مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
استفاده ها:
1. تولید کبریت: این کاربرد، مهم ترین کاربرد فسفر قرمز می باشد. در واقع مهم ترین استفاده ی صنعتی از فسفر قرمز، در صنعت کبریت سازی است. در واقع حرارت ناشی از کشیده شدن این کبریت ها به سطح زبر، موجب آتش گرفتن آنها می شوند. در ابتدا، فسفر زرد برای این کاربرد، استفاده می شده است اما به دلیل سمی بودن آن و عدم وجود ایمنی، امروزه، از فسفر قرمز برای تولید کبریت، استفاده می شود. همچنین سولفید فسفر یک جزء از مخلوط می باشد که موجب می شود حرارت مربوط به آتش گرفتن کبریت، با مالش آن به هر نقطه ای ایجاد شود.2. صنعت داروسازی و شیمیایی: فسفر کاربردهایی را در تولید ترکیبات تری کلرین، پنتاکلرین، پنتا سولفید و شبه سولفیدی پیدا کرده است. از این ترکیبات در تولید مواد شیرین غیر قندی، داروهای سولفاتی و ویتامین ها، استفاده می شود. کلرید این ترکیبات همچنین در تولید ترکیبات ارگانو- فسفاتی استفاده می شود. از این ترکیبات در مواد ضد آتش، آفت کش ها و سایر کاربردها، استفاده می شود.
3. سمیت: فسفر زرد به شدت سمی است از این رو از آن در مبارزه با حشرات موذی، استفاده می شود. گلیفوسات (glyphosate) که در واقع یک علفکش است، از این خانواده می باشد.
4. تولید بمب و مهمات: تمایل فسفر زرد به آتش گرفتن، موجب شده است تا از آن در تولید بمب، گلوله های آتش زا، پرده ی دود، گلوله های رسام و کوکتل مولوتف استفاده شود. فسفر قرمز دارای ایمنی بیشتری است.
5. عامل احیاکننده: به دلیل تمایل زیاد فسفر زرد به واکنش دادن با اکسیژن، این ماده می تواند برای اکسیژن گیری از مس، استفاده شود. اما برای این کار، فسفر زرد به مس مذاب اضافه می شود تا بتوان آلیاژ فسفر- مس، تولید کرد.
6. نیمه رساناها: مقادیر اندک از فسفر، به عنوان عامل دوپ شونده در تولید برخی از انواع نیمه رساناها، استفاده می شود.
تولید کودهای شیمیایی
فسفر به همراه کلسیم، نیتروژن و پتاسیم، جزء مواد ضروری برای رشد گیاهان، تلقی می شود. این 4 عنصر به حدی با هم مرتبط هستند که حتی نبود یکی از آنها در خاک، بر روی قابلیت گیاه برای جذب سایرین، اثرگذار می باشد. عموماً این فهمیده شده است که 1 تن گندم؛ موجب می شود تا 18 کیلوگرم نیتروژن، 3.65 کیلوگرم فسفر و 4 کیلوگرم پتاسیم از خاک خارج شود. یک تن چغندر، نیز موجب می شود تا 25 کیلوگرم نیتروژن، 7 کیلوگرم فسفر و 1.4 کیلوگرم پتاسیم و 12 کیلوگرم کلسیم از خاک خارج شود. مقدار مربوط به این عناصر برای ذرت، 37، 7، 29 و 7 کیلوگرم است. فسفر یک جزء طبیعی در بسیاری از خاک ها و میکروارگانیزم هایی مانند باکتری ها و قارچ موجب می شود تا این ماده به صورت محلول برای ریشه ی گیاه در آیند. اما عموماً نیاز است تا فسفر مورد نیاز برای گیاه، از طریق کودها تأمین شود. کودهای حاوی این عنصر، دارای فسفر محلول در آب هستند به نحوی که اطمینان حاصل می شود که گیاهان از این عنصر، برخوردار شده اند. روش های مختلفی برای کنترل میزان آزاد سازی این عناصر با نرخ مناسب برای گیاهان و از این رو، به حداقل رساندن اتلاف این مواد، مورد استفاده قرار می گیرد. این روش ها، عبارتند از: 1) استفادهل از اجزای با انحلال آهسته، 2) کپسوله کردن مواد مغذی در داخل ساختارهایی که تخریب آنها در طبیعت به صورت آهسته رخ می دهد. 3) کی لیت کردن: یعنی افزودن مواد شیمیایی که از انحلال سریع مواد مغذی جلوگیری می کند. انواع مختلف کودهای حاوی فسفر، در ادامه مورد بررسی قرار می گیرد:
سوپرفسفات معمولی (SSP)
نام سوپرفسفاتل در واقع به مخلوطی از مونوکلسیم- فسفات و کلسیم فسفات اتلاق می شود. ایده ی تبدیل سنگ های فسفاتی به سوپرفسفات، این است که میزان انحلال سوپرفسفات در آب کمتر است.
