UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
PROCESO INDUSTRIAL DEL ÁCIDO FOSFÓRICO A
PARTIR DE LA ROCA FOSFÓRICA
EXPOSITORES:
NUÑEZ CAVERO CARMEN YANET
RODRIGUEZ MORI SONIA
ULTIMA VERDE LIZBETH
PAIRAZAMAN NOMBERTO PAMELA
CCARI GUZMAN MARTIN
RECURSOS NATURALES ORGÁNICOS
POTENCIALES DE EXPLOTACIÓN
La roca fosfórica (Apatito)
Se denomina roca fosfórica, a las unidades litológicas y
compuestos químicos que presentan alta concentración
de minerales fosfatados por procesos naturales,
usualmente de la serie apatito – francolita, es también
el producto obtenido de la extracción de una mina y del
procesamiento subsiguiente de los minerales fosfatados
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La apatita se encuentra en vetas
hidrotermales, pegmatitas y caliza
metamórfica además de sedimentos donde
se produce a partir de depósitos
orgánicos. Uno de los mayores
yacimientos se encuentra en el Sáhara
Occidental y la mina Julcani zona Estela
(Huancavelica - Angaraes - Lircay).
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El fósforo
El fósforo es un elemento químico de número
atómico 15 y símbolo P. Es un no
metal multivalente perteneciente al grupo del
nitrógeno (Grupo 15 (VA): nitrogenoideos)
que se encuentra en la naturaleza combinado
en fosfatos inorgánicos y en organismos
vivos pero nunca en estado nativo. Es muy
reactivo y se oxida espontáneamente en
contacto con el oxígeno atmosférico
emitiendo luz.
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DEFINICIÓN OPERACIONAL DEL
PROCESO ORGANICO EN ESTUDIO
Ácido fosfórico.- líquido transparente, incoloro e
inodoro irritante para la piel y los ojos,
moderadamente toxico en caso de ingestión.
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Apatita
Es un mineral con cristales hexagonales y dureza 5
en la escala de Mohs. Su composición química
aproximada es Ca5(PO4)3(F,Cl,OH). El color es
variable aunque predominan los cristales incoloros,
de color parduzco o verdoso.
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PROPIEDADES FÍSICAS y QUÍMICAS DE LOS
MATERIALES DE PROCESAMIENTO INDUSTRIAL
ORGANICO
Propiedades físicas del ácido fosfórico
Estado de agregación
Sólido blanco o incoloro, líquido
viscoso (>42 °C)
Densidad
1685 kg/m3; 1,685 g/cm3
Masa molar
Punto de fusión
Punto de ebullición
98.00 g/mol
315 K (42 °C)
431 K (158 °C)
Presión crítica
Presión de vapor
Solubilidad en agua
Q atm
20 °C: 4
Muy elevada
Propiedades químicas del ácido fosfórico
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Acidez
2.12, 7.21, 12.67 pKa
Solubilidad en agua
Miscible
Propiedades físicas de la apatita
Color: Variable (incoloro, parduzco,
verdoso)
Lustre: Vítreo o grasiento
Transparencia: Transparente a opaco
Sistema cristalino: Hexagonal
Densidad: 3.2 g/ml
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PROCESO ISOTÉRMICO PARA FABRICACIÓN DE
ÁCIDO FOSFÓRICO POR VÍA HÚMEDA.
(Swenson – Gulf)
El proceso húmedo produce ácido fosfórico por la
acción de ácido sulfúrico sobre roca fosfórica
acompañada por la precipitación de sulfato de
calcio. La solución resultante de ácido es separada
del precipitado de yeso por filtración y luego se
concentra mediante evaporación.
La eficiencia del ácido fosfórico es del 95% respecto
a la siguiente reacción:
Ca10F2(PO4)6 + 10H2SO4 + 20H2O à 10CaSO4·2H2O
+2 HF + 6H3PO4
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PROCESO DE HORNO DE ARCO ELÉCTRICO
En este proceso la roca fosfórica es reducida a fósforo
elemental por la acción de coke y calor en presencia de arena.
Luego se oxida con aire a pentóxido de fósforo y enseguida
por hidratación se logra ácido fosfórico.
Las reacciones que describen el proceso son:
2Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10C -> P4 + 10CO + 6CaSiO3
P4 + 10CO +10O2 -> 2P2O5 +10CO2
2P2O5 + 6H2O -> 4H3PO4
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PROCESO ISOTÉRMICO PARA FABRICACIÓN DE
ÁCIDO FOSFÓRICO POR VÍA HÚMEDA.
