磷酸性质、用途与生产工艺
磷酸又称正磷酸（分子结构式H3PO4），纯品为无色透明粘稠状液体或斜方晶体，无臭、味很酸。85%磷酸是无色透明或略带浅色，稠状液体。 熔点42.35℃，比重1.70，高沸点酸，可与水以任意比互溶，沸点213℃时（失去1/2水），则生成焦磷酸。加热至300℃时变成偏磷酸。相对密 度181.834。易溶于水，溶于乙醇。磷酸是一种常见的无机酸，是中强酸。其酸性较硫酸、盐酸和硝酸等强酸弱，但较醋酸、硼酸、碳酸等弱酸强。 磷酸与碳酸钠反应时在不同的pH下，可生成不同的酸式盐。能刺激皮肤引起发炎，破坏肌体组织。浓磷酸在瓷器中加热时有侵蚀作用。有吸湿 性，密封保存。市售磷酸是含H3PO4 82%的黏稠状的浓溶液，磷酸溶液粘度较大是由于溶液中存在着氢键。
图1为磷酸分子结构式。
磷酸主要应用领域如下：金属表面钢管磷化处理，配制电解抛光液和化学抛光液；铝制品的抛光；制造各种磷酸盐、饲料级磷酸氢钙、酸式磷酸锰 、焦磷酸钾；医药工业用于制造甘油磷酸钠、磷酸铁，制造青霉素时调节酸碱度；用于制造磷酸锌作为牙科补牙时粘合剂；塑料用于酚醛树脂 缩合的催化剂；染料及中间体生产用的干燥剂；印刷用于配制揩去胶印彩印版上污点的清洗剂；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；冶金用于生产耐火泥，提高炼钢炉寿命；橡胶用于浆料的凝固剂及生产无机粘结剂的原料；涂料用于金属防 锈漆；食品工业用作酸性调味剂。
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项目 指 标
含量 85%
色度 ≤20
磷酸（H3PO4）的质量分数 ≥85.0%
氯化物（Cl）质量分数 ≤0.0005%
硫酸盐（以SO4计）质量分数 ≤0.003%
铁（Fe）质量分数 ≤0.002%
砷（As）质量分数 ≤0.0001%
重金属（以Pb计）质量分数 ≤0.001%
GB 3149—92方法
混合指示剂 取0.1%百里酚蓝溶液3份(V)和0.1%酚酞溶液2份(V)，混合均匀。
测定手续
重量法 亦称仲裁法。取试样5g(称准至0.0002g)放于100ml烧杯中，加10ml盐酸，盖上表面皿，煮沸10min，冷却后转入500ml容量瓶中，加10ml盐酸，用水定容后，摇匀。取该溶液50ml放于500ml容量瓶中，再用水定容后，摇匀，是为试样液。
取试样液20ml放于400ml烧杯中，用水稀释至100ml，加喹钼柠酮试液(TS-202)50ml，盖上表面皿，在电热板上加热至杯内温度达75℃±5℃，保持半分钟或在水浴中保温至溶液分层(不能用明火加热，不论在加试剂或加热时都不能搅拌混匀，以免形成块状物)，冷却过程中转动3～4次。用预先在175～185℃(或240～260℃)恒重的4号玻璃坩埚过滤，先将上层清液过滤，沉淀用倾泻法洗涤3～4次，每次约用水20ml，洗液通过坩埚过滤，然后将沉淀转到玻璃坩埚中，继续用水洗涤5～6次，置坩埚于175～185℃：烘箱中烘45min(或240～260℃烘箱中烘15min)，玻璃坩埚于干燥器中冷却至室温称重。同测定手续，进行空白试验。
磷酸含量按下式计算：
H3PO4(%)=0.04428×(G2-G1)/G×50/500×20/500×100式中G一所取试样量，g
G2——测定样品时所得的沉淀量，g；
G1——空白测得的沉淀重量，g；
0.04428——每克磷钼酸喹啉相当于磷酸的质量，g。
容量法按上述重量法测定手续进行至“……冷却过程中转动3～4次”，以下操作按下述测定手续进行。
用铺有滤纸、脱脂棉或纸浆的过滤器过滤，先将上层清液过滤，沉淀用倾泻法洗涤3～4次，每次约用水25～30ml，然后将沉淀转到过滤器上，继续用水洗涤至无酸性(取约20ml洗出液，加一滴混合指示剂和1滴0. 25mol/L的氢氧化钠液，所呈颜色与处理同体积水所呈的颜色相近为止)。将沉淀转入原烧杯中，加不含二氧化碳的水100ml，搅匀沉淀，约加0.5ml/L氢氧化钠标准液10ml，充分搅拌至沉淀溶解，加5滴混合指示剂，用0.25mol/L盐酸标准液滴定，溶液由紫色变为微黄色时为终点。
用同样测定手续，进行空白试验。
磷酸含量按下式计算：
H3PO4(％)=c(V1-VV2)×0.003769/G×50/500×20/500×100
式中c——氢氧化钠标准溶液浓度，mol/L；
V1——试样所耗氢氧化钠标准溶液的体积，ml；
V2——试样所耗盐酸标准溶液的体积，ml；
V——在空白试验中，1m1盐酸标准溶液相当的氢氧化钠标准溶液体积，ml；
0.003769——毫摩尔磷酸的质量，g；
G一所取试样量，g。
本方法平行测定时允许误差在0～2%以内。
FAO/WHO滴定法 取试样1.00g放入一具玻塞烧瓶中，加水约100ml，再加百里酚酞试液(TS-248)0.5ml，用1mol/L氢氧化钠液滴定，每ml相当于H3PO40.049g。
Adl 0～70 mg/kg(以磷计)。如每天摄入2～4g可引起轻度腹泻。用作可乐型饮料的酸味剂时用量为0.02%～0.06%。
参见工业磷酸。
对人无中毒报告。浓溶液对皮肤有腐蚀作用。
ADI 0～70mg/kg(以磷计的总磷酸盐量，FAO/WHO，2001)。
