Способы получения фосфора

На протяжении ста лет с момента открытия Бранда единственным источником электронного фосфора являлась моча. В 1743 Марграф усовершенствовал метод излечения элемента из мочи, предложив добавить поташ к сухому остатку после её перегонки. Гамбургский алхимик и другие исследователи смогли получить фосфор потому, что в сухом остатке содержится до 10% фосфата натрия, который при температурах 800-1000°С способен восстанавливаться углем. К концу 18 в. мочу заменили кости. В 1769 Юхан Ганн доказал, что в костях содержится большое количество фосфора. В 1771 Карл Шееле разработал способ получения фосфора из костей золы путем обработки её серной кислотой и восстановления образовавшихся кислых фосфатов углем при нагревании. В 1829 Фридрих Вёлер получил белый фосфор, нагревая костяную муку со смесью кремнезема, глины и угля. Протекающая при этом реакция легла в основу современного промышленно получения фосфора. В те времена способ Вёлера широкого распространения не получил, так как процесс проходил при высокой температуре, недоступной тогда в промышленности, поэтому еще долгое время фосфор получили по способу Шееле. Первый завод по производству фосфора был построен в Германии в 1834. В России производство фосфора было организованно молодым коммерсантом Евграфом Тупицыным в декабре 1871. Завод был построен на речке Данилихе, в Перми и насчитывал двенадцать корпусов. Фосфор получили из костей, он был значительно дешевле иностранного. Большая часть фосфора, потреблявшегося тогда в России, производилось на заводе Тупицына, хотя существовало много мелких фосфорных фабрик: в Вологде, Калуге, Боровичах и других городах. Значительный успех в процессе производства фосфора был достигнут английским инженером Джейсоном Рэдманом, который запатентовал процесс получения белого фосфора в электропечах. Несмотря на многие технологически трудности, в 1891 в Англии и Франции началось промышленное производство фосфора по методу Рэдмана. До внедрения в Европе электрического метода, Российская Империя занимала третье место в мире по производству фосфора, но потом из крупного экспортера превратилась в императора, так как английский фосфор был дешевле отечественного, получаемого из костей.

Сейчас электротермический способ является основным в производстве фосфора. Химическая составляющая процесса основана на реакции Вёлера, сырьем служит фосфат кальция (фосфоритовый концентрат). Его нагревают в смеси с кварцевым песком и коксом в электрической печи при температуре около 1300°С. Сначала диксид кремния вытесняет фосфорный ангидрид из фосфата, который затем восстанавливается углеродом до элементного фосфора. Процесс можно описать двумя уравнениями реакции:

2Ca₃(PO₄)+6SiO₂ =6CaSiO₃ +P₄O₁₀

P₄O₁₀+10C=10CO+P₄

Или суммарно:

2Ca₃(PO₄)₂+6SiO₂+10C=6CaSiO₃+10CO+P₄.