Bahia Inglesa - Repositorio

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i.
PROYECTO FONTEC
CODIGO N°95-0494
IBIBl/OrECA .
CORFD
PRODUCCION DE ACIDO
FOSFORICO REFINADO
EMPRESA PATROCINADORA:
COMPANIA MINERA DE FOSFATOS NATURALES LTDA.
BIFOXLTDA.
ENTIDAD EJECUTORA:
BIFOXLTDA.
FECHA: 25 de Noviembre de 1998
/
661.'87
C 73G
1998
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PRESENTACION
En el ultimo decenio, se r:onstata que el pais ha sabido enfrentar con exito
el desafio impuesto por la politica de apertura en los mercados intemacionales,
alcanzando un crecimiento y desarrollo econ6mico sustentable, con un sector
empresarial dinamico, innovador y capaz de adaptarse rapidamente a las seiiales
del mercado.
Sin embargo, nuestra estrategia de desarrollo, fundada en el mayor
esfuerzo exportador y en un esquema que principalmente hace uso de las ventajas
comparativas que dan los recursos naturales y la abundancia relativa de la mane
de obra, tendera a agotarse rapidamente como consecuencia del propio progreso
nacional. Por consiguiente, re,sulta deterrninante afrontar una segunda fase
exportadora que debe estar caracterizada por la incorporaci6n de un mayor valor
agregado de inteligencia, conocimientos y tecnologias a nuestros productos, a frn
de hacerlos mas competitivos.
Para abordar el proceso de modernizaci6n y reconversion de la estructura
productiva del pais, reviste vital importancia el papel que cumplen las
innovaciones tecnol6gicas, tod" vez que ellas confieren sustentaci6n real a la
competitividad de nuestra oferta exportable. Para ello, el Gobierno ofrece
instrumentos frnancieros que promueven e incentivan la innovaci6n y el desarrollo
tecnologico de las empresas productoras de bienes y servicios.
EI Fondo Nacional de Desarrollo Tecnologico y Productivo FONTEC,
organismo creado por CORFO, cuenta con los recursos necesarios para fmanciar
Proyectos de Innovaci6n Tecnol6gica, forrnulados por las empresas del sector
privado nacional para la introducci6n 0 adaptaci6n y desarrollo de productos,
procesos 0 de equipos.
Las Lineas de frnanciamiento de este Fondo inc1uyen, ademas, el apoyo a la
ejecucion de proyectos de Inversion en Infraestructura Tecnologica y de Centros
de Transferencia Tecnol6gica a objeto que las empresas dispongan de sus propias
instalaciones de control de calidad y de investigaci6n y desarrollo de nuevos
productos 0 procesos.
De este modo se tiende a la incorporacion del concepto "Empresa - Pais",
en la comunidad nacional, donde no es s610 una empresa aislada la que compite
con productos de calidad, sino que es la "Marca - Pais" la que se hace presente en
los mercados internacionales.
EI Proyecto que se presenta, constituye un valioso aporte al cumplimiento
de los objetivos y metas anteriormente comentados.
FONTEC - CORFO
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A.- RESUMEN EJECUTIVO
BIFOX LTDA fue creada en 1988 para procesar y comercializar 1a roca fosforica y sus
productos, provenientes del yacimiento de fosfato ubicado en Bahia Inglesa - Caldera, ill
Region del Atacama
Este yacimiento fue descubierto pOT CORFO y la CCHEN a comienzos de los aiios 80. Las
exploraciones y reconocimientos rea1izados en las pertenencias que amparan el deposito,
determinaron reservas de roca fos:forica suficiente como para desarrollar una industria del
fosforo en el pais.
A partir de 1989, Bifox inicio los estudios de investigacion de la explotacion del yacimiento de
fosfato y su uso como fertilizante natural de aplicacion directa, hecho inMito en Chile a esa
fecha, iniciando asi su explotacion comercial.
Los Resultados obtenidos en la inve,tigacion son los siguientes:
1.
2.
3.
4.
Es posible lixiviar la roca fosforica de Bahia Inglesa y producir un acido fosforico
c1asificado susceptible de pruficar.
Es factible tecnieamente purificar este acido fosforico mediante intercambio ionieo,
eliminando impurezas tales como: AI, Fe, Mg, Na, K, ca, F, Cd, S04, Si, CI, As, etc. De
esta manera se obtiene un acido grade USP.
Se determino ademas que es posible eliminar el color del acido fosforico mediante carbon
activado obteniendo un producl0 incoloro, 10 que 10 deja apto para uso en la fabricacion de
detergentes, a1imentos, yen la industria en general.
Tambien se comprobO en la inv.estigacion que es factible c1arificar el acido fosforico con un
proeeso de filtrado tradicional.
ACCIONES:
Bifox Ltda. inicio en 1998 la construccion de una planta de purificacion del acido fosforico
industrial, cuya planta actualmentel:sta en montaje.
Esta planta de purificacion permitira producir 2000 ton/aiio de P20 S, equivalente a 3500
ton/aiio de acido fosforico puro de 58% de P20 S.
Esta planta iniciara su produeeion en el 2do trimestre de 1999, permitiendo abordar los
mercados nacional y de exportacion a precios superiores.
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B.- EXPOSICION DEL PROBLEMA
Antecedentes:
l. La COMPANiA MINERA DE FOSFATOS NATURALES, BIFOX LTDA.,
fue ereada en 1988 por la empresa TEHMCO S.A., para proeesar y
eomereializar la roea fosf6riea que la SOClEDAD CONTRACTUAL
MINERA BAHiA INGLESA produce .
BIFOX LTDA. junto con la SOClEDAD CONTRACTUAL MINERA
BAHiA INGLESA, son dueilas de las pertenencias mineras que amparan el
yacimiento de fosfatos de Bahia Inglesa, Caldera, Tereera Regi6n de Atacama .
El yaeirniento de Bahia Inglesa fue descubierto por CORFO y la COMISION
CHILENA DE ENERGIA NUCLEAR a eomienzo de los afios 80. Las
exploraeiones y reeonocimientos realizados en el mineral determinaron
reservas de fosfatos suficientes para desarrollar un proyecto quimieo-minero
que permitiera abasteeer con roca fosf6riea de aplieaei6n direeta la agricultura
naeional.
