Свойства ортофосфорной кислоты и применение от ржавчины

Любители безалкогольных газированных напитков типа «Кока-Колы» редко изучают этикетки с составом продукта. И напрасно — там присутствует информация о добавке E338, подслащённые растворы которой по вкусу напоминают крыжовник. Это и есть ортофосфорная кислота, нашедшая применение не только в пищевой, но и в химической и авиационной промышленности, медицине и сельском хозяйстве.

А ещё она с успехом используется в машиностроении для защиты от самого опасного врага, коррозии, ведь при обработке металлических поверхностей её растворами с добавками цинка и марганца (т. н. фосфатировании) получается инертная защитная плёнка. Высоко оценили эти качества и домашние мастера, своими руками восстанавливающие лакокрасочное покрытие на подержанных автомобилях.Ортофосфорная кислота

Физические и химические свойства

Свойства кислотыОртофосфорная (или просто фосфорная) кислота — неорганическая трёхосновная кислота с химической формулой H3PO4. Имеет среднюю силу и при стандартных условиях существует в виде бесцветной жидкости, не имеющей запаха, или прозрачных кристаллов, которые активно поглощают водяные пары из воздуха, расплываются и требуют хранения в плотно закрытых сосудах. В расплавленном состоянии склонна к переохлаждению, загустевает до маслянистости при +15 °C, становится стеклообразной при температуре -121 °C, плавится при +42,35 °C, кипит при +158 °C, а при нагревании выше +213 °C переходит в пирофосфорную кислоту H4P2O7.

Растворяется в большинстве растворителей, главные из которых — вода и этиловый спирт. Её 85% водный раствор без цвета и запаха, по консистенции похожий на сироп, и называют ортофосфорной кислотой. Свойства кислоты или основания она проявляет в зависимости от условий, реагируя с основаниями, солями слабых кислот, основными оксидами и аммиаком. Образует взрывоопасный водород при взаимодействии с металлами, стоящими до него в ряду активности, а в результате качественной реакции с нитратом серебра выпадают жёлтые нерастворимые кристаллы.

Соли фосфаты занимают важное место в биохимических процессах животных и растений, синтезируют биологически активные вещества. Фосфорные эфиры аденозина АТФ, АМФ и АДФ являются основными компонентами энергетического обмена, а фосфатная группа — составной частью молекул ДНК и РНК.

Процесс производства

В лабораторных условиях её получают:

  • Растворением оксида фосфора (V) в воде при нагревании.
  • Гидролизом пятихлористого фосфора в горячей воде.
  • При реакции концентрированной азотной кислоты с белым фосфором.

В промышленности используют термический и экстракционный (сернокислотный) методы. Термический способ, позволяющий достичь наибольшей чистоты продукта, включает такие стадии:

  • Окисление элементного фосфора при сжигании в избытке воздуха с получением декаоксида тетрафосфора (фосфорного ангидрида).
  • Гидратация и абсорбция его паров в специальных башнях.
  • Конденсация полученной кислоты с улавливанием тумана из газовой фазы.

При экстракционном способе используют реакцию сернокислотного разложения природных солей с выходом до 95%. Этапы технологического процесса:

  • Применение кислотыСмесь из серной кислоты и природного фосфата, т. н. пульпа, из бункера подаётся в экстрактор — стальной футерованный чан с мешалкой.
  • За 4 часа нагретая до 90 °C пульпа последовательно проходит несколько таких реакторов. В результате образуется фосфорная кислота и кристаллизуется сульфат кальция.
  • Для разделения пульпа поступает на перфорированную ленту с фильтрующим полотном, и через её отверстия в вакуум-камеры собирается готовый продукт.

Правила транспортировки и хранения

Правила применения кислотыОртофосфорную кислоту упаковывают и наносят маркировку по ГОСТ 3885–73 «Реактивы и особо чистые вещества. Правила приёмки, отбор проб, фасовка, упаковка, маркировка, транспортирование и хранение». На таре должен присутствовать символ по ГОСТ 19433–88 «Грузы опасные. Классификация и маркировка». Вещество можно перевозить всеми видами транспорта, руководствуясь их действующими правилами.