برای تولید SSP، فسفات ابتدا آسیاب می شود و سپس با حدود 66 % وزنی اسید سولفوریک غلیظ، عمل آوری می شود و در نهایت، خشک می شود و بسته بندی می گردد.
سوپرفسفات تولیدی هم از لحاظ میزان ناخالصی و هم از لحاظ اسید سولفوریک مورد استفاده، متفاوت می باشد. این مسئله موجب می شود تا محصولات نهایی متفاوتی تولید شود. میزان فسفات کل (یعنی فسفرپنتااکسید) در SSP، در حدود 16% می باشد که کل آن در آب حل خواهد شد. موادی همچون آلومینا، سیلیس، فلئور، کلسیم کربنات، کلریدها، مواد آلی و رطوبت جزء ناخالصی های نامطلوبی است که ممکن است در داخل سنگ فسفردار موجود باشند.
سوپرفسفات سه گانه (TSP)
این نوع کود، به عنوان سوپرفسفات تغلیظ شده، معروف است و میزان فسفات موجود در آن، در حدود 3 برابر SSP است. کل میزان فسفات موجود در TSP در حدود 46 % است که از این میزان، 92.4 % در آب حل می شود. در تولید این کود، به جای سولفوریک اسید، فسفریک اسید، استفاده می شود. از لحاظ شیمیایی، این ماده یک مونو- کلسیم فسفات مونوهیدراته است که برای تولید آن سنگ معدن فسفردار، با اسید فسفریک غلیظ، عمل اوری می شود.
مونو آمونیوم فسفات (MAP)
این نوع کود، یک منبع غنی از فسفر است و هم موجب فسفردهی و هم نیتروژن دهی به خاک می شود. این ماده حاوی 55 % فسفر پنتا اکسید و 11 % نیتروژن است. در حدود 82 % از فسفات موجود در این کود، در آب محلول می باشد. برای تولید این کود، فسفریک اسید غلیظ و آمونیاک، به نسبت 1 به 1 با هم واکنش می دهند و MAP تولید می شود.
دی آمونیوم فسفات (DAP)
این کود، هم حاوی فسفر و هم حاوی نیتروژن است اما میزان نیتروژن آن از MAP بیشتر است. این ماده حاوی 46 % فسفر پنتااکسید و 18 % نیتروژن است. بیش از 89 % از فسفر موجود در این کود، محلول در آب است. برای تولید این کود، فسفریک اسید غلیظ و آمونیاک، به نسبت 1 به 2، با هم مخلوط می شوند. واکنش در دو مرحله رخ می دهد و در مرحله ی یک، یک مخلوط از DAP و MAP تولید می شود که سپس به آن آمونیاک اضافه می شود و DAP تولید می شود.
آمونیوم فسفات سولفات (APS)
ترکیب اصلی این کود، حاوی 60 % آمونیوم سولفات به همراه 40 % آمونیوم فسفات است. این مخلوط حاوی 20 % فسفر پنتااکسید به همراه 16 % نیتروژن است که از لحاظ عملی، کل فسفر موجود، در آب محلول می باشد. ماده ی خام مورد نیاز برای تولید این کود، فسفریک اسید، آمونیاک و سولفوریک اسید می باشد. دو فرایند برای تولید این کود، وجود دارد:
1. یک مخلوط از اسید سولفوریک و فسفریک به صورت مستقیم و بوسیله ی آمونیاک خنثی سازی می شوند و سپس گرانول های APS تولید می شود.
2. ابتدا کربنات آمونیوم با گچ واکنش می دهد و موجب تشکیل محلول آمونیوم سولفات می شود. این ماده سپس با اسید فسفریک، عمل آوری می شود و در نهایت، مخلوط با آمونیاک، عمل آوری می شود.
نیترو- فسفات (NP)
واژه ی نیترو- فسفات، در واقع پوشش دهنده ی یک گستره از کودهایی است که حاوی فسفر و نیتروژن هستند و با عمل اوری سنک معدن فسفردار، تولید شده اند. این سنگ معدن در واقع با اسید نیتریک و آمونیاک، عمل آوری می شود. یک نیترو- فسفات نمونه وار، حاوی 20 % نیتروژن و 20 % فسفر پنتااکسید است که تنها 27 % از آن در آب محلول است.
اوره آمونیوم فسفات (UAP)
این گروه از کودها، بوسیله ی واکنش اوره، آمونیاک و فسفریک اسید، تولید می شوند. در ابتدا، اسید فسفریک بوسیله ی آمونیاک خنثی می شود و موجب تشکیل آمونیوم فسفاتل می شود. سپس به مخلوط آمونیاک و اوره اضافه می شود تا میزان نیتروژن بالا رود. یک UAP نمونه وار، حاوی 24-28 % از هر کدام از اجزای نیتروژن و فسفر پنتااکسید است که تنها 90 % از آن در آب محلول است.
کودهای NPK
این نوع کودها، حاو مواد مغذی، نیتروژن، فسفر و پتاسیم می باشند و ویژگی های مختلفی دارند. مواد اولیه ی مورد استفاده در تولید این کودها، آمونیاک، اسید فسفریک و پتاس است. عموماً میزان نیتروژن، فسفر و پتاسیم موجود در این کودها، به ترتیب بین 10-19 % ، 17-35 % و 14-26 % است. بیش از 80 % از فسفر پنتااکسید موجود در این کودها، در آب محلول می باشند.
کاربردهای مستقیم این ماده در خاک
مطالعات تجربی بر روی آزمایشگاه های کشاورزی کشورهای مختلف مانند هند، نشان داده است که بهره وری نسبی استفاده ی مستقیم از فسفریت با عیار متوسط تا پایین، بسیار بالاست. از این رو، استفاده ی مستقیم از این ماده به همراه کودهای نیتروژن ددار، می تواند نتایج مناسبی را ارائه دهد. کلسیم فسفات، یک ماده ی محلول در اسید است و به همین دلیل، ذرات ریز فسفات های طبیعی به همراه آپاتیت، می تواند به صورت مستقیم به خاک های اسیدی اضافه شود. سنگ های آهکی فسفردار که از برخی از ذخایر بدست می آیند، را می توان به صورت مستقیم به خاک های اسیدی، اضافه کرد. فسفر در این خاک ها به صورت آهسته در خاک حل می شوند و به مصرف گیاه می رسند. در این کاربردها، ماده ی طبیعی مورد استفاده، باید تا حد ممکنه سیلیس کمتری داشته باشد تا هزینه ی خردایش، افزایش نیابد.
تولید غذای ماکیان و دام
برای این هدف، سنگ های فسفردار آسیاب شده و با غذا مخلوط می شود و بدین صورت، کلسیم و فسفر مورد نیاز برای استحکام بخشی به استخوان ها و افزایش سلامت حیوانات، به آنها ارائه می شود. فلوئور در این کاربردها مضر می باشد زیرا این ماده برای سلامتی، مضر است.