S.C.M. Bahia Inglesa ha explotado pareialmente el yaeirniento, instalando en
la mina en 1988 una planta de chancado y clasifieaei6n de la roea fosf6riea de
Bahia Inglesa, siendo esta vendida por BIFOX LTDA. especialmente en las
regiones Novena y Decima, con excelentes resultados.
Durante los afios 1987 a 1990 la empresa BIFOX LTDA. desarro1l6 una
investigaei6n para determinar la faetibilidad teeniea de produeir un fertilizante
a partir de la roea fosf6riea de Bahia Inglesa.
Los resultados de la inve:;tigaci6n determinaron la efeetividad de la roea
fosf6riea como fertilizante de aplieaei6n directa en los suelos voleamcos
acidos ehilenos altamente fijadores de f6sforo. En atenci6n a 10 anterior,
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BIFOX LIDA. decidi6 construir una planta de molienda seca y pelletizaci6n
en Osomo, la que se encuenltra en plena operaci6n en la actualidad.
Por otra parte se demostr6 que es factible producir acido fosf6rico impuro con
el metodo de lixiviaci6n en pilas, sistema no utilizado por los productores
mundiales de acido fosf6rico, pero si ampliamente conocido por los ingenieros
de minas chilenos en la extracci6n de Cobre.
Dado que el acido sulfurico es uno de los principales insumos en la producci6n
de acido fosf6rico, se decidi6 esperar a que su precio bajara para iniciar la
construcci6n de un proyecto de producci6n de acido fosf6rico impuro grado
fertilizante, situaci6n que ha sido a1canzada en estos momentos, cuando se ha
hecho realidad la construcci6n de varias plantas de acido sulfurico que utilizan
los gases sulfurosos generados por las fundiciones de cobre del pais.
2. La producci6n y venta de fertilizante es muy competitiva 10 que no permite
margenes de ganancia muy altos. Lo anterior se ve agravado por el hecho de
que aproximadamente el 60% de los costos corresponde a fletes.
3. Un proyecto de producci6n de acido fosf6rico refinado (grado USP) a partir de
la lixiviaci6n de las fosforitas de Bahia IngIesa se justifica por las siguientes
razones:
• Chile importa el 100% de sus necesidades de acido fosf6rico, de diferentes
paises tales como EEUU, China, Brasil y Holanda.
• EI consumo de acido fosf6rico en nuestro pais lIeg6 en 1992 a las 1300 ton
de P205 equivalentes, cifra que justifica por si sola un proyecto de
producci6n en Bahia Inglesa. Dicha cantidad se desglosa en acidos de
diferentes calidades y concentraciones, siendo la mayoria acido industrial y
para a1imentos, con conc:entraciones de PZ0 5 de 52/54% a 62/68%.
• Las importaciones de Chile en 1997 alcanzaron a 2000 ton de P205
equivalente con productos de diferentes calidades y concentraciones.
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• Los consumidores chilenos de acido fosforico son principalrnente los
fruticultores que usan el acido fosforico para riego por goteo, los
fabricantes de detergentes liquidos, los fabricantes de refractarios,
lubricantes, papel, vidrios y cenirnicas, extintores de incendio, productos
farmaceuticos, aditivos de alimentos de bebidas, etc.
• Argentina, Peru, Bolivia, Ecuador, Paraguay,. Uruguay, son importadores al
igual que Chile, siendo Brasil el t'mico productor de acido fosforico
industrial de Latino-Arn,erica. No poseemos estadisticas suficientes de
cantidades y calidades importadas por cada IUlO de estos paises.
• El precio en Chile del acido fosforico grado industrial, para uso como
fertilizante liquido esta en el orden de los 1450 US$/ton P20s, precio a
consumidor final, mas envase y mas IVA.
• El precio del acido fosf6rico refinado (grado USP) 0 sus grados similares
esta en Chile por sobre los 1650 US$/ton P20 S, esto es IUlOS 200 US$/ton
P20 S mas que el acido del tipo industrial (fertilizante).
• Chile esta en estos momentos entrando en lUla etapa de sobre-produccion
de acido sulfurico, principal insumo en la produccion de acido fosf6rico,
situacion que ofrece ventajas comparativas gravitantes para el proyecto de
produccion de acido fos£:'>rico de Bahia Inglesa.
• La explotacion del yacimiento de Bahia Inglesa es de muy bajo costa 10 que
permite obtener lUla gran ventaja respecto de la roca fosf6rica importada,
en terminos de P20 S.
• El yacimiento de Bahia Inglesa tiene IUl clima desertico, sin lluvias, 10 que
permite aplicar la lixiviacion en pilas en lugar de los costosos metodos de
agitacion que se usan en la industria de los fertilizantes fosfatados.
• Son pocos los paises que en el mlUldo producen acido fosforico grado
industrial 0 refinado por via hfuneda, siendo EEUU, Canada, Espai'ia,
Rolanda, Belgica, Francia, China y Brasil los mas importantes, ya sea por
su calidad (EEUU, Europa) como por su cercania (Brasil) 0 su precio
(China)
• La relativamente baja produccion mlUldial de acido fosforico grado
industrial 0 refinado, obtenido por via hfuneda, aproximadamente 2,6
rnillones de toneladas de P20S/ai'io, respecto de la produccion mlUldial
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cercana a los 28 milloIlies de toneladas de P20 S equivalentes por ano,
destinada en su mayor parte a la producci6n de ferti1izantes s6lidos (TSP,
DAP, MAP); a menudo no es facil conseguir dicho producto, el cual es
consumido esencialmente: en EEUU, Europa, ex URSS y Jap6n.
SegUn los distribuidores de acido fosf6rico grado industrial y refinado que
OXIQUIM,
operan en Chile (INTERQUIMICA, BLUMOS,
CLORAMON, HELM, C!tc), es posible colocar fuera del pais cantidades
importantes de acido rl~finado, siendo la produccion del proyecto no
relevante frente a los grandes productores del mundo. Estos distribuidores
estiman un mercado de exportaci6n para nuestro proyecto de 3000 ton de
acido fosforico refinado" expresado en terminos de P20 S equivalente, en
Argentina, Peru, Ecuador, Bolivia, Paraguay, Uruguay, Colombia y
Venezuela.
