Lección 11. 11. Ácido fosfórico ( Vía húmeda) http://datateca.unad.edu.co/contenidos/40154/!"#$%#&' "%#L&#%/*eccin11cidofosfrico+ahmeda.htm* El producto principal derivado de la roca fosfórica es el ácido fosfórico, que se produce masivamente por ataque directo de aquella con otro acido mas fuerte: sulfúrico, clorhídrico o nítrico, según procesos vía húmeda. El proceso por vía húmeda más usual es el que utiliza ácido sulfúrico para el ataque de la roca fosfórica, mas que los que emplean ácido clorhídrico o nítrico, pues el sulfato cálcico formado es mucho mas insoluble y, por tanto, fácil de separar que el cloruro y el nitrato. egún la temperatura de la reacción de ataque, que es fuertemente e!ot"rmica y la concentración del ácido, el sulfato cálcico puede precipitar en forma de dihidrato #yeso$, hemihidrato o anhidrita. %a&#'()$*+ & -() / * -*'() & %a() 0 -+ 1 3.1 Proceso Proceso dihidrato dihidrato: El proces proceso o conven convencio cional nal consta consta de tres tres seccio secciones nes principales: el ataque, donde tiene lugar la reacción sólido2líquido3 la filtración, para separar el yeso del acido producido3 y la concentración, en la que se lleva esta al &2&)4, con la que se almacena. El ataque se lleva a cabo en continuo en uno o varios reactores agitados, en los que se dosifica roca fosfórica con la granulometría adecuada #previamente debe ser molido, hasta conseguirla$.
+igura &. 'roceso dihidrato obtención ácido fosfórico .
5omado de http:66777.vichemgroup.com
5ambi"n se dosifica el ácido sulfúrico, previamente diluido hasta una concentración conveniente. 8a temperatura debe mantenerse alrededor de 9&% y la concentración del ácido fosfórico resultante en el *;4 ' (&, con lo que se forma el dihidrato.
3.2 Procesos hemihidrato y anhidrita : 8a formación del sulfato cálcico hemihidrato en presencia de ácido d"bil #del orden del *;4 ' (&$ obliga a subir la temperatura en el ataque hasta casi <;;%, con graves problemas de corrosión, eliminando el enfriamiento evaporativo #=flash cooling>$. ?l no evaporarse agua por laminación al vacío, debe aumentarse la concentración del ácido sulfúrico, buscando el balance de agua para conseguir la mencionada concentración de acido.
i la concentración de ácido introducido en la cuba de ataque es del @A,B4 m.h. #es decir, la misma a la que se produce, sin dilución$, la concentración del ácido fosfórico resulta del orden del );2)&4 de ' (& y la temperatura necesaria para que el sulfato cálcico precipite como hemihidrato es del orden de 9&2B;%, sin corrosiones e!cesivas.
e consigue enfriar, barboteando aire a trav"s del acido, con lo que se elimina gran cantidad de ácido fluorhídrico, que es arrastrado.
8a meCora del rendimiento del proceso hemihidrato puede conseguirse recristalizando el sulfato cálcico filtrado a temperatura mas baCa en presencia de ácido sulfurico #con lo que se completa el ataque$ y el hemihidrato pasa a dihidrato. 'or ello esta variante recibe el nombre de proceso hemi2di2hidrato y tiene la particularidad de que el yeso final obtenido es mucho mas puro y apto para su utilizacion posterior en la industria del cemento.
3.3 Proceso de horno de arco eléctrico : El proceso de horno el"ctrico se basa en el hecho de que la sílice tiene propiedades de ácido fuerte a temperaturas elevadas. i una mezcla de roca fosfórica, sílice y carbón se calienta a temperatura suficientemente alta, la sílice puede reemplazar al radical fosfato para formar un silicato de calcio, y el fósforo elemental puede destilarse de la mezcla reaccionante.
En este proceso la roca fosfórica es reducida a fósforo elemental por la acción de coque y calor en presencia de arena. 8uego se o!ida con aire a pentó!ido de fósforo y enseguida por hidratación se logra ácido fosfórico.
En detalle, la roca fosfórica es transformada por un horno donde es nodulizada para facilitar el escape de los vapores de fósforo en el horno el"ctrico y prevenir la entrada de polvo o finos que contaminen el vapor. El material crudo es clasificado según tamaDo y los finos son retornados al horno. El coque y la arena se unen y la mezcla es dirigida al horno el"ctrico. ?quí se encuentran tres electrodos de carbono que cuelgan y que se hallan conectados a corriente alterna trifásica. 8a sílice reacciona con la roca a temperaturas sobre los <;;% #en general se usa <*<&%$ para liberar pentó!ido de fósforo, que es reducido a fósforo elemental por medio del coque incandescente. 8a escoria y el ferrofósforo se colectan en el fondo del horno y periódicamente se eliminan mediante una purga. eneralmente la roca fosfórica posee impurezas, donde cerca de un ;4 de flúor presente en la roca tambi"n reaccionará, según la siguiente ecuación:
%a+ *i(
i+) %ai(*
→
+igura &*. 'roducción de ácido fosfórico por horno de arco el"ctrico . 5omado de http:66777.vichemgroup.com
El hierro y el aluminio presentes en la roca fosfórica serán convertidos a los correspondientes silicatos3 además, se obtienen alrededor de ;,;@ toneladas de ferrofósforo como subproducto por tonelada de fósforo producido.
8os gases del horno, fósforo y monó!ido de carbono, son retirados del horno por medio de un ventilador. 8uego se o!idan ambos gases uno a pentó!ido de fósforo y el otro a dió!ido de carbono por medio de una cámara de combustión. Enseguida los gases pasan a una torre empacada donde reciben un rocío con agua, donde se forma una niebla de ácido fosfórico y de ahí pasa a un precipitador electrostático #en general se usan tres$ de grafito #resistente a la acción del ácido fluorhídrico$ para remover cualquier resto de ácido fosfórico.
8os gases de escape de la torre son principalmente monó!ido de carbono. El ácido fosfórico crudo #A&4$ es generalmente purificado con ars"nico por acción de sulfuro de hidrógeno. egún las condiciones, el ácido puede ser purificado de impurezas tales como sales de calcio por medio de adición de ácido sulfúrico quien las precipitaría. El ácido fluorhídrico puede ser removido por adición de polvos de sílice. Fsualmente estos pasos tienen lugar antes de remover el ars"nico. %ualquier material en suspensión, sílice, sulfato de calcio o trisulfuro de ars"nico, se elimina pasando el ácido por un filtro de arena. El ácido de A&4 puede luego ser diluido en agua hasta un &;4.
8as reacciones que describen el proceso son: %a*#'()$ B i( <;% → ') <;%( B%ai(* ') <;%( <;( → '(& <;%( '(& B-( → )-*'() 8a reacción general es: %a*#'()$ *i( &% &( *-( →*%ai(* &%( -*'()
El rendimiento del fósforo es apro!imadamente de A9 al @4 de la cantidad presente en la roca.