Для этого подходят плотно закрывающиеся гуммированные и стальные железнодорожные цистерны, специализированные автоцистерны, пластиковые кубы, бочки и канистры, бутыли из полиэтилена и стекла. Для хранения в упаковке изготовителя используют крытые отапливаемые складские помещения. Чтобы, не изменяя физико-химических свойств, перевести закристаллизованную кислоту в жидкое состояние, используют медленный подогрев до 60 °C.

Техника безопасности

Как используется Ортофосфорная кислотаКак негорючая и взрывобезопасная жидкость по воздействию на человеческий организм является веществом второго класса опасности. При превышении его предельно допустимой концентрации в воздухе помещения развиваются атрофические изменения в слизистых горла и носа, крошение зубов, кашель, при попадании в глаза и на кожу — ожоги и воспаления. При всех действиях с препаратом необходимо надевать резиновые перчатки, респиратор и защитные очки, соблюдать личную гигиену, включать приточно-вытяжную вентиляцию или работать в вытяжном шкафу.

Если случился разлив кислоты с попаданием на тело, нужно сначала избавиться от мокрых частей одежды. Поражённую область кожи обильно орошают проточной водой, при этом необходимо именно воздействовать жидкостью, а не тереть влажными салфетками или полотенцем. Разовое промывание составляет до 20 минут, если жжение повторяется, процедуру возобновляют. На поражённый участок накладывают свободную марлевую повязку и вызывают врача, при выраженных болевых ощущениях принимают анальгетик. Разлитую кислоту нейтрализуют щёлочью.

Как бы ни завлекала реклама, чрезмерное употребление продуктов и газированных напитков, содержащих ортофосфорную кислоту, вред здоровью нанесёт обязательно. Проникая в кровь, фосфаты ухудшают показатели гемоглобина и плотности, вымывают из организма кальций, и, как следствие, приводят к остеопорозу, разрушают эмаль зубов, способствуют увеличению закислённости организма и возникновению заболеваний желудка и кишечника.

Сферы использования

Фосфорная кислота и её производные нашли широкое применение в самых разнообразных областях жизни человека. Среди основных направлений можно отметить:

  • Состав и свойства кислотыПроизводство простых фосфорных (суперфосфат и фосфоритная мука), комплексных и сложно-смешанных удобрений.
  • Использование кормовых фосфатов в качестве одной из важных добавок в сельском хозяйстве позволяет увеличить среднесуточный прирост в весе у свиней и бычков, повысить продуктивность по молоку и яйценоскости.
  • Эфиры и соли широко применяются в изготовлении добавок для умягчения воды и синтетических моющих средств, входят в состав ПАВ при изготовлении цемента. Они связывают ионы кальция и магния, которые отвечают за жёсткость и ухудшают качество стирки.
  • В литейном производстве и металлообработке нашлось применение ортофосфорной кислоты от ржавчины — для фосфатирования, в качестве флюса при пайке по нержавеющей стали, чёрным металлам и окисленной меди, для полировки и очистки поверхностей.
  • В текстильной промышленности — для огнезащитной пропитки и крашения шерсти и кожи, натуральных и синтетических волокон.
  • В химическом производстве она служит катализатором органического синтеза и сырьём для реактивов.
  • В авиакосмической области её эфиры являются компонентами гидравлической жидкости двигателей самолётов и антиобледенителей топлива ракет.
  • В горнодобывающей и нефтяной промышленности фосфаты натрия применяют для обогащения руд и приготовления буровых суспензий.
  • В морозильных агрегатах она входит в состав фреона. А ещё применяется для изготовления различных марок специальных стёкол, в т. ч. оптических, керамики и фарфора, светочувствительных эмульсий для фотобумаги и киноплёнки.
  • Как используется кислотаВ производстве огнеупоров фосфаты служат наполнителями огнеупорных бетонов, сырьём для фосфодревесных плит и негорючего пенопласта, огнезащитных ЛКМ (лаков, красок, эмалей, грунтовок и пропиток).
  • В медицине её растворами проводят профилактику мочекаменной болезни и проблем желудка. В стоматологии используют для изготовления цементов, составов для протравливания эмали зубов и обработки внутренних поверхностей коронок.
  • В деревообрабатывающей промышленности нашёл применение тот факт, что пропитывание фосфорной кислотой делает материал негорючим — придаёт огнестойкость. Например, при изготовлении спичек её 1,5% раствором пропитывают осиновые палочки во избежание тления.
  • В пищевой промышленности добавка E338 регулирует кислотность, увеличивает сроки годности, сохраняет вкусовые характеристики и усиливает действие антиоксидантов. Её широко используют пекарские порошки, плавленые сыры, газированные напитки, детские смеси, мармелад и торты, колбасное производство и сахароварение.