EI antiguo metodo de produccion de acido fosforico por via termica, se esta
dejando de aplicar debido a que se hizo muy caro, siendo reemplazado por
el metodo por via hllineda, el cuaI usa acido suifUrico como principal
msumo.
Han cerrado practicamente la mayoria de las fabricas de acido fosforico por
via termica en el mundo y no solo por su alto costa de proceso sino que
tambien por restricciones ambientales.
En Europa y EEUU han cerrado tambien varias plantas productoras de
acido fosforico por via hllineda debido a restricciones ambientales. EI
desecho mas impOrtantl~ que se genera es el yeso que aunque no es
contaminante, se produce en grandes cantidades requiriendo ampJios
espacios para depositarlio. Dichos espacios ya no estan disponibles en
algunos paises, especiaLmente en Europa, hecho que ha obligado a cerrar
varias plantas en diferentes paises.
EI acido fosf6rico refinado tiene una ampJia gama de usos en diferentes
areas, tales como preparaci6n de alimentos, detergentes, fertilizantes,
alimentos de animales, tratamientos de aguas, abrasivos de dentrificos,
litografia, tratamiento de metales, fluidos de perforaci6n, elastomeros,
tratamiento de papel, refractarios, vidrios y ceramicas, aditivos para
lubricantes, extintores, carbon activado, textiles, refinaci6n de azUcar,
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levaduras, sintesis de proteinas, productos farmaceuticos, etc. Esta gran
cantidad de usos hace rnuy estable el mercado del acido fosf6rico 10 que
permite una mayor seguridad en su colocaci6n que otros productos
quimicos.
En resumen, las condi(:iones del mercado intemaciona!, capacidad de
producci6n limitada y buen nivel de precios, las condiciones de demanda
del mercado naciona!, 1a sobre-oferta de acido sulfurico en Chile, las
caracteristicas del yacim~ento de fosfatos de Bahia Inglesa con su clima
desertico y bajo costa de operaci6n tanto de mina como de proceso, el
grado de madurez de la empresa BIFOX LIDA. tanto del punto de vista
tecnico como administrativo y de desarrollo tecnol6gico, y finalmente las
condiciones de flete penniten confinnar la conveniencia y oportunidad de
desarrollar un proyecto de producci6n de acido fosf6rico hasta el grado
refinado en Chile a partir de los recursos fosfaticos que posee.
BIFOX LIDA. estima que se esta en el momento adecuado para iniciar las
investigaciones, ya que d.urante el ano 1999 iniciara la producci6n de acido
fosf6rico industria!, de t2J manera que simultaneamente se tendra operando
en forma regular y continua la planta de acido fosf6rico industrial, con 10
cua! no se perderia tiempo y se iniciara de inmediato la producci6n de acido
fosf6rico refinado.
Para poder implementar un proyecto de esta natura!eza fue necesario
rea!izar una investigaci6n del proceso de producci6n de acido fosf6rico
refinado a escala piloto (400 ton/ano P20 5 equivalente). Este estudio se
requiere porque no existe una tecnologia conocida y las pocas que se
aplican en el mundo son de caracter reservado y resguardadas por las
patentes correspondientes, 10 cua! impide tener la informaci6n adecuada y
suficiente para nuestro proyecto
Por otra parte, estas tecllicas de caracter reservado han sido desarrolladas
recien a fines de la decada de los ochenta y noventa, 10 que por un lado no
permite tener una biblio!~afia abundante de los procesos que se usan para
purificar el acido obtenido por via hfuneda y por otra son muy pocas las
empresas que estan aplicando estas nuevas tecnologias, 10 que hace aim
mas dificil el acceso a di,;hos procesos.
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4. La empresa BIFOX LTDA. esta abocada en estos momentos a implementar el
proyecto de produccion de acido fosforico industrial, el cual se usa
principalmente como fertilizante. Sus contenidos de impurezas no son
controlados, excepto los s61idos en suspension y el color cafe que estan
presentes en el acido fosforico, los cuales son eventualmente eliminados para
poder comercializar este acido.
El acido fosforico industri~J, grade fertilizante, concentrado a 54%, 62% y
68% de P205, se vende aproximadamente a 1450 US$/ton P205 y su
consumo esta restringido a solo la agricultura que utiliza el riego por goteo y
algunas otras aplicaciones industriales que no requieren de un acido muy puro
tales como en la fabricacion de detergentes, ladrillos refractarios, etc.
La tecnologia para producir este tipo de acido industrial es muy conocida y
existe bastante informacion aI respecto. Esta se basa en la lixiviacion de la
roca fosforica con <icido sulfUrico diluido, la filtracion del <icido fosforico
resultante y su posterior concentracion por evaporacion del agua, para
finalmente cIarificar el acido fosforico producido por decantancion de los
solidos en suspension.
El color se elimina calcinalldo previamente la roca, 10 que permite obtener un
acido de color verde palido, para uso como fertilizante liquido.
La industria de alimentos y la mayoria de las otras aplicaciones requieren para
sus procesos un acido refinado como el que se obtiene termicamente. Este
acido debe estar libre deimpurezas para 10 cual es necesario eliminarle el
Aluminio, Fierro, Calcio, Fluor, Sulfato, Silice, Magnesio, Metales pesados,
Arsenico, Solidos en suspension, Materia Orgamca, Cloro, Cromo, Mercurio,
etc, todos ellos presentes en el acido grade industrial.
Hasta fines de la decada de los 80 el acido fosforico ret'inado se obtenia
excIusivamente calcinando la roca fosforica y sublimando el fosforo, el cual
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enseguida se oxida para transfonnarlo en acido, metodo extremadamente caro,
10 que incentiv6 a algunas empresas productoras de acido fosf6rico para
fertilizantes s61idos a desarrollar procesos que les permitiera obtener un acido
refinado, usando como materia prima el acido impuro obtenido por via
hfuneda.
