Quy Trình Sản Xuất Axit Photphoric (H3PO4): Phương Pháp Nhiệt và Phương Pháp Ướt

Với 10 năm kinh nghiệm trong ngành nhập khẩu, phân phối hóa chất, Hóa Chất Gia Hoàng sẽ chia sẻ những kiến thức chuyên sâu về các quy trình sản xuất Axit photphoric. Đây là một trong những hóa chất nền tảng, có vai trò thiết yếu trong nhiều lĩnh vực, từ nông nghiệp đến thực phẩm. Việc hiểu rõ quy trình sản xuất Axit photphoric trong công nghiệp không chỉ giúp bạn lựa chọn đúng sản phẩm mà còn tối ưu hóa chi phí, hiệu quả ứng dụng. Bài viết này sẽ tập trung vào hai phương pháp sản xuất chính: Phương pháp ướt (Wet Process), Phương pháp nhiệt (Thermal Process).

1. Phương pháp ướt (Wet Process): Sản xuất Axit Photphoric công nghiệp quy mô lớn

Phương pháp ướt là quy trình sản xuất Axit photphoric phổ biến, chiếm ưu thế trên toàn cầu. Nó đóng vai trò then chốt trong việc đáp ứng nhu cầu Axit photphoric ngày càng tăng cho ngành sản xuất phân bón, cũng như nhiều ứng dụng công nghiệp quan trọng khác.

1.1. Nguyên liệu đầu vào

Để sản xuất Axit photphoric bằng phương pháp ướt, quy trình này tận dụng các nguyên liệu thô sẵn có trong tự nhiên, đảm bảo tính bền vững, hiệu quả kinh tế. Các nguyên liệu chính bao gồm:

• Quặng phosphat: Nguồn cung cấp photpho chính cho quy trình, thường là quặng apatit (Ca₅(PO₄)₃F) hoặc photphorit.
• Axit sunfuric (H₂SO₄): Chất phản ứng quan trọng, được sử dụng để phân hủy quặng phosphate, высвобождая axit phosphoric.
• Nước: Dung môi hòa tan các chất, được sử dụng trong các công đoạn rửa để làm sạch sản phẩm.

1.2. Quy trình sản xuất

Sản xuất H3PO4 theo phương pháp ướt

Quy trình sản xuất H3PO4 theo phương pháp ướt là một chuỗi các công đoạn được phối hợp chặt chẽ, từ xử lý nguyên liệu thô đến tinh chế sản phẩm cuối cùng, nhằm đảm bảo hiệu quả, chất lượng. Dưới đây là các bước chính trong quy trình này:

• Bước 1: Nghiền và trộn quặng: Quặng photphat sau khi khai thác sẽ được nghiền thành bột mịn. Việc này giúp làm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt, từ đó đẩy nhanh tốc độ phản ứng với axit sulfuric.
• Bước 2: Phản ứng phân hủy: Bột quặng mịn được đưa vào các lò phản ứng lớn, trộn đều với axit sulfuric đậm đặc. Tại đây, phản ứng hóa học chính sẽ diễn ra.
  • Phương trình phản ứng tổng quát: Ca₅(PO₄)₃F + 5H₂SO₄ + xH₂O → 3H₃PO₄ + 5CaSO₄.xH₂O (thạch cao) + HF
  • Ví dụ cụ thể: Quy trình Dihydrate là biến thể phổ biến nhất của phương pháp ướt. Trong quy trình này, nhiệt độ, nồng độ axit được kiểm soát chặt chẽ để tạo ra sản phẩm phụ là thạch cao ở dạng dihydrate (CaSO₄.2H₂O). Sơ đồ dòng chảy của quy trình này bắt đầu bằng việc đưa quặng, axit vào lò phản ứng, hỗn hợp sau đó được chuyển đến hệ thống lọc chân không để tách Axit photphoric lỏng ra khỏi bã rắn là thạch cao (còn gọi là phosphogypsum), cuối cùng axit được đưa đi cô đặc.
• Bước 3: Lọc và rửa: Hỗn hợp sau phản ứng được đưa qua hệ thống lọc chân không để tách dung dịch Axit photphoric thô ra khỏi bã rắn thạch cao. Bã thạch cao này sẽ được rửa lại nhiều lần với nước để thu hồi tối đa lượng Axit photphoric còn sót lại, giúp tăng hiệu suất của toàn bộ quy trình sản xuất Axit photphoric.
• Bước 4: Cô đặc: Dung dịch axit thu được sau quá trình lọc thường có nồng độ P₂O₅ khoảng 28-32%. Để đáp ứng nhu cầu thương mại, dung dịch này sẽ được cô đặc bằng phương pháp bay hơi nước để nâng nồng độ lên 40-54% P₂O₅ (tương đương 55-75% H₃PO₄).
• Bước 5: Tinh chế: Đối với một số ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ tinh khiết cao hơn, Axit photphoric kỹ thuật có thể trải qua thêm công đoạn tinh chế để loại bỏ các tạp chất như sắt (Fe), nhôm (Al), magie (Mg), các hợp chất chứa flo (F).