Защита от ржавчины

Защита от коррозииИ в составе грунтовок по металлу, и в чистом виде ортофосфорная кислота применение против ржавчины нашла достаточно широко: от обработки промышленных механизмов и технологических устройств до защиты частей личных автомобилей. Узлы парогенераторов, системы отопления и водоснабжения, теплообменники бойлеров и котлов — все они при работе подвергаются агрессивным воздействиям и требуют защиты. В составе преобразователя ржавчины кислота не только удаляет с поверхности продукты разложения, но и образует сероватую, маслянистую плёнку фосфатов. Это предохраняет от коррозии и механических повреждений, способствует хорошей адгезии следующих слоёв покрытий.

Термином «травление» в металлообработке обозначается комплекс мер для удаления части поверхности материала химическими реактивами. Процесс начинается с очистки масляных и жировых загрязнений, препятствующих взаимодействию. После этого металл обрабатывают 20% раствором фосфорной кислоты, подогретым до 80 °C, затем её 2% раствором с добавками железа при 70 °C. Реактив достаточно дорог, поэтому использование экономически выгодно только при условии регенерации и хорошем снятии отслаивающейся ржавчины с поверхностей.

Травление проводят погружением в кислотостойких ваннах или в специальных установках струйным способом, где изделие орошают раствором под давлением. Такое механическое воздействие ударов капель о поверхность детали в сочетании с химической реакцией значительно повышает скорость травления. Для работы с крупногабаритными изделиями и металлическими сооружениями применяют кислотные пасты, которые наносят кистью, дожидаются удаления ржавчины, затем обрабатывают поверхность водой и пассивирующим раствором 2% нитрита натрия.

Как использовать кислотуФосфорная кислота входит в состав специальных грунтов-преобразователей ржавчины, двухкомпонентных систем, состоящих из основы и отвердителя. Непосредственно перед покраской их соединяют, перемешивают и наносят на поверхность кистью или распылителем. Время высыхания — 2 часа при комнатной температуре, но нанесение следующих слоёв покрытий можно производить только через сутки, чтобы завершился процесс преобразования продуктов коррозии. Кроме удаления налёта ржавчины с металлов, кислота используется для деликатной чистки эмалевых и фаянсовых изделий, в т. ч. сантехнических.

При выборе способа удаления ржавчины ортофосфорной кислотой исходят из требований ситуации. Если планируется только очистка методом погружения, придётся купить и развести достаточное количество продукта 85% концентрации. Если требуется не только удалить ржавчину, но и создать защитную плёнку под окрашивание, то стоит отдать предпочтение фабричному преобразователю, уже содержащему все нужные добавки.

При необходимости грунтования поверхности помогут грунтовки-преобразователи, т. к. на них можно в дальнейшем наносить лак или краску. Преобразователи-модификаторы лишь придают ингибиторные и гидрофобные свойства, но грунтовками служить не могут. В любом случае травление — промежуточное решение, требующее финишной отделки.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Обработка металла
Добавить комментарий

13 + 15 =

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector