Как получить фосфор в промышленности? Какие окислительно-восстановительные процессы происходят при прокаливании смеси

В промышленности фосфор получают из минерального сырья, такого как фосфат кальция. Он может быть получен с использованием различных методов, но мы рассмотрим один из них - прокаливание смеси фосфата кальция, песка и кокосового угля.

Прокаливание смеси фосфата кальция, песка и кокосового угля - это процесс, при котором сырье подвергается нагреванию до высокой температуры без доступа кислорода. Кокосовый уголь служит источником углерода для реакции, а песок - инертным компонентом.

В результате прокаливания происходит ряд окислительно-восстановительных реакций:

1. Окисление фосфора: \(Ca_3(PO_4)_2 + 6C \rightarrow 3Ca + 2P_2 + 6CO\) (реакция 1)

2. Редукция оксида кальция: \(CaO + C \rightarrow Ca + CO\) (реакция 2)

3. Редукция диоксида кремния: \(SiO_2 + 2C \rightarrow Si + 2CO\) (реакция 3)

В реакции 1 фосфат кальция, кокосовый уголь и песок преобразуются в кальций, фосфор и углекислый газ. Реакция 2 и 3 - это реакции редукции, при которых окиселы кальция и кремния преобразуются в их элементарные формы.

Для определения массы фосфора, если известен выход фосфора в отношении его теоретического выхода, нам необходимо знать массу исходного фосфата кальция и долю примесей в нем.

Пусть \(m_{Ca_3(PO_4)_2}\) - масса исходного фосфата кальция, \(m_P\) - масса полученного фосфора. Тогда выход фосфора может быть определен по формуле:

\[
\text{Выход фосфора} = \frac{m_P}{m_{Ca_3(PO_4)_2}} \times 100\%
\]

Для определения массы фосфора нам также нужно знать долю примесей в исходном фосфате кальция. Допустим, доля примесей составляет \(x\), тогда масса чистого фосфата кальция будет равна:

\[
m_{Ca_3(PO_4)_2\text{чистого}} = m_{Ca_3(PO_4)_2} \times (1-x)
\]

Наконец, масса фосфора будет равна:

\[
m_P = \text{Выход фосфора} \times m_{Ca_3(PO_4)_2\text{чистого}}
\]

Это позволяет нам определить массу фосфора в условиях данной задачи.

Пожалуйста, учтите, что для конкретного случая нужно знать точные числовые значения массы фосфатa кальция, доли примесей и выхода фосфора в отношении его теоретического выхода, чтобы рассчитать эти значения численно.