En EEUU existen solo 2 empresas que poseen la tecnologia para purificar el
acido fosf6rico obtenido por via hfuneda y tienen sus respectivas plantas
debidamente resguardadas, 10 que impide conocer en detalle el tipo de proceso
que utilizan. Rasta el mom<:nto s610 se sabe que tienen patentes de invenci6n
de Inglaterra y Francia y que se basa en la extracci6n por solvente como
metodo principal para purificar el acido. Ambas plantas estan en operaci6n
desde hace s610 7 afios.
Cabe sefialar que 10 indicado en los parrafos anteriores permite confinnar la no
existencia de bibliografia elll el tema, no sirviendo mucho aquella publicada
antes de la decada de los noventa.
La innovaci6n tecnol6gica que se pretende desarrollar con este proyecto de
investigaci6n, radica esenciairnente en alcanzar a nivel de nuestro pais la
metodologia de purificaci6n del acido fosf6rico producido por via hfuneda,
para eliminar las impurezas que contiene este acido, y hacerlo apto para uso
tecnico, especiairnente en el area de los detergentes, alimentos e industria en
general, con 10 cual se accede a un mercado mucho mas amplio que el del
acido industrial grado fertilizante Jiquido.
Este proyecto de investigaci6n permite en definitiva:
• Aumentar la calidad del ;:icido fosf6rico industrial
• Implementar un nuevo proceso
• Desarrollar una nueva linea de producci6n: el acido fosf6rico refinado
• Aumentar el valor agregado de los productos de BIFOX LTDA.
• Aumentar la producci6n
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La investigacion se hace estrictamente necesaria debido a que no existe en el
mundo una tecnologia apta para apJicar en plantas pequenas, como las que
podrian instalarse en el pais.
Objetivos tecnicos del proyect£' de investigacion:
5. Con la ejecuci6n del proyecto FONTEC se pretende mejorar la calidad del
acido fosf6rico grado indusltrial transformandolo en un acido de caIidad USP,
con las especificaciones qm: se describen mas abajo. Para ella sera necesario
optimizar el proceso de puri~ficacion del acido fosforico industrial y probarlo a
esc ala piloto, habiendose ya efectuado por parte de Bifox Ltda. experiencias
preliminares a nivel de laboratorio durante 1994 y 1995, con resultados
prollllsonos.
Los resultados especifico:; que se espera obtener con el proyecto de
purificacion del acido fosf<irico grado industrial son disminuir las siguientes
impurezas, en los rangos que se indican:
ELEMENTO
Ca (como CaO)
As20 3
F
Fe
Metales pesados (como Pb)
CI
N03
S04
AI
Si02
MgO
Subt. Reductoras
Acidos volatiles
Grado Industrial
Desde +1%
Desde+3 ppm
Desde 150 ppm
Desde 20 ppm
Desde 10 ppm
Desde 100 ppm
Desde 20 ppm
Desde 400 ppm
Desde 1,5%
Desde 1,0%
Desde 1,2%
Desde 100 ppm
Desde 100 ppm
10
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
Grado USP
<0,1 %
< 0,1 ppm
< 0,1 ppm
< 10 ppm
<5 ppm
< 10 ppm
<5 ppm
< 50 ppm
<0,6%
< 0,1 %
<0,6 %
<20 ppm
< 10 ppm
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Apariencia
Olor
Color APHA
Turbidez APHA
Solidos en suspension
Desde verde elaro a claro, Sin olor
Sin olor
lOmax
1
a < 0,5 %
1.0%
Las especificaciones indicadlas a la derecha de la tabla anterior corresponden a
las normas USP que son un poco mas exigentes que las normas FOOD
GRADE.
Las concentraciones de acido fosforico puro deben ser de 52-54% 0 62-68%
de P205, 0 10 que es 10 mismo entre 75 y 85% de concentracion de H3P04.
6. El proyecto de investigac:ion para el cual se solicit6 financiarniento a
FONTEC, consiste en desarrollar a nivel experimental los procesos quirnicos y
metallirgicos que permitan purificar el acido fosforico industrial que empezara
a producir Bifox Ltda. en el primer semestre de 1999.
El objetivo del proyecto productivo en sustituir alrededor de un 70% de las
importaciones de acido refinado que Chile realiza actualrnente e iniciar la
exportacion de dicho acido al mercado internacional.
7. Con la ejecucion del proye<Cto de purificacion de acido fosforico industrial se
pretende mejorar su cali dad transformandolo en un acido grado USP cuyas
especificaciones son estandarizadas a nivel internacional.
El grado USP implica la eliminacion de las impurezas que posee el acido
fosforico en sus grados fertilizantes, c1arificado e industrial, tales como el
aluminio, fierro, magnesio, potasio, calcio, sulfato, sodio, cadmio, fluor,
arsenico, eloro, nitratos, silice, metales pesados, substancias reductoras, acidos
volatiles, olor, color, turbidez y solidos en suspension.
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Con el proyecto de investigaci6n se pretende encontrar un proceso quimico de
purificaci6n del acido fosf6rico industrial, el cual no cumple las
especificaciones USP por 10 tanto no puede acceder los mercados mas
sofisticados y exigentes.
La metodologia de obtenci6n de dicho proceso implicara el desarrollo de una
investigaci6n de laboratorio y su verificaci6n en planta piloto para determinar
el tipo de resina, carb6n activado, elementos filtrante, depresores, floculantes,
concentraciones 6ptimas de lixiviaci6n, etc. todas etapas estimadas necesarias
para ellogro del objetivo indicado.
Dado el poco conocimiento que existe en el mundo y ninguno en Chile, sera
necesario contar con la asistencia tecnica de expertos extranjeros que han
desarrollado tanto resinas como carhones activados para purificaci6n de acidos
minerales.
Beneficios esperados:
8. Aumento de produccion: Con la implementaci6n del proyecto de producci6n
de acido fosf6rico refinado se pretende aumentar la producci6n total de acido
desde 2000 tonJaiio de P20:5 como acido fosf6rico a 4000 tonlaiio de P205 de
acido fosf6rico refinado, a partir de 1998.