چینی استخوانی
چینی استخوانی، یک نوع ترانسلوسنت از پرسلان هاست که ابتدا در سال 1794 در انگلیس، تولید شده اند. این ماده در واقع محصولی پیچیده است که با استفاده از تری کلسیم فسفات، تولید می شود. منبع ترجیحی فسفات مورد استفاده در این چینی، خاکستر استخوان گاوی است. علت استفاده از این ماده، عدم وجود ناخالصی آهن در این محصولات می باشد. ماده ی اولیه ی مورد استفاده در تولید این نوع چینی، حاوی 45-50 % خاکستر استخوان، 25-30 % خاک چینی، 25-30 % فلدسپار و در حدود 5 % بال کلی است. این ماده ابتدا با آب مخلوط می شود و بعد از سایش، آب دوغاب حاصله، گرفته شده و کیک حاصله با استفاده از فرایندهای خاص خود، شکل دهی می شود. بدنه ی حاصله در دمایی بین 1250 تا 1300 درجه، پخت می شود و بدنه ی مورد نظر بدست می آید. سپس لعاب بر روی این بدنه ی پخته شده اعمال می شود و سپس لعاب در دمایی در حدود 1050 تا 1100 درجه ی سانتیگراد، پخت می شود. خاکستر استخوان در اینجا، عامل فلاکس می باشد. برخی از مقادیر آهک موجود در استخوان ابتدا با خاک چینی واکنش می دهد و موجب تشکیل آنورتیت می شود. این در حالی که فسفر پنتااکسید با سایر اجزا واکنش می دهد و موجب تشکیل مواد شیشه ای می شود. برای تولید خاکستر استخوان، استخوان گاو، ابتدا خرد شده، شستشو می شود و سپس در شرایط اکسیدی حرارت داده می شود. با اعمال حرارت، مواد آلی می سوزند و حذف می شوند. استخوان کلسینه شده، سپس با آب خردایش می یابد و پودری با ذرات ریز تولید می شود. این خاکسترهای استخوانی حاوی مقادیر اندکی ماده ی آلی است و ذرات ریزی دارد از این رو، وقتی با مواد اولیه مخلوط شود، پلاستیسیته ی خوبی ایجاد می کند.
سنگ های زینتی
برخی از کریستال های آپاتیت دارای رنگ های جذابی هستند. از این نوع سنگ ها، به عنوان سنگ های زینتی، استفاده می شود. علاوه بر رنگ، سختی متوسط، ضریب شکست متوسط و شکل کریستالی خاص، از جمله معیارهای انتخاب این ماده به عنوان سنگ زینتی، می باشد. در حقیقت، به دلیل رنگ و شکل کریستالی، آپاتیت، در اصل با بسیاری از سنگ های زینتی مانند زمرد کبود، یاقوت و تورمالین اشتباه گرفته می شود.
آلیاژها
1. آلیاژ فسفر برنز: آلیاژهای مس، قلع، فسفر، به عنوان آلیاژ فسفر برنز، معروف هستند. این آلیاژف از جمله معروف ترین آلیاژ فسفر می باشد. یک فسفر برنز معمولی، حاوی 87-75 % مس، 10-12 % قلع و 0.25 الی 0.5 % فسفر است. این ماده دارای کاربردهایی در تولید بلبرینگ می باشد. برنز با میزان فسفر کمتر از 0.3 و قلع کمتر از 4-6 % برای تولید فنر و کنتاکتورهای برقی، مناسب می باشد. این ماده دارای خواص غیر مغناطیسی، مقاومت در برابر زنگ زدن و انعطاف پذیری بالا می باشد. اگر فسفر و قلع، به ترتیب به میزان 2.5 و 10 الی 13 % افزایش یابد، سپس آلیاژ حاصله دارای مقاومت در برابر سایش و خوردگی بالایی است که برای ساخت بلبرینگ های آسیاب های غلطکی و کاربردهای مشابه، مناسب می باشد.
2. فسفر- مس: فسفر به مس مذاب اضافه می شود تا به عنوان عامل احیاکننده عمل کند. با استفاده از فسفر، اکسیژن موجود در مس، حذف می شود.
3. فرو- فسفر: این آلیاژ حاوی 23-28 % فسفر، 2 % سیلیس و بقیه آهن می باشد. این ماده با عمل آوری آهن، سنگ فسفردار، سیلیس و کک در داخل کوره، تولید می شود. یک مقدار اندک فسفر نیز در هنگام قالب گیری به آهن خام اضافه می شود تا میزان سیالیت آن افزایش یابد. یک فرو- فسفر نمونه وار، حاوی 45-63 % آهن، 20-35 % فسفر و 2-10 % وانادیوم و 1-2 % کروم می باشد.
