industria del fosforo

Capítulo 1 6

I n d u s t r i a d e l fósforo

E l e m p l e o d e f e r t i l i z a n t e s a r t i f i c i a l e s , d e ácido fosfórico y d e s a l e s d e f o s f a t o y s u s d e r i v a d o s h a a u m e n t a d o m u c h o , d e b i d o s o b r e t o d o a u n a promoción d e c o n s u m o i n s i s t e n t e e i n t e l i g e n t e p o r p a r t e d e l o s f a b r i c a n t e s y a g e n c i a s f e d e r a l e s . S i n e m b a r g o , a n t e s d e q u e s e l o g r a r a u n c o n s u m o c o m p l e t o d e e s t o s p r o d u c t o s t u v i e r o n q u e d e s a r r o l l a r s e mét o d o s d e producción más e f i c i e n t e s y m e n o s c a r o s . D u r a n t e l a s décadas r e c i e n t e s , l a s d i s t i n t a s fábricas d e f o s f a t o s h a n h e c h o rápidos a v a n c e s p a r a r e c o r t a r l o s c o s t o s , t a n t o d e producción c o m o d e distribución, l o q u e h a p e r m i t i d o q u e l o s ácidos f o s f o r o s o y fosfórico, así c o m o s u s s a l e s , s e e m p l e e n e n c a m p o s más v a s t o s , y s e h a l o g r a d o t a m bién l a introducción d e n u e v o s d e r i v a d o s . C o m p l e m e n t a n d o e l d e s a r r o l l o d e más e f i c i e n t e s i n d u s t r i a s d e l fósforo, t a n t o r e s p e c t o a s u s a n t i g u o s c o m p u e s t o s c o m o a l o s n u e v o s . E s t o s f o s f a t o s n o s o n s i m p l e s p r o d u c t o s químicos inorgánicos, c o m o s e suponía h a c e v a r i a s décadas, y s u e s t u d i o s e h a c o n v e r t i d o e n u n a r a m a única y c o m p l i c a d a d e l a química q u e algún día podría c o m p a r a r s e c o n l a s r a m a s d e l c a r b o n o (química orgán i c a ) o d e l s i l i c i o d e h o y . L a s p r o p i e d a d e s d e l o s p r o d u c t o s químicos d e l fósforo s o n únicas d e b i d o a l i m p o r t a n t e p a p e l q u e j u e g a e l fósforo e n m u c h o s p r o c e s o s bioquímicos, a l a c a p a c i d a d d e l o s p o l i f o s f a t o s p a r a a c o m p l e j a r o s e c u e s t r a r a m u c h o s c a t i o n e s m e tálicos, así c o m o a s u f l e x i b i l i d a d p a r a f o r m a r v a r i o s t i p o s d e polímeros orgánicos e inorgánicos.

H I S T O R I A . E l e m p l e o d e m a t e r i a l e s d e fósforo c o m o f e r t i l i z a n t e s s e p r a c t i c a b a i n c o n s c i e n t e m e n t e d e s d e m u c h o a n t e s d e l a i s l a m i e n t o y d e s c u b r i m i e n t o d e l fósforo p o r p a r t e d e l a l q u i m i s t a alemán B r a n d e n 1 6 6 9 . Y a e n 2 0 0 A . C . , l o s c a r t a g i n e s e s r e c o m e n d a b a n y e m p l e a b a n l a s d e y e c c i o n e s d e a v e s p a r a a u m e n t a r l o s r e n d i m i e n t o s d e s u s c a m p o s . L o s i n c a s d e Perú a p r e c i a b a n t a n t o e l g u a n o y l a s d e y e c c i o n e s d e l a s a v e s e n s u s i s l a s , q u e m a t a r l o s e r a u n a o f e n s a c a p i t a l . También e s t a m o s f a m i l i a r i z a d o s c o n e l u s o q u e d a b a n l o s i n d i o s a m e r i c a n o s a l p e s c a d o y a l o s h u e s o s e n s u s métodos e l e m e n t a l e s d e a g r i c u l t u r a . L o s h u e s o s y e l g u a n o s i g u i e r o n s i e n d o l a s p r i n c i p a l e s f u e n t e s d e fósforo y d e ácido fosfórico h a s t a después d e l a m i t a d d e l s i g l o X I X , p e r o e s t o s a b a s t e c i m i e n t o s e r a n y todavía s o n l i m i t a d o s . E n 1 8 4 2 s e otorgó u n a p a t e n t e británica a J o h n B . L a w e s p a r a e l t r a t a m i e n t o d e c e n i z a s d e h u e s o s c o n ácido sulfúrico. E s t a p a t e n t e marcó e l p r i n c i p i o d e u n a g r a n i n d u s t r i a d e l f o s f a t o ácido q u e s e convirtió e n l a b a s e d e l a i n d u s t r i a doméstica d e f e r t i l i z a n t e s e n E s t a d o s U n i d o s . P o c o después s e d e s c u b r i e r o n v a r i o s g r a d o s d e m i n e r a l e s d e f o s f a t o e n I n g l a t e r r a . P r i m e r o , éstos s e molían y s e a p l i c a b a n d i r e c t a m e n t e a l s u e l o . N o o b s t a n t e , p r o n t o s e reconoció q u e t r a t a n d o