Aumento de las exportaciones: Con la planta de refinaci6n sera posible
aumentar las exportaciones desde 1100 tonlaiio de P205 a 2900 tonlaiio 10 que
significara un aumento en los ingresos por exportaci6n de 2,5 millones
US$/aiio, alcanzando los 4,8 millones de US$/aiio como valor total de
exportaci6n.
Aumento del valor agreg,ado por mejoramiento de la calidad: Con el
proyecto de purificaci6n dd acido fosf6rico se pretende obtener una calidad
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grade similar al USP (US Phannacopeia) con la cual alcanzar un precio
cercano a los 1650 US$/ton P205, esto es unos 250 US$/ton de P205
adicionales por sobre el predo del <icido fosforico industrial.
Los indicadores de logro del proyecto son:
• Aumento del precio en a 10 menos 250 US$/ton P205
• Aumento de las ventas a 4000 ton P205/afio
• Obtencion de la calidad USP
c.-
METODOLOGIA Y PLAN DE TRABAJO
La metodologia que se uso en el proyecto de investigacion de procesos de
purificacion del <icido fosforico grado industrial corresponde a las experiencias
estindar de laboratorio y de es(:ala piloto para determinar los procesos optimos.
En nuestro caso se uso la siguiente secuencia:
1.- Visitas tecnicas de planltas:
El objetivo de las visitas tanto a EEUU como Europa, Brasil, etc, fue
conocer, en la medida que fue posible, los detalles de como operan las
pocas plantas productoras de <icido fosforico refinado por via hfuneda que
en el mundo existen.
Esta es la Unica manera de conocer el estado del ·arte de la purificacion del
<icido fosforico obtenido por via hfuneda.
Las visitas se consiguieron con los diferentes proveedores de resmas,
carbones activados y medios filtrantes.
2.- Disefio conceptual de lals experiencias de laboratorio:
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Su objetivo fue definir y disefiar las experiencias necesarias que pennitieron
determinar los tipos de resinas, carbones activados, medios filtrantes y
parametros de lixiviaciof:l que cumplan con el objetivo de purificar en fOIDIa
barata y eficiente, a nivel de laboratorio, los diferentes tipos intennedios de
acidos industriales que se generaran en el area productiva, hasta llegar al
grado USP.
Las lixiviaciones en columnas son necesarias a pesar de los estudios ya
realizados, porque los parametros definidos para producir acido fosforico
industrial no corresponden con los necesarios para la obtencion optima de
un acido refinado, especiaimente en 10 que dice relacion con las
concentraciones del acido suifUrico y cantidades de agua para evitar la
disolucion de parte de las impurezas.
3.- Experiencias de laboratorio:
Su objetivo fue obtener los resultados de la aplicacion de las diferentes
resinas, carbones, medios filtrantes y parametros de lixiviaci6n,
descartando los que no cumplen eficientemente la purificacion, de manera
de poder definir las expe:riencias a nivel de planta piloto.
4.- Experiencias a escala piloto:
En base a los resultados de las experiencias de laboratorio, el objetivo de
este punto fue definir y disefiar las etapas, equipos y procesos de lixiviacion
en pilas y refinaci6n, a una escala tal que pennita con cierto grado de
confiabilidad extrapolar los resultados a la escala industrial
Las pilas de lixiviacion se construyeron de un tamafio minimo de 20 x 30 x
3 metros para evitar los efectos de borde.
Con esta actividad se olbtuvo los datos practicos necesarios para disefiar y
dimensionar los equipos de refinacion para la escala industrial.
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Proyecto 95.()494
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Los resultados que se obtuvieron son:
• Tipo y cantidad de resina, carbon y medio filtrante a usar.
• Panimetros de operadon tales como presion, temperatura, alcalinidad,
etc.
5.- Informe final:
En 61 se analizan los resultados de las diferentes experiencias realizadas,
los procesos adoptados y los disefios de equipos que sera necesario utilizar
en la purificaci6n del acido fosf6rico grado industrial.
Plan de uabajo
Para alcanzar los objetivos dd proyecto de investigaci6n de la purificaci6n de
acido fosf6rico industrial, se ha definido el siguiente plan de trabajo, con sus
respectivas localizaciones donde se realizaran las actividades de investigaci6n.
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BIBLIOTECA COR.Fa
A.- EXPERIENCIAS DE LABORATORIO (Santiago):
1.- Disefio Conceptual de las plUebas de lixiviaci6n en columnas
1.1 Recolecci6n de bibliografia
1.2 Compra de informaci6n en el extranjero (patentes)
1.3 Disefio de las experiencias y equipos
1.4 Discusi6n del disefio con especialistas
2.- Disefio conceptual de las pruebas con resinas de intercambio i6nico
2.1 Recolecci6n de bibl:iografia
2.2 Compra de informa<:i6n en el extranjero (patentes)
2.3 Disefio de las expeniencias y equipos
2.4 Discusi6n del disefio con especialistas
3.- Disefio conceptual de las plUebas con Carb6n Activado
3.1 Recolecci6n de bibliografia
3.2 Compra de informad6n en el extranjero (patentes)
3.3 Disefio de las experiencias y equipos
3.4 Discusi6n del disefio con especialistas
4.- Disefio conceptual de las pmebas de filtraci6n
4.1 Recolecci6n de bibJiografia
4.2 Obtenci6n de informaci6n de proveedores
4.3 Disefio de las experiencias y equipos
4.4 Discusi6n del disefio con especialistas
5.- Realizaci6n de las lixiviaciones en columnas
5.1 Compra y/o construcci6n de columnas y materiales (mangueras, etc.)
5.2 Preparaci6n de equipos y materiales
5.3 Instalaci6n y montaje de equipos
5.4 Lixiviaci6n de la roca fosf6rica
5.5 Toma de muestras y anaIisis quimico
5.6 lnforme con resultados y conclusiones
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6.- Realizacion de las experiencias con resinas de intercambio ionico
6.1 Compra y/o construccion de equipos y materiales (resinas, etc)
6.2 Preparacion de equipos y materiales
6.3 Instalacion y montaje de equipos
6.4 Ejecucion de pruebas de Intercambio ionico
6.5 Toma de muestras y anaIisis quimico
6.6 Informe con resultados y conc1usiones
7.- Realizacion de las experiencias con Carbon Activado
7.1 Compra y/o construccion de equipos y materiales (carbon, etc.)
7.2 Preparacion de equipos y materiales
7.3 Instalacion y mont~je de equipos
7.4 Ejecucion pruebas de isotermas
7.5 Toma de muestras y anaIisis quirnico
7.6 Informe con resultados y conc1usiones
8.- Realizacion de las experiencias con Medios filtrantes
8.1
Compra y/o construccit6n de equipos y materiales (medios filtrantes, etc)
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
Preparacion de equipos y materiales
Instalacion y montaje de equipos
Ejecucion pruebas de filtracion
Toma de muestras y analisis quimico
Informe con resultados y conc1usiones.
