Acido Fosforico

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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior Universidad Experimental Francisco de Miranda Núcleo “El Sabino” Punto Fijo Estado Falcón Unidad Curricular: Química Industrial ÁCIDO FOSFORICO Integrantes Calzadilla Luis CI: 24.425.174 Coutinho Domingo C.I: David Michelle CI: 24.165.689

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Definicion, propiedades, plantas productoras en Venezuela y el exterior, procesos de via humeda y seca.

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República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación Superior

Universidad Experimental Francisco de Miranda Núcleo “El Sabino”Punto Fijo Estado Falcón

Unidad Curricular: Química Industrial

ÁCIDO FOSFORICO

Integrantes

Calzadilla Luis CI: 24.425.174Coutinho Domingo C.I:

David Michelle CI: 24.165.689Dodero Giorgina CI: 24.595.310

Martinez Mirko CI:

Punto Fijo, Febrero del 2016

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Introducción

Las rocas fosfóricas son la materia prima inicial para la fabricación de fósforo, fertilizantes y ácido fosfórico.

La roca fosfórica finamente molida puede aplicarse directamente en suelos ácidos lográndose una solubilidad parcial del fosfato en largos períodos de tiempo.

La solubilidad de los fosfatos aumenta al hacerse más ácidos. En la roca fosfórica se tiene fosfato tricálcico, Ca3(PO4)2, insoluble en agua. Al atacar el fosfato tricálcico con ácido se introducen iones hidrógeno, el Ca3(PO4)2 pasa, sucesivamente, a monoácido (CaHPO4), diácido(Ca(H2PO4)2) y a ácido fosfórico(H3PO4); cada vez más solubles en agua.

Los fertilizantes normales, superfosfatos y triplefosfatos, se preparan por ataque de la roca fosfórica con ácido sulfúrico y ácido fosfórico. La masa sólida resultante se muele y se aplica a los cultivo.El ácido fosfórico se prepara por ataque ácido de la roca fosfórica y posterior filtración del residuo sólido. También se puede preparar por combustión del fósforo elemental seguida de absorción en agua del pentóxido de fósforo formado.

Del total de ácido fosfórico producido, un 90% se consume en la fabricación de fertilizantes, un 4,5% en detergentes, un 3,5 % en alimentos de animales, un 1% en alimentos humanos y el resto en usos varios.

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Definición:

El ácido fosfórico puro, H3PO4, es una sustancia cristalina delicuescente, ligeramente coloreada de fórmula química H3PO4, ácido que constituye la fuente de compuestos de importancia industrial llamados fosfatos. Además de formar parte de numerosos compuestos orgánicos (ácidos nucleicos, fosfolípidos, azúcares, etc.) también se encuentra en forma libre, aunque en pequeña proporción. Su sistema internacional de numeración es E-338. Normalmente, el ácido fosfórico se almacena y distribuye en disolución. Se obtiene mediante el tratamiento de rocas de fosfato de calcio con ácido sulfúrico, filtrando posteriormente el líquido resultante para extraer el sulfato de calcio. Otro modo de obtención consiste en quemar vapores de fósforo y tratar el óxido resultante con vapor de agua. El ácido es muy útil en el laboratorio debido a su resistencia a la oxidación, a la reducción y a la evaporación.

Propiedades físicas y químicas:

Este compuesto puede presentarse en diferentes estados físicos dependiendo de la temperatura y de su pureza. A 20 °C, el ácido fosfórico a una concentración entre 50 y 70% es un líquido transparente móvil; a una concentración de 85% es un líquido viscoso transparente incoloro o ligeramente amarillento; y a una concentración del 100% es un sólido higroscópico e inestable, formado por cristales ortorrómbicos. No tiene olor. Su punto de ebullición es igual a 213 °C y su punto de fusión de 42.35 °C. Su densidad específica es de 1.8741 g/cm3 a 25 °C y su pH de 1.5. Es muy soluble en agua caliente (548 g/100 mL). Su presión de vapor es igual a 4 Pa (0.0285 torr) a 20 °C. Su pH es de 1.5. Forma tres tipos de sales: fosfatos primarios, dibásicos y tribásicos. Actúa como un agente quelante. Corroe a los metales ferrosos y a sus aleaciones. Reacciona con los metales para formar hidrógeno gaseoso inflamable. Se descompone a temperaturas por debajo de su punto de ebullición y al contacto con alcoholes, aldehídos, cianuros, cetonas, fenoles, ésteres, sulfuros, mercaptanos y compuestos orgánicos halogenados. Cuando se quema forma vapores tóxicos de óxidos de fósforo.