3 1 6 M a n u a l de procesos químicos en la i n d u s t r i a

e s t o s m i n e r a l e s d e f o s f a t o c o n ácido sulfúrico s e a u m e n t a b a l a d i s p o n i b i l i d a d y l a e f i c i e n c i a d e l f o s f a t o c o n f i n e s agrícolas. E n l a a c t u a l i d a d , l a acidulación c o n ácido nítrico o c o n ácido fosfórico f u e r t e a u m e n t a l o s v a l o r e s d e fertilización.

R O C A FOSFÓRICA

USOS Y ECONOMÍA. Véase t a b l a 1 6 . 1 . E l e m p l e o más i m p o r t a n t e d e l a r o c a fosfórica e s e n l o s f e r t i l i z a n t e s . Véase capüulo 2 6 , I n d u s t r i a s Agroquímicas. L a t a b l a 1 6 . 2 e s u n a recopilación d e l o s p r o c e s o s déltratamiento d e l a r o c a fosfórica. E l f o s f a t o tricálci-c o d e l o s h u e s o s c r u d o s y o c o c i d o s a l v a p o r y d e s g r a s a d o s , así c o m o d e l a e s c o r i a básic a , s e u t i l i z a también, después d e m o l e r s e , c o m o f e r t i l i z a n t e d i r e c t o d e f o s f a t o . U n p e queño p o r c e n t a j e d e éste s e t r a t a a v e c e s c o n ácido sulfúrico p a r a h a c e r s u p e r f o s f a t o , o c o m o u n a f u e n t e d e m a t e r i a l p a r a p r o d u c t o s químicos d e f o s f a t o . G r a n d e s c a n t i d a d e s d e r o c a fosfórica s e c o n v i e r t e n e n ácidos f o s f o r o s o o fosfórico y e n s u s d e r i v a d o s .

L a s r o c a s fosfóricas d e E s t a d o s U n i d o s s o n e s e n c i a l m e n t e f l u o r a p a t i t a m e z c l a d a c o n d i f e r e n t e s p r o p o r c i o n e s d e o t r o s c o m p u e s t o s d e c a l c i o , flúor, h i e r r o , a l u m i n i o y s i l i c i o .

L a fórmula d e l a f l u o r a p a t i t a e s C a F 2 - 3 C a 3 ( P 0 4 ) 2 , e q u i v a l e n t e a C a 1 0 F 2 ( P O 4 ) 6 . E s t e c o m p u e s t o e s e x t r e m a d a m e n t e i n s o l u b l e . L o s d i f e r e n t e s m e d i o s p a r a h a c e r q u e e l c o n t e n i d o d e P 2 O s s e a más s o l u b l e , n o n e c e s a r i a m e n t e e n a g u a , s i n o e n j u g o s d e p l a n -

Tabla 16.1 Estadísticas s o b r e r o c a fosfórica ( e n c o n e l a d a s métricas y e n m i l e s d e dólares, a m e n o s q u e se e s p e c i f i q u e o t r a c o s a )