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B.- VISITAS A PLANTAS EN EL EXTRANJERO
9.- Visitas a plantas en EEUU
9.l Contactos y visitas
9.2 Informes de viaje
10.- Visitas a plantas de Europa y Brasil
10.1 Contacto y visitas
10.2 Informes de viaje
11.- Informe global de experiencias de laboratorio (primer informe de avance
del proyecto)
11.1 Emisi6n de informe COil resumen, resultados, conclusiones y recomendacones
c.-
EXPERIENCIAS A ESCALA PLANTA PILOTO (Bahia Inglesa)
12.- Diseiio conceptual de las pruebas de lixiviaci6n en pilas
12.1 Recolecci6n de bibliografia
12.2 Compra de informacion en el extranjero
12.3 Diseiio de las expt:riencias y equipos
12.4 Discusion del disefio con especialistas
13.- Diseiio Conceptual de las pruebas con resinas
13.l Recoleccion de bibliografia
13.2 Compra de informacion en el extranjero
13.3 Diseiio de las expt:riencias y equipos
13.4 Discusi6n del disefio con especialistas
14. - Diseiio Conceptual de las pruebas con Carbon Activado
l4.l Recoleccion de bibliografia
14.2 Compra de informacion en el extranjero
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14.3 Disefio de las expt:riencias y equipos
14.4 Discusion del diseilo con especialistas
15.- Disefio Conceptual de las pruebas de filtracion
15.1 Recoleccion de bibliografia
15.2 Obtencion de infonnacion de proveedores
15.3 Disefio de las experiencias y equipos
15.4 Discusion del diseilo con especialistas
16.- Realizacion de las lixiviaciones en pilas
16.1 Compra y/o construcci6n de equipos y materiales (mangueras, etc.)
16.2 Preparacion de equipos y materiales
16.3 Instalacion y montaje de equipos
16.4 Lixiviacion de la JOca fosforica
16.5 Toma de muestras y anruisis quimico
16.6 Informe con resultados y concIusiones
17.- Realizacion de las expeliencias con resina
17.1 Compra y/o construccion de equipos y materiales (resinas, etc.)
17.2 Preparacion de equipos y rnateriales
17.3 Instalacion y montaje de equipos
17.4 Ejecucion de las pruebas de intercambio ionico
17.5 Toma de muestras y anruisis quimico
17.6 Informe con resultados y concIusiones
18. - Realizacion de las expeliencias con CarbOn Activado
18.1 Compra y/o construccion de equipos y materiales (carbon, etc)
18.2 Preparacion de equipos y materiales
18.3 Instalacion y montaje de equipos
18.4 Ejecucion pruebas de isotermas
18.5 Toma de muestras y anruisis quimico
18.6 Informe con resultados y concIusiones
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Proyecto 954194
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19.- Realizacion de las experiencias con medios filtrantes
19.1 Compra y/o construcci6n de equipos y materiales (medios filtrantes, etc)
19.2 Preparacion de equ~pos y materiaIes
19.3 InstaIacion y montaje de equipos
19.4 Ejecucion pruebas de filtracion
19.5 Toma de muestras y anruisis quimico
19.6 Infonne con resultados y concIusiones
20.- Emision del infonne final, que incIuye:
Resumen de Resultados,
ConcIusiones, Recomendaciolli~s, Procesos elegidos para las diferentes etapas,
disefio de equipos para la purificacion de acido fosforico, et.
A continuacion se detaIla la carta Gantt del proyecto de investigacion:
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BIBL/UrECA CORFU
.J
Carta Gantt:
ACTIVIDAD I BIMESTRES
A- EXP. LABORATORIO
1.- Disefto prueba LiL Col
L1 Recolec. Bibli<llU1ifica
1.2 Compra infonnaci6n
1.3 Diseilo exp. y equipos
1.4 Discusi6n disefto
2.- Disefto prueba resinas
2.1 Recolec. Bibli<llU1ifica
2.2 Compra info
23 Disefto exo v eauioos
2.4 Discusi6n diseilo
3.- Disefto prueba carbOn
3.1 Recolec. Bibli<llU1ifica
3.2 Compra infonnaci6n
33 Diseilo exp y equipos
3.4 Discusi6n diseilo
4.- Disefto pruebas fJItrado
4.1 Recolec. Bibli<llU1ifica
4.2 Inf. proveedores
4.3 Diseilo expo y equipos
5.- Realizaci6n LiI. columnas
5.1 Compra equipos v mat.
5.2 Preparaci6n eauioo v mat.
53 Instalaci6n ~il22s
15.4 Lixiviaci6n roea
15.5 Aruilisis guimico
5.6 Informe
6.- Realiz eXD resinaslbi
6.1 Compra equipos y mat.
i6n equipos y mat.
