ACIDE PHOSPHORIQUE

1. ECOLE NATIONALE POLYTECHNIQUE
Département de Génie chimique

2. Plan de travail
 Introduction
 Fabrication industrielle
 La voie thermique
Principe
Avantages et inconvénients
 Utilisations
 Conclusion

3. INTRODUCTION
Généralités:
-De formule brute H3PO4 ; l’acide phosphorique est une
substance qui existe principalement sous forme de
solution aqueuse dont la concentration va de 33% à 88%.
-Chauffé, c’est une substance très corrosive. (À 160 °C,
l’eau qu’il contient s’évapore et se transforme en acide
pyrophosphorique, métaphosphorique et poly
phosphorique. Les acides phosphoriques étant des
acides très agressifs , capable d’attaquer n’importe quel
métal avec une libération d’hydrogène, gaz inflammable.)

4.
Matières premières:
- Principal minerai : les phosphates calciques
naturels (fluorapatites) : Ca10(PO4)6F2. Plus de
75 % des apatites extraites dans le monde
sont utilisées pour fabriquer H3PO4.
- Matière première nécessaire à la fabrication :
le soufre qui donne l'acide sulfurique.

5. FABRICATION
INDUSTRIELLE
Principalement par attaque du phosphate naturel par H2SO4, à
80°C (voie humide) :
Ca10(PO4)6F2 + 10 H2SO4 + 20 H2O ———> 6 H3PO4 + 10 CaSO4,2H2O +
2 HF
On obtient 2 phases principales : liquide (solution de H3PO4) et
solide (sulfate de calcium).
- 2 procédés : dihydrate et hémihydrate qui se distinguent par
l'état d'hydratation de CaSO4.
- Dihydrate : procédé le plus courant (Rhône-Poulenc, Prayon)
qui donne de l'acide à 30 % de P2O5 qui est ensuite concentré
par évaporation. Les unités construites selon le procédé
Speichim-Rhône-Poulenc représentent environ 20 % des
capacités mondiales.

6. - Hémihydrate : donne directement de l'acide à
40 % de P2O5, mais est délicat à maîtriser.-
L'acide fluorhydrique réagit, en partie, avec
la silice présente dans le minerai pour donner
de l'acide fluosilicique (H2SiF6), le reste est
fixé pour éviter la pollution : il est utilisé pour
produire des fluosilicates et des fluorures.
Chaque semaine, les unités de production
doivent être arrêtées pendant environ 16 h
pour éliminer, par lavage à l'eau, les
fluosilicates déposés dans les installations.
- Capacité des unités de production : 600 à 1000
t P2O5/jour

7. Problème du phosphogypse :
- L'élimination du gypse (CaSO4,2H2O, appelé
dans ce cas phosphogypse) est effectuée
par filtration (exemple : filtre Ugeco de
Rhône-Poulenc). La quantité de
phosphogypse formé est très importante : 5
t pour 3 t de phosphates naturels donnant 1
t de P2O5. Cette production était du même
ordre de grandeur que celle du gypse
naturel. Aux Etats-Unis, la production de
phosphogypse est de 65 millions de t/an.

8. La Voie thermique
Principe:
l'acide phosphorique destiné à la fabrication de
phosphates alimentaires peut être également
élaboré par voie thermique par réduction de
phosphate naturel, en présence de coke et de
silice, au four électrique à 2000°C. Le
phosphore obtenu est oxydé en P2O5 puis
hydraté en acide.
Les réactions sont les suivantes :

9. 3Ca3(PO4)2 + 6SiO2+10 C P4+
10 CO+6CaSiO3 (1)
P4+ 5 O2 P4O10 (2)
P4O10 +6 H2O 4H3PO4 (3)

10. Dans la réaction(1) on obtient du phosphore blanc qui est l’une des
formes allotropiques du phosphore et qui a été notée P4bien qu’à
la température de réaction la dissolution en P2 soit déjà
effective ;cependant on condense les vapeurs de phosphore et le
produit final de la réaction est la molécule P4 .la production
mondiale de phosphore est de 1Mt.
La réaction (2) s’effectue par combustion du phosphore blanc
liquide ,60°C ,dans un courant d’air sec .30°C, en grand excès
(30 à 35%) afin d’éviter la formation d’ anhydride phosphoreux
P4O6.la réaction est fortement exothermique et la température
atteint 1300°C.
L’acide ‘’thermique’’ obtenu lors de la réaction (3) représente 5 à
10% de la production totale d’H3PO4.
Il se forme également ,en raison de la présence de fer dans le
minerai, du ferrophosphore de stœchiométrie approximative
Fe2P ce qui entraine une perte en phosphore

11. Avantages et inconvénients:
-Cette voie qui donne un acide de très haute
pureté est peu à peu abandonnée au profit
de la voie humide suivie d'une purification
par extraction liquide-liquide (a cause de
son cout élevé).
-Sa part dans l'industrie des phosphates
(hors engrais) est passée entre 1999 et
2003 de 89 à 80 % en Amérique du Nord et
de 20 à 13 % en Europe de l'Ouest.

12. UTILISATIONS
-A 90 % dans la fabrication des engrais.
- Pour fabriquer des phosphates alimentaires.
- Pour fabriquer des tripolyphosphates (lessives), 3 % de la consommation
mondiale d'acide phosphorique.
- Dans les traitements de surface des métaux : phosphatation.
- Dans l'alimentation du bétail (4 % des débouchés) : phosphates de Ca2+
, Na+
,
Mg2+
.
- Pour fabriquer le phosphore élémentaire, par voie thermique, destiné à la
synthèse des chlorures de phosphore (PCl3, oxychlorures) : 50 % des
emplois, P2S5 : 25 % des emplois, P2O5 destiné à élaborer divers produits
organiques (organophosphorés) pour les industries des herbicides,
élastomères, tensioactifs… ainsi que l'hypophosphate de sodium utilisé
dans le nickelage chimique.

13. Conclusion
-Les divers débouchés essentiels de l’acide phosphorique (dans les
industries alimentaire ,cosmétologique ,pharmaceutique…etc)
sont traduit par sa production à l’echelle mondiale(40 Mt en
P2O5) .
-l’ acide phosphorique présente assez de risques ,on peut Sitter les
exemples suivants:
-A forte concentration et s’il entre en contact avec la peau , il
peut être responsable de brûlures et de fortes irritations et
lorsqu’il est ingéré, il peut causer de nombreux problèmes de
santé ( ulcérations au niveau du système digestif, hémorragies
digestives, perforations œsophagiennes ou gastriques ou encore
des problèmes respiratoires…)

14. - L'ingestion d'un taux élevé d'acide
phosphorique est apparemment connu en
médecine pour entraver le fonctionnement
des reins et favoriser les calculs rénaux. Des
chercheurs américains ont interrogé 500
personnes pour lesquelles une insuffisance
rénale avait été récemment diagnostiquée et
ont constatés à partir de la description de
leur régime alimentaire qu'à partir de deux
verres de coca, le risque d'insuffisance
rénale est multiplié par deux.

15. Merci pour votre aiMable
attention