Yacimientos importantes de rocas fosfóricas en Venezuela

En el Recinto (Estado Falcón) En Ureña (Estado Táchira)

También hay otros yacimientos en el estado Mérida (Se encuentra una importante faja de roca fosfática que se extiende por más de 70 Km., desde Jají hasta Las Hernández, atravesando las áreas de Chiguará y Zea). En el estado Zulia con un intervalo ubicado en la zona oriental de la Sierra de Perijá, se extiende desde la Quebrada La Luna, al oeste de la Villa del Rosario, hasta el pueblo de Los Ángeles del Tocuco, a lo largo de una faja de 75 Km.

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Plantas productoras de ácido fosfórico a nivel nacional e internacional

Nacionales:

Complejo Servefertil filial de PDVSA. Tripoliven C.A

Internacionales:

Alquimica (México) Ecoquimicos (México) Fox (Colombia) Dalibert International (Estados Unidos) Simplot (Wyoming- Estados Unidos)

Materia Prima:

Se denomina roca fosfórica al producto obtenido de la extracción de una mina y del procesamiento metalúrgico subsiguiente de los minerales fosfatados. Además del mineral fosfatado principal, los depósitos de roca fosfórica también poseen minerales accesorios e impurezas llamados «ganga». Si bien cantidades importantes de los minerales accesorios y de las impurezas son eliminadas durante el proceso de beneficio, el mineral beneficiado siempre contiene algunas de las impurezas originales. Tales impurezas incluyen sílice, minerales arcillosos, calcita, dolomita y óxidos hidratados de hierro y aluminio en diversas combinaciones y concentraciones, algunos de los cuales pueden tener una influencia profunda en la eficiencia de la roca fosfatada utilizada para la aplicación directa. Roca fosfórica es el nombre común comercial de unos 300 fosfatos de diferentes calidades en conocidos en el mundo.

Las rocas fosfóricas pueden ser utilizadas ya sea como materia prima para la fabricación industrial de los fertilizantes fosfatados solubles en agua o bien como fuentes de fósforo para la aplicación directa en la agricultura.

También se puede preparar por combustión del fósforo elemental seguida de absorción en agua del pentóxido de fósforo formado, pero el fosforo elemental se presenta en 2 variedades alotrópicas: fósforo blanco y fósforo rojo. Calentando hasta 400oC,en forma programada, el fósforo blanco se convierte en fósforo rojo. El fósforo blanco es altamente reactivo, arde en contacto con el aire. El fósforo rojo es prácticamente inerte al medio ambiente normal.

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Procesos de obtención:

El ácido fosfórico es producido industrialmente por dos procedimientos:

- Vía húmeda- Vía seca

El ácido producido por vía húmeda es barato, pero es impuro, se emplea preferentemente en la producción de fertilizantes y productos químicos de consumo no humano o animal. El ácido producido en hornos eléctricos es mas caro, pero es puro y en su producción puede emplearse minerales con bajo contenido de P2O5, se usa principalmente en la manufactura de reactivos, insumos para la industria alimenticia y productos de limpieza.

Vía seca:

Formación del ácido a partir de fósforo elemental. Este consta de los siguientes pasos:

1. Combustión del Fósforo

2 P+5O2→2 PO52. Hidratación del P2O5 resultante:

P2O5+3H 2O→2H3 PO4

3. Recogida de los humos. Precipitador electroestático

Vía húmeda:

Existen a nivel mundial varias tecnologías para esta variante de obtención de H3PO4.

• Rhone Poulene: consta de 1 reactor con agitador central y con baffles, existe una adición de H2SO4 en diversos puntos a través de dispersión. No posee sistema de recirculación.

