

镍(Ni)/10^-6≤

0.05

5

5

铜(Cu)/10^-6≤

0.02

5

10

砷(As)/10^-6≤

0.05

0.5

1

铅(Pb)/10^-6≤

0.2

5

5

锰(Mn)/10^-6≤

0.01

5

5

锌(Zn)/10^-6≤

-

10

-

锑(Sb)/10^-6≤

-

1

2

镉(Cd)/10^-6≤

-

5

-

钙(Ca)/10^-6≤

-

20

30

镁(Mg)/10^-6≤

-

10

20

高锰酸钾还原物质

合格

合格

-

高锰酸钾还原物质(以H3PO4计)/10^-6≤

-

-

100

国家标准GB 3149—92

指标名称

指标

外观

无色透明或略带浅色稠状液体

色度/黑曾≤

20

磷酸(H3PO4)/%≥

85.0

砷(以As计)/%≤

0.0001

氟(以F计)/%≤

0.001

重金属(以Pb计)/%≤

0.001

氯化物(以Cl^-计)/%≤

0.0005

硫酸盐(以SO4^2-计)/%≤

0.005

易氧化物(以H3PO3计)/%≤

0.012

国家标准GB 2091—92

指标名称

指标

85%

75%

优等品

一等品

合格品

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/黑曾≤

20

30

40

20

30

40

磷酸(H3PO4)/%≥

85.0

85.0

85.0

75.0

75.0

75.0

氯化物(以Cl^-计)/%≤

0.0005

0.0005

0.001

0.0005

0.0005

0.001

硫酸盐(以SO4^2-计)/%≤

0.003

0.005

0.01

0.003

0.005

0.01

铁(Fe)/%≤

0.002

0.002

0.005

0.002

0.002

0.005

砷(As)/%≤

0.0001

0.005

0.01

0.0001

0.005

0.01

重金属(以Ph计)/%≤

0.001

0.001

0.05

0.001

0.001

0.05

企业标准辽Q/HG 1890一84

指标名称

指标

外观

无悬浮物，无色透明油状物

磷酸(H3PO4)/%

70.0～75.0

砷(As)/%≤

0.0005

铅(Pb)/%≤

0.0003

铜(Cu)/%≤

0.0001

铁(Fe)/%≤

0.002

镍(Ni)/%≤

0.001

铬(Cr)/%≤

0.0001

氟(F)/%≤

0.002

三氧化硫(S03)/%≤

0.005

氯(C1)/%≤

0.0015