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7723-14-0 / 紅磷的生產工藝

概述【1】【2】

紅磷又稱赤磷(Phosphourus),比黃磷穩定,在暗處不發磷光。赤磷只能在高溫下與其它物質發生作用,在290C餾出時則成黃磷。在空氣中不自燃,加熱至約200℃則著火而燃燒生成五氧化二磷,在氯的氣體中加熱時亦會燃燒,遇KCl0。、KMnO。過氧化物以及其它氧化劑時即爆炸。

在輕工業上主要用于制造火柴,將赤磷、硫化銻和膠的混合物涂于火柴盒的側面,當火柴頭(氯酸鉀、硫化銻、玻璃粉和膠等)在上面摩擦時就生熱,在熱的影響下,少量赤磷就轉為黃磷,再由黃磷的燃燒引起火柴頭發生化學反應而燃燒。在化學工業上,用以制造磷酸、磷酐、五氧化磷、三氧化磷等含磷化合物的原料和有機磷農藥、化肥及其他有機合成產品。在冶金工業上用以制造磷銅片。

生產工藝【4】

(1)三氯化磷還原法

紅磷的生產工藝

由于三氯化砷與三氯化磷的蒸氣壓較接近,因此在分離時要選擇適的分離條件和蒸餾設備。所用的平衡器是一填料或玻璃蒸餾柱,直徑.20 mm,填料為直徑3-4 mm的玻璃球,充填高度750 mm。分餾頭以計時繼電器控制電磁開關啟閉。填料層上部餾出口均有流量計量裝置。精餾柱用真空夾套絕熱,夾套內壁鍍銀。精餾柱下部的蒸餾瓶容量為1000 mL:以電爐加熱。

三氯化磷的精餾提純是在上述填料式精餾柱中進行的,用分析純試劑作原料。蒸餾液分三部分收集。根據PCI。AsCl。系的實際分離能力和原料中雜質含量選用下列比例:第一部分取總蒸餾液的15%,第二部分取總蒸餾液的60%,余下殘液為總蒸餾液的25%。餾出速度為0.17·mL/min。回流比為1~28。每次精餾加入料液750 mL于蒸餾瓶中,加熱至沸,隨后降低加熱電流使其保持最大回流量,經全回流2 h后開始按規定速度餾出。必要時,將第一次得到的三氯化磷再精餾一次。

三氯化磷的氫還原是在一垂直放置的透明石英管中進行的。石英管直徑25 mm,外面用阻爐加熱,加熱區分上、下兩段,各長350 mm。鋼瓶氫氣經過焦性沒食子酸一鉑石棉(400℃)一固體氫氧化鉀提純。提純后的氫氣分兩路經過流量計進入反應管:一路通人三氯化磷貯存容器把三氯化磷氣體帶人反應管;另一路直接進入反應管。操作開始前先通氫驅除系統中的空氣,隨后將反應管加熱至所需溫度,通入三氯化磷和氫氣的混合氣體。反應后的廢氣通過一鼓泡器排出。生成的磷沿管壁滴入收集器,部分未及冷凝的磷蒸氣在隨廢氣通過收集器時冷凝下來。當磷沿管壁滴下的過程中,有少量在反應管末端部位轉化成赤磷黏附于管壁上。

還原是以一次精餾的第二部分餾分,分別在400℃(上、下段均為400℃)、600℃(上、下段均為600℃),800℃(上端800℃,下段500℃)下進行通氫還原。在400℃時,可以觀察到反應在進行,但速度很慢,僅在反應管末端析出很薄的一層沉積物。在600℃時,反應速度仍然比較慢,得到的產物也不多。在800℃時,當H。/PCI。分子比為3.5時,磷的析出速度為3~4 g/h。回收率為95%。

為了便于貯存或滿足使用上的需要,可以將獲得的白磷轉化為赤磷。只要將白磷轉移到另一玻璃管中,抽真空封閉后逐步加熱至300~350℃,約經過一周即全部轉化為赤磷。

(2)直接蒸餾法

將5 kg 99%的工業磷,放入10 L的蒸餾燒瓶中,移至沙浴上,裝上分餾器,接好冷凝管,用密封式電爐進行加熱,并用調壓變壓器來控制溫度,升溫要緩慢,待磷全部熔化為液體時,將溫度升高300℃,開始蒸餾。操作應在通風櫥內進行。先將初餾液200 mL另放,作下次原料;中段餾液4 kg作為中間品(半成品);殘留液800 mI。,可作原料,但只能反復利用三次,否則要影響產品質量。以上操作為第一次蒸餾。

將上述得到的4 kg半成品,完全按照上述同樣的操作重復的蒸餾一次,經過兩次蒸餾后的磷約得3 kg。經化學及儀器分析后,純度達99.999%。由于白磷的貯藏和保管不如赤磷安全,所以必須將白磷轉化為赤磷,其操作的方法如下:

將3 kg高純磷裝進硬質的玻璃管中,移至管式電爐內,在通氮下進行加熱,溫度控制在300~350 OC,保持數小時后,進行冷卻,即得高純赤磷。

紅磷的生產工藝

毒性作用【3】

對動物:引起血紅蛋白、紅細胞和自細胞的數量降低及肝、腎的病理學改變(Heimann)。

對人:紅磷粉塵進入呼吸道時引起類似白磷蒸氣慢性中毒的現象。已知一從事紅磷升華工作的工人發生不典型的急性肺炎,其工作環境中紅磷氣溶膠的濃度達o.104毫克/升(Delhamn,140lma)。據報導,有一工人只與紅磷接觸過就發生了頸骨壞死(Heimann)。有人指出紅磷在體內可能轉變為自磷。某些作者認為,紅磷的毒性作用是因為其中摻雜白磷的緣故。

對皮膚的作用 曾報導過嚴重的皮膚病病例,也有由于實驗引起的皮膚病。

參考文獻

[1]韓長日 宋小平主編,化工小商品生產法 (第十七集),湖南科學技術出版社,1996年08月第1版,第615頁

[2]韓長日,宋小平主編,精細無機化學品制造技術,科學技術文獻出版社,2008.8,第21頁

[3]金鋒 周樹森等譯,工業生產中的有害物質手冊 第三卷 (修訂第七版) 無機及元素有機化合物,化學工業出版社,1986年05月第1版,第206頁

[4]韓長日,宋小平主編,精細無機化學品制造技術,科學技術文獻出版社,2008.8,第21頁