1977 1978 1979 1980 1981

E s t a d o s U n i d o s Producción m i n e r a 166 893 173 429 185 757 209 883 183 733 Producción c o m e r c i a l i z a b l e 47 256 50 037 51 611 54 415 53 624

V a l o r $821 657 $928 820 $ 1 045 655 $ 1 256 947 $ 1 437 986 P r o m e d i o p o r t o n e l a d a métrica S 1 7 . 3 9 $18 .56 $20 .26 $23 .10 $ 2 6 . 8 2

V e n d i d o o u t i l i z a d o p o r l o s p r o d u c t o r e s 47 437 48 774 53 063 54 581 45 526

V a l o r $ 8 2 9 084 $ 9 0 1 378 $ 1 063 517 $ 1 243 297 $ 1 212 433 P r o m e d i o p o r t o n e l a d a métrica $17 .48 $18 .48 $20 .04 $22 .78 $26 .63

E x p o r t a c i o n e s " 13 230 12 870 14 358 14 276 10 395 C o n t e n i d o d e P 2 0 5 4 2 5 1 4 118 4 611 4 554 3 300 V a l o r $288 603 $297 357 $356 481 $ 4 3 1 419 $373 192

P r o m e d i o p o r t o n e l a d a métrica $ 2 1 . 8 1 $ 2 3 . 1 0 $24 .83 $ 3 0 . 2 2 $ 3 5 . 9 0 I m p o r t a c i o n e s p a r a e l c o n s u m o ' ' 158 908 886 486 13

t a r i f a a r a n c e l a r i a $6 079 $24 379 $ 2 1 595 $12 856 $420 P r o m e d i o p o r t o n e l a d a métrica $38 .47 $26 .85 $24 .37 $26 .45 $ 3 2 . 3 1

C o n s u m o 1 34 365 36 812 39 591 40 791 35 144 M u n d i a l

Producción d 1 1 9 310 á 1 2 8 620 ''132 913 138 333 138 630

" E x p o r t a c i o n e s d e q u e s e informó a l a O f i c i n a d e M i n a s p o r l a : i compañías. ' ' D a t o s d e l a O f i c i n a d e C e n s o s .

C a l c u l a d o a p a r t i r d e l o v e n d i d o o u t i l i z a d o , más l a s i m p o r t a c i o n e s y m e n o s l a s e x p o r t a c i o n e s . ' ' E s t i m a d o F U E N T E : M i n e i n t h Y v a r h o o k I 9 X I . U . S . D e p t . i i f I n t e r i o r . 1 9 8 2 . p . t i 4 ! )

I n d u s t r i a d e l fósforo 3 1 7

Tabla 16.2 P r o c e s a m i e n t o , p r o d u c t o s y s u b p r o d u c t o s d e r o c a fosfórica

P r o c e s o M a t e r i a s p r i m a s y r e a c - P r o d u c t o s p r i n c i p a l e s y S u b p r o d u c t o s t i v o s d e r i v a d o s

Acidulación

Reducción d e h o r n o eléctrico

M e t a f o s f a t o d e c a l c i o

Calcinación o desfluoración

R o c a fosfórica ácido sulfúrico ácido nítrico ácido fosfórico ácido clorhídrico a m o n i a c o c l o r u r o d e p o t a s i o R o c a fosfórica f u n d e n t e d e sílice c o q u e ( p a r a reducción) energía eléctrica a g u a d e condensación

S u p e r f o s f a t o C o m p u e s t o s d e flúor, ácido fosfórico ( p r o c e s o v a n a d i o , u r a n i o ( l i m i t a -húmedo), s u p e r f o s f a t o d o ) t r i p l e , f o s f a t o m o n o -amónico, f o s f a t o diamó-n i c o , f o s f a t o monopotá-s i c o Fósforo, ácido fosfórico, C o m p u e s t o s d e flúor, s u p e r f o s f a t o t r i p l e , v a - monóxido d e c a r b o n o , r i a s s a l e s d e N a , K , e s c o r i a ( p a r a a g r e g a d o N H 4 y C a , pentóxido d e d e l a s t r e d e f e r r o c a r r i l , fósforo y h a l u r o s r e l l e n o s , e t c ) , ferrofósfo-

r o , v a n a d i o ( * )

R o c a fosfórica, fósforo, M e t a f o s f a t o d e c a l c i o C o m p u e s t o s d e flúor. a i r e u oxígeno. c o m b u s t i b l e R o c a fosfórica, sílice, F o s f a t o d e s f l u o r a d o . C o m p u e s t o d e flúor, a g u a o v a p o r , c o m b u s t i b l e .