GRAS(FDA，§182．1073，2000)。
LD
501530mg/kg(大鼠，经口)。
磷酸蒸气能引起鼻黏膜萎缩；对皮肤有相当强的腐蚀作用，可引起皮肤炎症性疾患；能造成全身中毒现象。
空气中最高容许浓度为l mg／m
3。
生产人员工作时应穿戴防护用具，如工作服、橡皮手套、橡皮或塑料围裙、长筒胶靴。注意保护呼吸器官和皮肤，如不慎溅到皮肤，应立即用大量清水冲洗，把磷酸洗净后，一般可用红汞溶液或龙胆紫溶液涂抹患处，严重时应立即送医院诊治。
GB 2760—2002：复合调味料、罐头、可乐型饮料、干酪、果冻、软饮料、含乳饮料，均GMP。
FAO/WHO(1984)：虾或对虾罐头(850mg/kg，暂定)；蟹肉罐头5g/kg；加工干酪9g/kg；可可粉及含糖可可粉，可可豆粉，可可液块，可可油饼，巧克力(由原料带入，2.5g/kg，以可可部分为基料，按P2O5计)；一般食用油脂100mg/kg，食用酸析干酪素按GMP。
FEMA(mg/kg)：软饮料510，冷饮660，糖果5000，焙烤食品1500。
添加剂中文名称
允许使用该种添加剂的食品中文名称
添加剂功能
最大允许使用量（g/kg）
最大允许残留量（g/kg）
磷酸
食品
食品工业用加工助剂
/
一般应在制成最后成品之前出去，有规定食品中残留量的除外
磷酸
可可制品、巧克力和巧克力制品（包括类巧克力和代巧克力）以及糖果
酸度调节剂
按生产需要适量使用
化学性质
无色透明或略带浅色稠状液体,纯磷酸为无色结晶，无臭，具有酸味。
用途
主要用于磷酸盐工业、电镀、抛光工业、制糖工业、复合肥料等。在食品工业中作为酸味剂、酵母营养剂等
用途
主要用于乙烯水合生产乙醇用催化剂、高纯磷酸盐、医药品制造、化学试剂。
用途
主要用于制取化学肥料、洗涤剂、食品和饲料添加剂、阻燃剂及各种磷酸盐
用途
常用作分析试剂
用途
用于容量及比色分析等
用途
在硅平面管和集成电路生产中，普遍用铝膜作电极引线，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。
用途
可用作酸味剂和酵母的营养剂。可用于调味料、罐头、清凉饮料的酸味剂。用于酿酒时的酵母营养源，防止杂菌繁殖。
用途
作酵母营养剂、螯合剂、抗氧化增效剂和无机酸味剂，酸味度为2.3～2.5，可用于复合调味料、罐头、干酪、果冻和可乐型饮料，按生产需要适量使用。
用途
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。精制磷酸用于制饲料用磷酸氢钙。用于金属表面磷化处理，配制电解抛光液和化学抛光液用于铝制品的抛光。医药工业用于制造甘油磷酸钠、磷酸铁等，也用于制造磷酸锌作为牙科补牙黏合剂。用作酚醛树脂缩合的催化剂，染料及中间体生产用的干燥剂。印刷工业用于配制揩去胶印彩印版上污点的清洗液。还用于配制火柴梗浸渍液。冶金工业用于生产磷酸耐火泥，提高炼钢炉寿命。是橡胶浆料的凝固剂及生产无机黏结剂的原料。涂料工业用作金属防锈漆。
用途
测定钢铁中铬、镍、钒成分、金属防锈、橡胶凝固剂，测定血清中非蛋白氮、总胆醇和全血葡萄糖等。结晶磷酸主要用于微电子、高能电池、激光玻璃等制造工艺，用作高纯催化剂、医学材料。
生产方法
工业生产方法有湿法和热法。前者制得磷酸浓度较低，而且含杂质较多，需要进行净化。如以酮-醇混合物为萃取体系精制湿法磷酸，经萃取-洗涤-反萃取和钡盐沉淀净化的工艺流程，已生产出合格的85%工业磷酸。后者制得磷酸浓度和纯度都高，但耗电量大、投资和成本较高。
湿法是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
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。
热法热法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
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。
生产方法
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。
生产方法
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。
生产方法
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。
生产方法
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。
类别
腐蚀物品
毒性分级
中毒
急性毒性
口服- 大鼠 LD50: 15300 毫克/ 公斤
刺激数据
皮肤- 兔子 595 毫克/ 24小时 重度; 眼- 兔子 119 毫克 重度
可燃性危险特性
遇H发孔剂可燃； 受热排放有毒磷氧化物烟雾
储运特性
库房通风低温干燥;与H发孔剂、碱类分开存放。
灭火剂
砂土、泡沫、水
职业标准
TLV-TWA 1 毫克/ 立方米; STEL 3 毫克/ 立方米
磷酸
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