6.2 Pr
163 Inst. montaje), equil22s
i 6.4 Pruebas intercambio i6nico
16.5 Aruilisis guirnico
16.6 Informe
I 7.- Realiz. EXJ2. CarbOn A.
in ComJ2ra equi~ y mat
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Preparac equipos
InstaIac y montaie equioos
Eiec pruebas isotenna
Arullisis quimico
Infonne
8.- ReaIiz UP filtrado
8.1 Comora eouioos y materiales
8.2 Preparac. Eauioos y materiales
8.3 1nstaIac y montaje eauioos
8.4 Eiec pruebas de filtrado
8.5 Aruilisis quimico
8.6 Infonne
B.- VISITAS PLANTAS
9.- Visitas olantas EEUU
9.1 Contactos y visistas
9.2 Infonne de viaies
10.- Visits olantas Eurooa
10.1 Contactos y visitas
10.2 Infonnes de viaie
11.- Informe eloballabor
11.1 Infonne result labor
C.- EXP ESC PlLOTOIBI
12.- Disefto up lix. Dilas
12.1 Recol. BiliolO1ifica
12.2 ComEra infonnacion extranjera
12.3 Disefto exo y eQuioo
12.4 Discusion disefto
13.- Disefto exo resinas
13.1 Recol. Bibliogr.ifica
13.2 Compra infonnacion extraniera
13.3 Disei\o exp ~ equipo
13.4 Discusion diseiio
14.- Disefto em Carb60 A
14.1 Recol. Bibliogrirl'ica
14.2 compra inf extraniera
14.3 Disefto exp YeQuioo
14.4 Discusion disei\o
115.- Disei\o ~ filtrado
115.1 Recol bibliognifica
15.2 InfEroveedores
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
2
3
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+
+
++
+++
+
7
6
5
4
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++++ ++++
+
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I++++ 1++++ ++++
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! ++++ ++++ ++++
++++ 1++++ ++++ ++++
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2
1
15.3 Diseiio exo veauioo
15.4 Discusi6n diseiio
16.- ReaIiz Lix pilas
16.1 Coll1llra eauioos v materiales
16.2 Prep equioo y materiaIes
16.3 Inst. montaie eauioos
16.4 Lix roea fosf6rica
16.5 Aruilisis Quimico
16.6 lnfonne
17.- ReaIiz ext) resinas
I 7.1 Comora eauioos v materiaIes
17.2 Prep equioos y mat
17.3 Inst montaje equioos
17.4 lotercambio i6nico
17.5 Analisis Quimico
17.6 lnfonne
18.- ReaIiz. EXIl CarbOn A
18.1 Comora eauioo v mat.
18.2 Prep equioos v mat
18.3 Inst montaie eauioos
18.4 Eiecuci6n isotennas
18.5 Aruilisis Quimico
18.6 lnfonne
19.- ReaIiz exo filtros
19. I Compra equip y mat
19.2 Prep equioos v mat
19.3 Inst montaie equioos
19.4 Eiec. Exo filtrado
19.5 Analisis Quimico
19.6 lnfonne
D.- INFORME FINAL
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+
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3
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Nota: Cada + equivale a 2 semanas
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Proyecto 95.{)494
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D.- RESULTADOS
De acuerdo con los objetivos perseguidos por la investigacion de nuevas
tecnologias de produccion de acido fosforico refinado que Bifox Ltda. realizo en
el Ultimo tiempo, se obtuvieron los siguientes resultados para las diferentes etapas
de purificacion investigadas tmto en laboratorios como ratificados en planta
piloto:
1.-
ETAPA DE LIXIVIACION:
RESULTADOS
En lixiviacwn:
1.1
1.2
1.3
Es po sible lixiviar la ro(:a fosforica de Bahia Inglesa con acido sulfi'uico
producido a partir de los gases de las fundiciones de cobre del pais.
El acido fosforico sucio producido, contiene impurezas tales como AI, Fe,
Ca, S04, Mg, Na, K, Cl, F, Si, Cr, que es necesario eliminar.
Para una roca fosforica del tipo de la de Bahia Inglesa, tercera region de
Atacama, se obtuvieron los siguientes parametros tanto en laboratorio como
a escala piloto, que penniten una buena y rapida lixiviacion del fosforo de
la roca y su transfonnaci6n en acido fosforico no refinado:
• Ley del mineral:
18,5% P205
• Granulometria:
100% bajo 10# Ty
• Aglomeracion:
Pellet de 4 a 20 mm de diametro
• Concentracion del acido de curado: 50 - 75% (P/v)
• Tiempo de curado: 2 - 4 <lias
• Altura de pilas:
Inferior a 2,2 mt.
• Solucion de regado: 40 - 65% (P/v)
• Tiempo de regado: hasta 180 dias
• Tipo de goteros:
Netafin 0 Globert
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Proyecto 9S.()494
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• Tasa de riego:
5 - 15 mI/minlgotero
• Disposici6n de goterm:: Lineal cada 1 mt.
• Disposici6n de aspersores: de corono traslapadas
Con la investigaci6n se determin6 que con los parametros optimizados indicados
es posible producir un acido fosf6rico industrial comercial, con una recuperaci6n
metalfugica del P205 de a 10 menos del 60% y pudiendo alcanzar hasta 78%, 10
que hace muy atractiva esta tecnica de lixiviaci6n en pilas, desde el punto de vista
econ6mico.
En Purijieacion del deido /osfilrieo sueio (industrial):
Para la eliminaci6n de las impurezas tales como AI, Fe, Ca, S04, Mg, Na, K, CI,
F, Si, Cr, etc, contenidas en d acido fosf6rico sucio, industrial producido por
lixiviaci6n se comprob6 en las investigaciones realizadas a escalas laboratorio y
piloto, que es factible tecnicamente usar resinas de intercambio i6nico, bajo las
siguientes condiciones:
•
Se debe mezclar el acido fosf6rico sucio con algim tipo de silicato y un
alcohol, los cuales reaccionan con las impurezas formando complejos que
precipitan en el seno del Jiquido y los cuales pueden ser extraidos mediante
cualquiera de los metodos tradicionales de separaci6n tales como filtrado,
centrifugaci6n, por densidad, etc... EI alcohol en exceso que pudiera quedar
en la soluci6n de acido fosf6rico puede ser separado por destilaci6n.
• Una vez eliminada gran parte de las impurezas del acido fosf6rico con el
silicato y el alcohol, es posible entonces pasar este acido semi-puro por
cualquier tipo de resina de intercambio i6nico (cati6nica y ani6nica)
Los parametros de operaci6n t:stan definidos por los tipos de impurezas que aim
queden en el acido, su concentraci6n y la capacidad de la resina.
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Proyeclo 9S.{)494
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Si el acido fosforico semi-puro solo contiene iones S04 entonces se debe usar una
resina amionica. Si los iones pr'esente son AI, Fe, Ca, Mg, K, Na, Si, etc entonces
se requiere usar una resina cationica.
La mayoria de las fabricas de resina, tales como Rohm and Haas y DOW
producen resinas aptas para purificar acido fosforico.
Pata determinar el tipo optimo de resina se debe entregar aI fabricante las
caracteristicas completas del ac:ido fosforico a purificar indicando exactamente la
cantidad y tipo de impurezas que contiene.
En las experiencias a escalas laboratorio y piloto realizadas por Bifox Ltda., con
las resinas RH fue posible obtener un acido con las siguientes caracteristicas:
• Contenido de Alurninio:
0 - 10 ppm
• Contenido de Fierro:
< 10 ppm
• Contenido de Magnesio:
< 10 ppm
• Contenido de Potasio:
< 10 ppm
• Contenido de fluor:
< 20 ppm
DecoloraciOn:
Una vez eliminadas las impurezas ionicas, ailll queda por extraer los compuestos,
especialmente carbonados (TOC), que producen el color marron-verde del acido.
Se investigo tanto a escala laboratorio como escala ·piloto el uso del carbOn
activado como elemento extrac:tante del color.
Se utilizo en las pruebas carbon activado de DEGUSA y de NORlT, tanto en
polvo como granulado y se encontraron los siguientes parametros de disefio
operacional:
• Concentracion del acido fosforico a a1imentar: 10 - 68 % P205
• Tipo de carbOn: DGA
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Proyecto 95-M94
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• Temperatura de trabajo: lOo,~ - 60°C
• Metodo: Columnas en serie segUn isotermas de absorci6n.
• Raz6n de flujo: 3 gpmltf - 5 gpmltf
Con estos panimetros es posible producir un acido fosf6rico diluido libre de
impureza e incoloro apto para uso en la industria como un acido refinado.
El consumo de carb6n activado minimo obtenido, alcanza a 30 libras/tonelada de
acido para disminuir el TOC desde 600 a 40 - 50 ppm con 2 a 4 regeneraciones y
siempre que la concentraci6n ~;ea inferior a 60% de P205 y la temperatura del
acido inferior a 70°C.
Filtrado:
El acido fosf6rico pasado por rl~sina y carbOn aful contiene un porcentaje variable
de s61idos en suspensi6n.
Las pruebas con, por ejemplo tela acrilica punzante como elementos filtrante, fue
la que entreg6 los mejores resulltados de alimentaci6n de los s61idos en suspensi6n
alcanzando un producto con menos del 0,5% de s6lidos los cuales tienen un
tamaiio menos a 5 micrones.
Concentracion por evaporacUin solar:
Dada las excelentes condiciones climaticas del producto de Chile y en Bahia
Inglesa, se investig6 ademas el uso de la radiaci6n solar, la fuerza e61ica y la
temperatura ambiente para concentrar las soluciones de acido fosf6rico en sus
diferentes etapas de producci6n.
La tasa de evaporaci6n promedio diario lograda fue de 0,2 a 4 Itlm2 dia, con 10
cual se puede obtener un fuertl~ ahorro de energia debido a que el acido fosf6rico
producido por la lixiviaci6n tiene una concentraci6n menor a 20% de P205.
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Proyecto9S.{)494
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El producto final debe tener una. concentraci6n mayor a 50% de P205.
Para producir una gran evaporaci6n es necesario construir piscinas revestidas en
PEAD en lamina de 2 mm de espesor.
No obstante la ayuda de la evaporaci6n solar parcial del agua contenida en la
soluci6n de acido fosf6rico debil, siempre sera necesario aplicar una
concentraci6n final comercial via la evaporaci6n forzada con evaporadores de
simple y doble efecto de amplio uso en la industria quimica.
E.- IMPACTOS DEL PROYECTO
La investigaci6n desarrollada por BIFOX LTDA. Ie permiti6 obtener una
metodologia para purificar acidio fosf6rico sucio producido por via hfuneda.
En base a los resultados obtenidos por esta investigaci6n de proceso, Bifox Uda.
decid.i6 implementar un proye(:to productivo a escala comercial construyendo una
planta de purificaci6n de todo el acido fosf6rico sucio que esta empresa produzca
en su planta de <icido fosf6rico industrial (sucio) ubicada en la Mina de fosfato de
Bahia Inglesa.
El proyecto de purificaci6n dd acido fosf6rico industrial consiste en transformar
las 2000 ton/ano de P205 en 8.cido refinado, grado USP, que tiene un mayor valor
comercial que el acido industrial.
En una segunda etapa se pn!tende expandir la producci6n de acido fosf6rico
refinado a 4000 ton/ano 10 qm: permitira satisfacer el mercado nacional y exportar
la diferencia, especialmente a los paises vecinos que no producen este acido.
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Proyecto 954194
I
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La planta de purificacion tendni por objetivo eliminar impurezas tales como el
aluminio, fierro, magnesio, potasio, calcio, sodio, sulfato, fluor, cadmio, cobre,
plomo, mercurio, niquel, cromo, vanadio y arsenico, elementos que aunque
existen en el acido fosforico Industrial en pequeftas cantidades, no afectan su
caJidad como fertilizante.
Para transformar el acido fosfi'>rico en grado USP deben ser eliminadas dichas
IIDpurezas.
Se estima que se obtendran como minimo un aumento del precio de unos 250
US$/ton de P205, con respecto al acido industrial, 10 que significa obtener un
precio neto de venta para el acido refinado de 1500 US$/ton de P205.
La inversion adicional para implementar una planta de refinacion de 4000 tonlafio
de P205, alcanzara una cifra aproximada de US$I,4 millones en val ores del afio
1995.
Los costos de operacion marginales para purificacion se estiman en 60 US$/ton
P205.
El precio del acido sulfUrico, plIDcipal materia prima, se estima en 40 US$/ton.
La rentabilidad sobre eJ capital propio se estimo en 54%, con un VAN del orden
de US$6 millones, descontado <el 10%.
El aumento de produccion a 4000 tonlafio de P20S es factible por el hecho que el
mercado del acido fosforico refinado es mucho mas ampJio que el del acido
industrial.
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Proyecto 9S.()494