* E l v a n a d i o está p r e s e n t e e n c a n t i d a d e s a p r e c i a b l e s sólo e n l o s f o s f a t o s d e l o e s t e .

Tabla 16.3 R o c a fosfórica v e n d i d a o u t i l i z a d a p o r l o s p r o d u c t o r e s e n E s t a d o s U n i d o s p o r e m p l e o ( m i l e s d e t o n e l a d a s métricas)

1980 1981

C o n t e n i d o d e C o n t e n i d o d e R o c a P 2 Q 5 R o c a F j A

N a c i o n a l * A c i d o fosfórico d e p r o -c e s o húmedo 33 884 10 444 29 085 8 956 S u p e r f o s f a t o n o r m a l 333 107 184 60 S u p e r f o s f a t o t r i p l e 1 348 436 1 198 378 R o c a d e s f l u o r a d a 430 145 492 166 A p l i c a c i o n e s d i r e c t a s 37 8 27 6 Fósforo e l e m e n t a l 4 083 1 067 4 055 1 049 Ferrofósforo 190 49 89 22 T o t a l f 40 305 12 256 35 131 10 638 E x p o r t a c i o n e s ^ 14 276 4 554 10 395 3 300 G r a n t o t a l f 54 581 16 810 45 526 13 939

* I n c l u y e r o c a c o n v e r t i d a e n p r o d u c t o s y e x p o r t a d a . J A I s u m a r l o s d a t o s e s p r o b a b l e q u e n o s e o b t e n g a n l o s t o t a l e s m o s t r a d o s d e b i d o a q u e s e h i c i e r o n r e d o n d e o s i n d e p e n d i e n t e s . ^ E x p o r t a c i o n e s d e q u e s e informó a l a O f i c i n a d e M i n a s p o r l a s compañías. F U E N T E : Minemk Yearbook I9HI. t : . S . D e p t . <>f I n t e r i o r . 1 9 8 2 . P . 6 5 4 .


t a s ( m e d i d o c o m o " s o l u b i l i d a d c i t r a t o " ) , c o n s i s t e n e n l a m a n u f a c t u r a d e v a r i o s s u p e r -f o s f a t o s y e n l a desfluoración d e l a f l u o r a p a t i t a p o r calcinación a l a s t e m p e r a t u r a s d e fusión i n c i p i e n t e d e 1 4 0 0 a 1500°C c o n sílice o c o n ácido fosfórico.

L a producción d e r o c a fosfórica está c o n c e n t r a d a e n F l o r i d a , c o n e l 8 7 % d e l t o t a l ; l o s e s t a d o s o c c i d e n t a l e s d e I d a h o , M o n t a n a y U t a h c o n t r i b u y e n c o n 1 0 % , y T e n -n e s s e e , c o n 3 % . E n 1 9 8 0 s e p r o d u j e r o n 5 4 X 1 0 6 t c o n u n v a l o r d e 1 2 0 0 m i l l o n e s d e dólares. 1 E n l a t a b l a 1 6 . 3 s e m u e s t r a n I n d i f e r e n t e s u s o s d e l a r o c a .

L a r o c a fosfórica, c u a n d o está f i n a m e n t e p u l v e r i z a d a , t i e n e u n a utilización d i r e c t a , l i m i t a d a , c o m o f e r t i l i z a n t e , s o b r e t o d o p o r l a d i s p o n i b i l i d a d r e l a t i v a m e n t e l e n t a d e l P 2 0 5 . S i n e m b a r g o , s e e m p l e a s o b r e t o d o c o m o m a t e r i a p r i m a e n l a m a n u f a c t u r a d e l ácido fosfórico, d e s u p e r f o s f a t o , d e fósforo y d e c o m p u e s t o s f o s f o r o s o s .