1.3. Ưu và nhược điểm của phương pháp ướt

Ưu và nhược điểm của phương pháp ướt

Phương pháp ướt, mặc dù là quy trình sản xuất Axit photphoric phổ biến, vẫn tồn tại những ưu điểm, nhược điểm riêng biệt, cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình lựa chọn, áp dụng.

• Ưu điểm: Chi phí vận hành, đầu tư thấp hơn so với phương pháp nhiệt, cho phép sản xuất Axit photphoric với sản lượng cực lớn, rất phù hợp để sản xuất phân bón.
• Nhược điểm: 
  • Sản phẩm cuối cùng là Axit photphoric kỹ thuật, chứa nhiều tạp chất, đòi hỏi các công đoạn tinh chế tiếp theo nếu muốn đạt độ tinh khiết cao hơn.
  • Quy trình này tạo ra một lượng lớn chất thải rắn là phosphogypsum, gây ra những thách thức đáng kể trong việc xử lý, quản lý môi trường. Cần có các giải pháp hiệu quả để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

Xem thêm: Axit Photphoric Có Độc Không? Lưu Ý Khi Sử Dụng H3PO4

2. Phương pháp nhiệt (Thermal Process): Sản xuất Axit Photphoric tinh khiết cao

Phương pháp nhiệt là quy trình sản xuất Axit photphoric được lựa chọn khi yêu cầu độ tinh khiết sản phẩm đạt mức cao nhất. Phương pháp này đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe của ngành thực phẩm, dược phẩm, nơi mà sự an toàn, chất lượng luôn được ưu tiên hàng đầu.

2.1. Nguyên liệu đầu vào

Để đảm bảo sản xuất Axit photphoric có độ tinh khiết cao bằng phương pháp nhiệt, việc lựa chọn nguyên liệu đầu vào đóng vai trò then chốt. Các nguyên liệu chính bao gồm:

• Quặng photphat: Yêu cầu độ tinh khiết cao hơn đáng kể so với phương pháp ướt, nhằm giảm thiểu tạp chất trong sản phẩm cuối cùng.
• Than cốc hoặc khí tự nhiên: Đóng vai trò là chất khử quan trọng trong lò điện, giúp loại bỏ oxy từ quặng photphat.
• Silica (SiO₂): Được thêm vào để làm chất tạo xỉ, có tác dụng loại bỏ canxi, các tạp chất khác, góp phần nâng cao độ tinh khiết của Axit photphoric.

2.2. Quy trình sản xuất

Sản xuất H3PO4 theo phương pháp nhiệt

Quy trình sản xuất Axit photphoric bằng phương pháp nhiệt bao gồm các bước chính sau, mỗi bước đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ tinh khiết của sản phẩm cuối cùng:

• Bước 1: Nung chảy trong lò điện: 
  • Hỗn hợp quặng photphat, than cốc, silica được đưa vào lò điện hồ quang, nung ở nhiệt độ cực cao (1400-1500°C). Dưới tác động của nhiệt độ, than cốc, photpho trong quặng được khử thành dạng nguyên tố (P₄) ở thể khí.
  • Phản ứng: 2Ca₃(PO₄)₂ + 10C + 6SiO₂ → P₄ (khí) + 10CO + 6CaSiO₃ (xỉ)
• Bước 2: Oxy hóa photpho: Khí photpho (P₄) nóng thoát ra từ lò điện được dẫn vào một tháp đốt. Tại đây, nó được đốt cháy bằng không khí để oxy hóa thành photpho pentoxit (P₄O₁₀ hoặc P₂O₅).  Phản ứng: P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀
• Bước 3: Hấp thụ P₂O₅: Photpho pentoxit sau đó được dẫn vào một tháp hấp thụ, nơi nó phản ứng với nước để tạo thành Axit photphoric tinh khiết.
  • Phản ứng: P₄O₁₀ + 6H₂O → 4H₃PO₄
  • Ví dụ: Sơ đồ dòng chảy của phương pháp nhiệt bắt đầu với lò điện hồ quang, nơi nguyên liệu được nung chảy. Dòng khí photpho (P₄) được tách ra, dẫn đến tháp đốt để oxy hóa. Cuối cùng, P₄O₁₀ được đưa vào tháp hấp thụ, nơi nó tiếp xúc với dòng nước tuần hoàn để tạo ra Axit photphoric có độ tinh khiết rất cao.

2.3. Ưu và nhược điểm của phương pháp nhiệt

Ưu và nhược điểm của phương pháp nhiệt

Phương pháp nhiệt, mặc dù mang lại nhiều lợi ích về độ tinh khiết sản phẩm, cũng đi kèm với những hạn chế nhất định. Việc đánh giá kỹ lưỡng các ưu, nhược điểm này là rất quan trọng để đưa ra quyết định lựa chọn phương pháp sản xuất phù hợp.

• Ưu điểm: Tạo ra sản phẩm Axit photphoric có độ tinh khiết rất cao, đạt tiêu chuẩn Axit photphoric thực phẩm, dược phẩm. Quá trình này tạo ra ít chất thải hơn.
• Nhược điểm: Chi phí sản xuất rất cao do tiêu tốn một lượng năng lượng điện khổng lồ cho lò nung. Quy trình cũng đòi hỏi nguồn nguyên liệu đầu vào phải tinh khiết hơn.