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DIAGRAMA DE BLOQUES
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REACCIONES QUÍMICAS DEL PROCESO
Superfosfato normal
La roca fosfórica es insoluble en agua, y por lo tanto el fósforo no
se encuentra disponible para uso agrícola. Si se aplica al suelo
directamente roca fosfórica finamente molida hay una lenta
conversión del fósforo a una forma soluble, dependiendo de la
acidez y naturaleza del suelo.
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Superfosfato Triple
Aun cuando el ácido sulfúrico es el reactivo más barato que se puede
emplear para acidular la roca, tiene una desventaja; el P2O5
disponible en el producto es aproximadamente del 20% debido a las
grandes cantidades de sulfato de calcio que se forman en la reacción.
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REACCIONES QUÍMICAS
DERIVADAS
En muchas rocas comunes, el flúor se halla en exceso al
requerido por la fórmula de la fluorapatita.
Se supone que este exceso de flúor está presente como
CaF2, el cual reacciona con el ácido sulfúrico de acuerdo con
las ecuaciones siguientes
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CONDICIONES DE PROCESO
A 44°C el H3PO4 de 70 a 78%, reacciona bastante rápido con
la roca fosfórica, formando la pasta al cabo de 3 o 4 minutos
después de la mezcla. Se obtiene así un proceso continuo
para la fabricación del superfosfato triple.
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MECANISMO DE REACCION DE LA
REACCION PRINCIPAL DEL PII
La disolución de la roca fosfatica puede expresarse
mediante la ecuación:
Ca10(PO4)6F2 + 12H2O
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-
10Ca2+ + 6H2PO4 + 2F ˉ + 12OHˉ
TECNOLOGIA DE PURIFICACION
DEL PRODUCTO PRINCIPAL
El ácido fosfórico tal y como sale de la planta de
producción (de color negro y con gran cantidad de
ácido fluorhídrico disuelto y materia sólida en
suspensión) no puede ser usado como materia
prima para la fabricación de determinados fosfatos,
para lo que se empleaba hasta hace pocos años el
ácido fosfórico vía térmica. Se hace precisa
su purificación, que generalmente comprende tres
etapas.
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La primera consiste en la eliminación de la materia
orgánica procedente de la roca (de los reactivos de
la flotación a que, generalmente, se la somete
para concentrarla hasta el nivel comercial del 32%
aprox. de P2O5) y de los aditivos antiespumantes
que a veces hay que añadir en las cubas de
ataque. El tratamiento más utilizado consiste en
la floculación mediante adición de los convenientes
agentes floculantes (activos en
medios fuertemente ácidos) y posterior
decantación. Los lodos separados se reciclan a
la corriente de alimentación al filtro, con el fin de
no perder el P2O5 que les acompaña
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La segunda es la eliminación de los sulfatos
presentes como resultado del exceso de dicho
ácido en el ataque. Se consume añadiendo roca
fosfórica finamente molida que, además de
producir yeso, proporciona núcleos de cristalización
al yeso y a determinados fosfatos en estado
metaestable de solución. La tercera tiene por
objeto la eliminación del ácido fluorhídrico disuelto,
para lo que se adiciona sílice, formándose SiF4
gaseoso, que se puede arrastrar con aire.
Contenidos muy bajos de flúor exigen la adición de
pequeñas cantidades de sosa, para precipitar
elNa2Si4F6. Finalmente se separan los sólidos
mediante centrífugas decantadoras, obteniéndose
un ácido verde limpio
IMPACTO AMBIENTAL EN LA
PRODUCCIÓN DE ÁCIDO FOSFÓRICO
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Algunos problemas ambientales se pueden generar a partir
del uso de fertilizantes fosfatados. En particular ellos son la
Eutroficación y la acumulación de metales pesados.
La acumulación de metales pesados se debe a que la roca
fosfórica que se emplea en la producción del fertilizante,
contiene metales pesados. Por ejemplo el Cadmio es un
metal que se encuentra en ciertas cantidades dependiendo
del tipo de roca (origen).
Según el proceso de fabricación del fertilizante, se tendrá un
mayor o menor grado de metales pesados en el producto. Al
agregar a los suelos los fertilizantes, dichos metales se
acumulan con el tiempo generando depósitos que son
indeseados.
APLICACIÓN INDUSTRIAL Y
TRATAMIENTO DE DESECHOS
> Ácido fosfórico como grado agrícola
Ácido fosfórico como grado técnico:
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CASOS PROBLEMÁTICOS DE INTERÉS
INDUSTRIAL
> Los fosfatos se usan abundantemente
como fertilizantes porque el fósforo es
un nutriente indispensable para el
crecimiento de las plantas. Esta
utilización masiva de fertilizantes
puede conducir a la contaminación por
fosfatos de lagos, estanques y arroyos,
provocando
una
explosión
de
crecimiento de plantas, especialmente
algas. Las algas consumen el oxígeno
del agua, llegando a morir los peces.
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