P R O C E S A M I E N T O . 1 E n F l o r i d a s e e x t r a e n t a n t o r o c a fosfórica d u r a c o m o g u i j a r r o s . L a r o c a fosfórica d u r a s e p r e s e n t a c o m o n o d u l o s y p i e d r a s g r a n d e s , e n c a v i d a d e s i r r e g u l a r e s , p e r o s u explotación e s l i m i t a d a . L o s depósitos d e g u i j a r r o s más e x t e n s o s y q u e s o n m i n a d o s e n f o r m a más b a r a t a o c u r r e n c o n u n a s o b r e c a r g a p r o m e d i o d e 6 m , y s u v a l o r e n f o s f a t o e s d e m a s i a d o b a j o p a r a u n a explotación económica. L o s depósitos d e g u i j a r r o s m i s m o s , l l a m a d o s m a t r i z , t i e n e n u n e s p e s o r e n t r e 3 y 9 m . E s t a m a t r i z está c o m p u e s t a p o r b a r r o a r c i l l o s o , a r e n a d e sílice y g u i j a r r o d e f o s f a t o . E l tamaño d e l o s g u i j a r r o s está c o m p r e n d i d o e n t r e 1 y 2 7 m m . S e e l i m i n a l a s o b r e c a r g a y s e t i r a e n u n h o y o p r e v i a m e n t e e x c a v a d o . U n a s d r a g a s o p e r a d a s eléctricamente e x t r a e n l a m a t r i z y l a d e p o s i t a n e n u n área e x c a v a d a . E l l o d o e n l a m a t r i z s e r o m p e p o r m e d i o d e i n y e c t o r e s hidráulicos y l o l a v a n e n l a succión d e l a b o m b a , d e d o n d e e s t r a n s p o r t a d o a través d e tuberías p o r m e d i o d e g r a n d e s b o m b a s d e a r e n a h a c i a l a p l a n t a d e b e n e f i c i o ( F i g . 1 6 . 1 ) .

E n T e n n e s s e e s e e n c u e n t r a n c u a t r o t i p o s d e r o c a s fosfóricas, l a n o d u l a r , l a a z u l , l a b l a n c a / l a café. Sólo e s t a última e s extraída e n l a a c t u a l i d a d e m p l e a n d o métodos s e c o s , d e p o z o a b i e r t o . L a s o b r e c a r g a varía m u c h o y t i e n e u n a p r o f u n d i d a d p r o m e d i o d e 1 . 8 a 2 . 4 m . A u n q u e o r i g i n a l m e n t e s e depositó e n e s t r a t o s h o r i z o n t a l e s , e n l a s g r a n d e s c a p a s d e r o c a fosfórica d e l o e s t e h a s i d o p l e g a d a s e v e r a m e n t e , f r a c t u r a d a y e l e v a d a p o r l a s d e f o r m a c i o n e s d e l a c o r t e z a y t i e n e e l a s p e c t o d e v e n a s f i s u r a d a s . L a r o c a p u e d e c o n t e n e r a p r o x i m a d a m e n t e 7 5 % d e f o s f a t o d e c a l c i o d e h u e s o s 2 p e r o , d e b i d o a l a m e z c l a c o n m a t e r i a l d e l a s p a r e d e s , c o n f r e c u e n c i a t i e n e u n p r o m e d i o más c e r c a n o a 7 0 % d e F C H ( T a b l a 1 6 . 4 ) . D e b i d o a s u e s t r u c t u r a más b i e n s u a v e , l a r o c a t i e n e u n c o n t e n i d o d e h u m e d a d d e 4 a 6 % . G e n e r a l m e n t e s e e x t r a e p o r métodos subterráneos. L a r o c a fosfórica d e l o e s t e c o n t i e n e c i e r t a c a n t i d a d d e u r a n i o , e n t r e 5 0 y 2 0 0 g p o r t o n e l a d a métrica d e r o c a . E l c o m p l i c a d o y c o s t o s o p r o c e s o d e recuperación q u e s e e m p l e a a h o r a e x t r a e u r a n i o d e l a r o c a fosfórica c o n e l p r o c e s o húmedo d e l ácido fosfór i c o , y e l u r a n i o p a s a a l a solución p o r t r a t a m i e n t o c o n ácido sulfúrico. Después d e l a