• Prayon: consta de un único reactor dividido en tres diferentes secciones. Consta con varios agitadores en cada sección y la adición de H2SO4 normalmente se realiza en las 2 primera secciones.

• Siape: se recomienda para rocas de alto contenido de carbonatos donde se utiliza la emisión de CO2 como medio de agitación y conducción de fluido. Consiste en un reactor con un cilindro interno donde se adiciona el H2SO4, acido de reciclo y la roca.

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Descripción del proceso

Se introduce a la molienda el cual su función es el de disminuir el tamaño de los cristales de roca fosfática

Control del tamaño del cristal

• Más gruesos: quedaría roca sin atacar por efectos del tiempo de residencia en los reactores y la formación de capas de yeso sobre la superficie de la roca que impedirían la reacción completa.

• Más finos: alterarían el equilibrio por formación de cristales irregulares al focalizarse zonas de alta acidez libre y otras bajas.

Reactor: Su función es la de producir ácido fosfórico a través de la roca fosfática y el ácido sulfúrico. Volumen del Reactor 1: 150 m3 Volumen del Reactor 2: 90 m3

Volumen del Reactor 3: 105 m3

Filtración: Se separa el lodo proveniente de reacción, en yeso dihidratado y ácido fosfórico del 28% de P2O5.

Variables: Espesor de la torta del filtro, caudal de agua de lavado, temperatura del agua de lavado.

Rendimiento de los yesos

1. P 2O5 soluble: Rango permitido de operación (0,10 – 0,15) %.

2. P 2O5 insoluble: Rango permitido de operación (0,30 – 0,40) %.

3. Humedad final del yeso efluente del filtro :

• No removible de la molécula SO4Ca.2H2O

• Resultante del lavado en rango permitido de (30 – 40) %.

Tratamiento químico: Efectuar un tratamiento químico al ácido fosfórico a fin de hacerlo apto para el consumo de la planta de polifosfatos.

Evaporador: Aumentar la concentración de ácido fosfórico producido de 28% P2O5 hasta una concentración deseada de 54% P2O5. Capacidad máxima: 3,75 TM de H3PO4 al 54% de P2O5 por hora equivalente a 90 TMD. Condiciones operativas:Presión y temperatura del vapor saturado:130 psi y 180ºC. Temperatura del ácido en el cono: (76-80)ºC Temperatura en el intercambiador: (100-110)ºC. Presión de vacío: (76-82) mmHg. Temperatura de agua fría: (30-32)ºC. Temperatura de agua caliente: (40-42)ºC

Emisiones Gaseosas en los Reactores: Los gases generados en la reacción están formados principalmente por tetrafluoruro de sílice el cual reacciona con agua para formar ácido fluorsilicico en solución y oxido de sílice. Los gases desprendidos por el sistema contiene: aire, CO2 , vapor de agua, tetrafluoruro de

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sílice, trazas de HF y P2O5,en forma de niebla. El agua rociada dentro del sistema del venturi (lavado de los gases y extracción a la atmósfera), reacciona con los compuestos fluorados, reduciendo la emisión a la atmósfera.

Los dos procesos permiten el uso de la materia prima con la que cuenta la empresa y trabajan con equipos de diseño convencional, así que se debe evaluar la relación de costos de producción de los procesos para determinar un criterio que permita la elección de un proceso de producción de ácido fosfórico.

Otros procesos industriales

Cristalizando el sulfato de calcio como hemihidrato o como dihidrato, o combinando las dos cristalizaciones, se han diseñado diferentes procesos de fabricación de ácido fosfórico, que pretenden una máxima recuperación de P2O5 y una máxima concentración del producto.

1.-Dihidrato(DH).- Proceso convencional de una etapa para producir H3PO4

de 28 a 30% en P2O5.

2.-Hemiihidrato(HH).- Proceso en una etapa para producir H3PO4 de 40 a 50% en P2O5.

3.-Hemiihidrato recristalización a dihidrato (HH/RCDH).- Proceso en una etapa, cristalización de hemihidrato, inmediata conversión a dihidrato seguida de filtración, producción de H3PO4 de 30 a 32% en P2O5.