3. So sánh hai phương pháp và ứng dụng sản phẩm

Để có cái nhìn tổng quan, đưa ra lựa chọn phù hợp, chúng ta hãy cùng so sánh hai phương pháp sản xuất Axit photphoric dựa trên các tiêu chí quan trọng, ứng dụng thực tế của sản phẩm:

Tiêu chí	Phương pháp ướt (Wet Process)	Phương pháp nhiệt (Thermal Process)
Chất lượng sản phẩm	Axit photphoric kỹ thuật, chứa nhiều tạp chất	Axit photphoric tinh khiết, ít tạp chất
Chi phí sản xuất	Thấp	Cao
Quy mô sản xuất	Lớn, quy mô công nghiệp hàng loạt	Nhỏ hơn, tập trung vào sản phẩm giá trị cao
Ứng dụng chính	Sản xuất phân bón (DAP, MAP), xử lý nước, chất tẩy rửa công nghiệp	Phụ gia thực phẩm, dược phẩm, sản xuất điện tử, chất tẩy rửa cao cấp

 

Dẫn chứng về tiêu chuẩn chất lượng: 

• Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8570:2010 (Phụ gia thực phẩm - Axit photphoric): Quy định rõ các chỉ tiêu về hàm lượng, giới hạn tạp chất (asen, kim loại nặng) cho axit phosphoric dùng trong ngành thực phẩm.
• TCVN 6618:2000 (Axit phosphoric thực phẩm, Axit photphoric kỹ thuật): Xác định các yêu cầu kỹ thuật đối với cả Axit photphoric thực phẩm, Axit photphoric kỹ thuật, bao gồm các chỉ tiêu về thành phần, độ tinh khiết, các chất gây ô nhiễm.

Xem thêm: [Tìm Hiểu] Ứng Dụng Của Axit Photphoric Trong Đời Sống

4. Xu hướng và thách thức trong sản xuất Axit Photphoric

Xu hướng và thách thức trong sản xuất Axit Photphoric

Ngành sản xuất Axit photphoric trong công nghiệp đang trải qua giai đoạn chuyển đổi với nhiều xu hướng mới nổi, những thách thức không nhỏ, đòi hỏi sự thích ứng, đổi mới liên tục để duy trì tính cạnh tranh, phát triển bền vững.

• Tối ưu hóa quy trình: Các nhà sản xuất liên tục nghiên cứu để giảm tiêu thụ năng lượng, tăng hiệu suất thu hồi, giảm thiểu tác động đến môi trường.
• Phát triển công nghệ mới: Một hướng đi quan trọng là phát triển các công nghệ tinh chế Axit photphoric từ phương pháp ướt với chi phí hợp lý, nhằm tạo ra sản phẩm chất lượng cao có thể cạnh tranh với sản phẩm từ phương pháp nhiệt.
• Quản lý, tái chế chất thải: Phosphogypsum, sản phẩm phụ của phương pháp ướt, là một thách thức lớn về môi trường. Các nghiên cứu hiện nay đang tập trung vào việc tái chế thạch cao này để sản xuất vật liệu xây dựng (xi măng, tấm thạch cao), giúp biến chất thải thành tài nguyên có giá trị.

Qua những phân tích trên, có thể thấy mỗi phương pháp sản xuất Axit photphoric đều có những ưu, nhược điểm riêng, phục vụ cho các phân khúc thị trường khác nhau. Trong khi phương pháp ướt là xương sống cho ngành nông nghiệp với sản phẩm Axit photphoric kỹ thuật giá cả phải chăng, thì phương pháp nhiệt lại cung cấp Axit photphoric tinh khiết không thể thiếu cho ngành thực phẩm, dược phẩm. Sự phát triển của công nghệ hứa hẹn sẽ tiếp tục tối ưu hóa các quy trình này, làm cho việc sản xuất H3PO4 ngày càng hiệu quả, bền vững hơn. 

Tại Hóa chất Gia Hoàng, chúng tôi tự hào là đơn vị cung cấp các loại Axit photphoric chất lượng cao, từ cấp công nghiệp đến cấp thực phẩm, được sản xuất trên dây chuyền công nghệ tiên tiến. Chúng tôi cam kết mang đến cho bạn những sản phẩm phù hợp nhất với mọi nhu cầu sản xuất. Hãy liên hệ ngay với chúng tôi để nhận được sự tư vấn chuyên nghiệp, báo giá tốt nhất.

THÔNG TIN LIÊN HỆ:

CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI DỊCH VỤ XUẤT NHẬP KHẨU GIA HOÀNG

• Địa chỉ: 33/111 Tô Ký, Phường Tân Chánh Hiệp, Quận 12, TP. Hồ Chí Minh
• VPGD: 33/B4 Tô Ký, Phường Tân Chánh Hiệp, Quận 12, TP. Hồ Chí Minh
• Email: hoangkimthangmt@gmail.com
• Website: https://ghgroup.com.vn 
• Hotline: 0916047878