' t = 1 0 0 0 k g .

lSl»ck(ed),P/ioí/)Aon'c^«tí,(Dekker, 1 9 6 8 ; E T C , 2 d e n d . , V o l . 1 5 , 1 9 6 8 , p . 2 3 2 ; ) C r e r a r , H 3 P 0 4 R o u t e C u t s , ( C h e m . E n g . 8 0 ( 1 0 ) 6 2 ( 1 9 7 3 ) . )

2 E s t o se a b r e v i a g e n e r a l m e n t e c o m o F C H , y e n r e a l i d a d s i g n i f i c a f o s f a t o tricálcico, e l p r i n c i p a l c o n s t i t u y e n t e inorgánico d e l o s h u e s o s .


m a I I Draga c a v a d o r a

L a v a d o r N o . 2

L a v a d o r N o . 2

H i d r o c i c l o n e s d e s e n l o d a d o r e s

H i d r o c i c l o n e s d e s e n l o d a d o r e s

Selección c o n t a m i z

e s t a c i o n a r i o

+ 1 6

Tamaño 0 ' Tamaño U ' L -16

D e s a g u a d o

y a c o n d i c i o n a m i e n t o

C o l a s

Separación d e e s p i r a l

Flotación d e purificación

C o l a s C o n c .

-24 - 3 5

D e s a g u a d o


D e s a g u a d o


Flotación

g r u e s a

Colas C o n c .

T a m i c e s e s t a c i o n a r i o s

y e m p a r e d a d o

Tamaño

0 '

Tamaño

i r

G u i j a r r o s

C o n c e n t r a d o T o t a l

P r o d u c t o d e l c o n c e n t r a d o ,en e s p i r a l

Producción a n u a l

1 . 6 7 x I 0 6 t

1 . 8 9 x 1 0 6

3 . 5 6 x 1 0 6 e n 6 9 . 3 % FCH

Flotación f i n a

C o n c . C o l a s

D e s a g u a d o

y l a v a d o a c i d o

Lavado, d e s a g u a d o y

a c o n d i c i o n a m i e n t o

Flotación c o n a m i n a s

C o n c .

P r o d u c t o c o n c e n t r a d o d e J a flotación^,

P l a n t a I M C en K i n g s f o r d

F i g . 1 6 . 1 . D i a g r a m a d e f l u j o d e l b e n e f i c i o d e r o c a fosfórica d e F l o r i d a . ( I n t e r n a t i o n a l M i n e r a l s a n d C h e m i c a l C o r p . )

•

filtración, e l g r u e s o d e l u r a n i o s e e n c u e n t r a e n e l f i l t r a d o ácido. S e r e c u p e r a u n p o c o , p r e s u m i b l e m e n t e p o r u n a técnica d e i n t e r c a m b i o iónico. E l flúor y e l v a n a d i o también s o n s u b p r o d u c t o s v a l i o s o s d e l a r o c a fosfórica.

E n e l d i s t r i t o d e g u i j a r r o s d e F l o r i d a , i n i c i a l m e n t e s e r e c u p e r a b a sólo r o c a fosfóric a g r u e s a q u e tenía u n F C H a l t o , m i e n t r a s q u e l a s r o c a s f i n a s , c o n u n F C H m u c h o más b a j o , y q u e r e p r e s e n t a b a n u n a c a n t i d a d más o m e n o s i g u a l , s e d e s p e r d i c i a b a n . E n l o s años 2 0 s e inició e l t r a b a j o e x p e r i m e n t a l p a r a d e s a r r o l l a r u n p r o c e s o d e flotación c o n e s p u m a q u e incrementaría e l F C H d e l m a t e r i a l f i n o d e l a m a t r i z o r i g i n a l p o r l o m e n o s


Tabla 16.4 R o c a fosfórica v e n d i d a o u t i l i z a d a e n E s t a d o s U n i d o s , p o r g r a d o y p o r e s t a d o , e n 1 9 8 1 ( m i l e s d e t o n e l a d a s métricas y m i l e s d e dólares)

F l o r i d a y C a r o l i n a d e l N o r t e T e n n e s s e e

G r a d o ( c o n t e n i d o C o n t e n i d o d e C o n t e n i d o d e d e F C H * , e n % ) R o c a P 2 O S V a l o r R o c a P 2 O 5 V a l o r