4. ایندیوم فسفید: این ماده یک نیمه رسانای قوی است که برای استفاده در دیودهای با سرعت بالا، مناسب می باشد. تلاش ها برای استفاده از این ماده در تولید چیپ های لیزری، در حال انجام می باشد. در این قطعات، یک لایه ازایندیوم سولفید بر روی سطح سیلیکونی استاندارد چسبانده می شود و از آن برای عبور موج، استفاده می شود. ساختار حاصله دارای پتانسیل استفاده به عنوان اجزای کامپیوترها را دارا می باشد.
سایر استفاده ها:
1. پوشش های فسفاته ی مورد استفاده به منظور جلوگیری از خوردگی آهن و سطوح فولادی و به منظور کمک به نورد سرد سیم ها.
2. فسفات های مورد استفاده در تولید شیشه های خاص که برای لامپ های سدیمی استفاده می شوند.
3. کلسیم فسفات یک ماده ی اپک کننده در لعاب سازی است و به دلیل قابلیت تولید لعاب های فسفردار با ویژگی های نوری جذاب، از این ماده در لعاب های خاص، استفاده می شود.
استفاده از ضایعات
1. فلورید: فلورید موجود در سنگ های فسفاتی، به عنوان یک جزء ناخواسته، تلقی می شود. زیرا در طی تولید اسید فسفریک، این ماده موجب تولید HF می شود. اما اگر سیلیس و فلئور، هر دو وجود داشته باشند، HF تولیدی با سیلیس واکنش می دهد و موجب تولید اسید فلئورو- سیلیسیت می شود. این ماده، یک محصول فرعی گران بهاست. از این ماده در تولید کریولیت مصنوعی، استفاده می شود. برای تولید کریولیت، این ماده با رس و بوکسیت، واکنش می دهد و سدیم سیلیکو فلئوریت، تولید می شود. البته سنگ های فسفاته در کشورهایی مثل آمریکا، به عنوان منبعی مناسب از فلئور، تلقی می شوند. این ماده همچنین در تولید آلومینویم نیز مناسب می باشد.
2. اورانیوم: برخی از سنگ های فسفاتی، حاوی مقادیر قابل توجه اورانیوم اکسید (کیک زرد) هستند. در دهه ی 1980 و 1990، یک کارخانه در فلوریدای آمریکا، برای بازیابی اورانیوم اکسید از سنگ های فسفاتی، تأسیس شد.
3. فسفو- ژیپس: در طی تولید اسید فسفریک با فرایند تر، گچ، به صورت محصول فرعی تولید می شود. این محصول فسفو- ژیپس نامیده می شود. در برخی کارخانه ها، برای هر تن فسفریک اسید تولیدی، 3 الی 5 تن، گچ تولید می شود.
4. سرباره ی فسفری: سرباره ی فسفری در فرایند خشک تولید اسید فسفریک و عنصر فسفر، تولید می شود. این ماده در کف کوره باقی می ماند و در حالت ذوب شده، دارای دمایی در حدود 1500 درجه است. این ماده در واقع سیلیکات کلسیم است که دارای ترکیب نمونه وار 40-45 % سیلیس، 45-50 % اکسید کلسیم، 3-6 % آلومینا 1.5-2.0 % اکسید منیزیم و مقادیر اندکی اکسید آهن می باشد. این ماده می تواند به عنوان ماده ی خام در تولید شیشه مورد استفاده قرار گیرد.
جایگزین ها
علاوه بر منابع طبیعی، سرباره ی بازی تولید شده در آهن سازی، نیز حاوی مقادیری کلسیم و فسفر است. این مقدار به میزان مواد فسفردار موجود در سنگ معدن آهن، وابسته است. این ماده یک منبع مناسب برای فسفر در کشورهایی مانند بلژیک، آلمان، لوکسامبورگ و ... می باشد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد. منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee
