دی‌کلسیم فسفات (DCP) یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مکمل‌های معدنی در صنعت تغذیه دام، طیور و آبزیان است. این ترکیب به عنوان منبعی غنی از فسفر و کلسیم، دو عنصر حیاتی برای فرآیندهای فیزیولوژیک اساسی مانند رشد استخوان، متابولیسم انرژی و عملکرد صحیح سیستم عصبی، نقشی کلیدی ایفا می‌کند. با توجه به اهمیت استراتژیک این ماده در زنجیره تولید پروتئین حیوانی، دستیابی به روش‌های تولید کارآمد، اقتصادی و باکیفیت همواره مورد توجه صنعتگران بوده است. هدف این مقاله، بررسی و تشریح سه روش اصلی و متداول در تولید صنعتی دی‌کلسیم فسفات در جهان است.
روش‌های اصلی تولید دی‌کلسیم فسفات
به طور کلی، سه رویکرد اصلی برای سنتز این ماده ارزشمند وجود دارد که هر یک بر اساس مواد اولیه، پیچیدگی فرآیند و خلوص محصول نهایی، ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارند.
۱) روش غیرمستقیم: خنثی‌سازی اسید فسفریک با کربنات کلسیم
این روش، که به عنوان متداول‌ترین فرآیند تولید دی‌کلسیم فسفات در ایران و بسیاری از نقاط جهان شناخته می‌شود، بر پایه واکنش خنثی‌سازی محلول اسید فسفریک تصفیه شده با منابع کلسیمی مانند کربنات کلسیم (سنگ آهک) استوار است. محصول نهایی این فرآیند، جامدی به شکل گرانول است که ترکیبی از منو و دی‌کلسیم فسفات می‌باشد. بسته به شرایط فرآیند، دو گرید اصلی از محصول قابل تولید است:
- گرید اول: با حدود ۱۸.۵% فسفر و ۱۸ الی ۲۵% کلسیم.
- گرید دوم: با حدود ۲۱% فسفر و ۱۵ الی ۲۵% کلسیم.
واکنش‌ها در یک راکتور مجهز به میکسر انجام شده و عملیات گرانول‌سازی نیز در همان‌جا صورت می‌پذیرد.
مواد اولیه کلیدی:
- اسید فسفریک: به دلیل هزینه بالای اسید فسفریک خالص، معمولاً از اسید خام (Wet-Process Acid) استفاده می‌شود که نیازمند فرآوری اولیه برای حذف فلوئور است. مشخصات حداقلی این اسید شامل ۵۲-۵۴% P2O5 ، حداکثر ۲% فلوئور و ۱.۶ تا ۲.۵%SO4 می‌باشد.
- سنگ آهک: با خلوص حداقل ۹۶% CaCO3 و میزان فلوئور کمتر از ۱۵۰ PPM.
- سیلیکا: اغلب برای بهبود راندمان فرآیند فلوئورزدایی به اسید فسفریک افزوده می‌شود.
کنترل دقیق میزان فلوئور در مواد اولیه ضروری است تا از اثرات سوء آن بر رشد و سلامت دام جلوگیری شود. پس از انجام واکنش، محصول وارد خشک‌کن شده تا رطوبت آن به ۱.۵ الی ۲ درصد کاهش یابد. در مرحله نهایی، محصول دانه‌بندی شده و ذرات بسیار ریز یا درشت برای بازیافت به ابتدای خط تولید بازگردانده می‌شوند.
۲) روش مستقیم: واکنش اسید بر روی سنگ فسفات
این روش که در کشورهای غربی و چین رواج بیشتری دارد، بر واکنش اسید کلریدریک یا اسید نیتریک با سنگ فسفات متکی است. محصول به‌دست‌آمده از این روش، عمدتاً دی‌کلسیم فسفات آبدار (DCP.2H2O) است و در مقایسه با روش غیرمستقیم، از خلوص بالاتری برخوردار است. مواد اولیه اصلی در این فرآیند، سنگ فسفات با عیار بالای P2O5 و محتوای فلوئور پایین، به همراه اسیدهایی با درجه خلوص بالا هستند.
فرآیند با خرد و الک کردن سنگ فسفات آغاز می‌شود. سپس، واکنش با اسید کلریدریک، آن را به منوکلسیم فسفات محلول و مواد نامحلول باقیمانده تبدیل می‌کند. پس از جداسازی و خالص‌سازی مایع رویی (حاوی منوکلسیم فسفات)، فرآیند خنثی‌سازی انجام شده که منجر به تشکیل و ته‌نشینی کریستال‌های دی‌کلسیم فسفات می‌شود. این بلورها در ادامه صاف، شستشو و خشک می‌گردند. یکی از مزایای برجسته این روش، انجام تمامی مراحل در دمای محیط است که به حفظ ساختار “ارتوفسفات” کمک می‌کند؛ این ساختار برای جذب بیولوژیکی در بدن حیوانات ضروری است.
۳) روش مبتنی بر استخوان: واکنش اسید کلریدریک با استخوان
برخی از تولیدکنندگان در اروپا و آمریکا، دی‌کلسیم فسفات را به عنوان محصول جانبی در کارخانجات تولید ژلاتین از استخوان تولید می‌کنند. در این فرآیند، استخوان‌ها پس از چربی‌گیری و خرد شدن، تحت تأثیر اسید کلریدریک رقیق قرار می‌گیرند. این عمل باعث حل شدن تری‌کلسیم فسفات موجود در ماتریکس استخوان می‌شود. در مرحله بعد، محلول حاصل خنثی شده که این امر منجر به رسوب بلورهای خالص دی‌کلسیم فسفات می‌گردد. محصول نهایی این روش معمولاً حاوی حدود ۱۸.۵% فسفر و میزان بسیار پایین فلوئور (حدود ۰.۵%) است.
نتیجه‌گیری
انتخاب روش تولید دی‌کلسیم فسفات به عوامل متعددی از جمله دسترسی به مواد اولیه، هزینه سرمایه‌گذاری، الزامات بازار برای خلوص محصول و ملاحظات زیست‌محیطی بستگی دارد. روش غیرمستقیم، با وجود تولید محصولی با خلوص کمتر، به دلیل استفاده از مواد اولیه ارزان‌تر (اسید خام و سنگ آهک) در بسیاری از مناطق جهان اقتصادی‌تر است. در مقابل، روش مستقیم محصولی با کیفیت و خلوص بالاتر تولید می‌کند که برای کاربردهای تخصصی‌تر مناسب است. در نهایت، تولید از استخوان نیز یک گزینه پایدار و نمونه‌ای از اقتصاد چرخشی (Circular Economy) محسوب می‌شود، هرچند مقیاس آن به صنعت فرآوری ژلاتین وابسته است. صرف‌نظر از روش انتخابی، کنترل کیفیت، به‌ویژه نظارت بر سطح عناصر نامطلوب مانند فلوئور، عاملی تعیین‌کننده در تولید یک مکمل خوراک ایمن و مؤثر برای صنعت دامپروری است.