4.-Di-hemihidrato (DH/HH).- Primera etapa: formación del dihidrato, filtración, producción de H3PO4 32 a 35% en P2O5. Segunda etapa: residuo sin lavar, conversión de di a hemihidrato y lavado en contra corriente.

5.-Hemi-dihidrato (HH/DH).- Primera etapa: formación de hemihidrato, filtración, producción de H3PO4 de 46 a 52% en P2O5. Segunda etapa: el residuo sin lavar se recristaliza a dihidrato, filtración y lavado.

Aplicaciones y usos

Grado técnico

Este ácido fosfórico tiene un aspecto líquido transparente y se provee comercialmente en concentraciones del 75%, 80% y 85%. Sus principales aplicaciones son:

• Tratamiento de metales: Fosfatado de metales y abrillantado de aluminio.

• Detergencia: Limpiadores de tipo ácido.

• Tratamiento de aguas: Aporte de fósforo en aguas residuales industriales (plantas biológicas).

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• Química: Obtención de fosfatos metálicos.

Purificado

El ácido fosfórico purificado tiene un aspecto líquido transparente, ligeramente amarillento y se maneja comúnmente en concentraciones de 54% P2O5 (75% H3PO4). Sus principales aplicaciones son:

• Abonos: Complejos líquidos y en suspensión. Fertirrigación y abonos foliares.

• Química: Regulador del pH. Fabricación de fosfatos.

Otras aplicaciones

El ácido fosfórico se utiliza en la preparación de abonos y en el riego por goteo. Es además el punto de partida para la obtención de fosfato mono amónico, usado en fertirrigación y en abonos foliares. Se utiliza para el blanqueo del caolín, mediante la reducción y posterior eliminación de los iones férricos presentes en el mineral.

Impacto ambiental

Puede transportarse en el aire en forma de neblina. Cuando es liberado en el suelo, puede disolver algunos de los minerales, en particular los carbonatos. Su acidez es neutralizada en cierto grado por la adsorción de los protones (H+) a las partículas; sin embargo, cantidades significativas de ácido permanecen libres y pueden lixiviarse hasta el manto freático (sobre todo cuando está diluido porque es menos viscoso), en el cual se mueven siguiendo la dirección del flujo del agua subterránea. Forman una pluma de contaminación que, con el tiempo, dispersa y diluye la concentración de ácido. Los fosfatos también quedan adosibidos en el suelo. Cuando es liberado en los cuerpos de agua natural, su acidez (H+) es neutralizada por los minerales disueltos responsables de la dureza del agua, pero los iones fosfato pueden persistir indefinidamente. No se espera que los fosfatos se bioacumulen en la mayoría de las especies acuáticas. Es tóxico para peces, en concentraciones subletales reduce la actividad de nado de estos organismos.

Produce efectos tóxicos agudos y crónicos moderados en la vida acuática en cuerpos de agua con baja alcalinidad. A concentraciones del 15 a 20% destruye el follaje de las plantas, incluyendo a chícharo, frijol, betabel, canola y malezas. Tiene actividad fungicida, herbicida y microbicida.

Siendo un fertilizante, al entrar en contacto con el medio ambiente se pueden observar los efectos característicos de este tipo de productos. Presenta una gran movilidad al ser totalmente soluble en agua. Si no es usado uniformemente en pasturas como fertilizante, podría ser tóxico para animales domésticos. El producto no es biodegradable. Altos niveles de urea pueden ser tóxicos para la vida acuática

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Conclusión

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El ácido fosfórico se obtienen por lo general de las rocas fosfóricas pueden ser utilizadas ya sea como materia prima para la fabricación industrial de los fertilizantes fosfatados solubles en agua o bien como fuentes de fósforo para la aplicación directa en la agricultura.

El ácido fosfórico es utilizado ampliamente en la gama de fertilizantes, industrias petroquímicas, tratamiento de metales, abonos y detergentes entre otros, provocando un impacto en las especies acuáticas debido a los residuos que contienen el mismo cuando es desechado en aguas, y ocasiona problemas ambientales como el esparcimiento de gases perjudiciales para la salud en el proceso de obtención vía seca cuando está en la etapa de combustión