D e b a j o d e 60 79 17 1 274 698 170 5 732 60 a 66 5 553 1 585 171 443 681 187 11 669 66 a 70 25 7 9 1 ^ 7 962 639 586 — — —

70 a 72 2 984 967 90 303 — — —

72 a 74 2 761 929 102 219 — — —

Más d e 74 1 371 477 60 015 — —

T o t a l } 38 475 11 938 1 064 839 1379 357 i 7 401

E s t a d o s o c c i d e n t a l e s Tot£ 1 d e E s t a d o s U n i d o s

C o n t e n i d o d e C o n t e n i d o d e R o c a P 2 0 5 V a l o r R o c a P 2 0 5 V a l o r

D e b a j o d e 60 1783 445 16 999 2 560 632 24 005 60 a 66 907 250 14 243 7 140 2 022 197 354 66 a 70 1614 506 46 353 27 341 8 468 685 939 70 a 72 1368 443 52 599 4 353 1 410 142 902 72 a 74 — 2 761 929 102 219 Más d e 74 — 1 371 477 60 015 T o t a l } 5672 1644 130 194 45 526 13 939 1 212 433

* F C H d e 1 . 0 % ( f o s f a t o d e c a l c i o d e h u e s o o f o s f a t o tricálcico) = 0 . 4 5 8 % d e P 2 O S . } A l s u m a r l o s d a t o s e s p r o b a b l e q u e n o s e o b t e n g a n l o s t o t a l e s m o s t r a d o s d e b i d o a q u e s e h i c i e r o n r e d o n d e o s i n d e p e n d i e n t e s . F U E N T E : M i n e r a l s Y e a r b t m k 1 9 8 1 , U . S . D c p t . o f I n t e r i o r , 1 9 8 2 . p . 6 5 4 .

a u n 6 6 o 6 8 % , d e s d e u n 4 0 % , o m e n o s . E s t e p r o c e d i m i e n t o s e c o n o c e f r e c u e n t e m e n t e c o m o beneficio, y u n o d e l o s p r o c e s o s e x i t o s o s q u e s e e m p l e a n u s u a l m e n t e s e i l u s t r a e n l a f i g u r a 1 6 . 1 . E s t a s o p e r a c i o n e s d e m e j o r a m i e n t o t i e n e u n a i m p o r t a n c i a c r e c i e n t e y d e l a r g o a l c a n c e , e n l a m e d i d a e n q u e s e están a g o t a n d o l o s depósitos fácilmente e x p l o t a b l e s o d e m e j o r c a l i d a d , t a n t o d e r o c a fosfórica c o m o d e o t r o s m i n e r a l e s . E s t a s o p e r a c i o n e s p r o d u c e n n o sólo u n m a t e r i a l d e m e j o r c a l i d a d , s i n o q u e p e r m i t e n l a r e c u p e ración, b e n e f i c i o y e m p l e o d e c a n t i d a d e s m a y o r e s , a u n e n e l c a s o d e u n p r o d u c t o d e p r e c i o t a n b a j o c o m o l a r o c a fosfórica.

L a m a t r i z d e l o s depósitos d e g u i j a r r o s d e f o s f a t o d e F l o r i d a s e r e c i b e e n l a p l a n t a d e b e n e f i c i o c o m o u n a l e c h a d a . Ahí s e l a v a p a r a q u i t a r l a s a r c i l l a s y l a s partículas f i n a s . E l p r o d u c t o d e g u i j a r r o s d e m a l l a + 1 6 e s d r e n a d o y e n v i a d o a l o s s i l o s d e a l m a c e n a m i e n t o c o m o u n p r o d u c t o c o m e r c i a l . E l m a t e r i a l d e m a l l a - 1 6 e s d e s e n c a l a d o e n h i d r o c i c l o n e s p a r a e l i m i n a r e l m a t e r i a l d e m a l l a - 1 5 0 , c o n s t i t u i d o p r e d o m i n a n t e m e n t e p o r a r c i l l a s . L a alimentación d e - 1 6 a 1 5 0 m a l l a s e s c l a s i f i c a d a e n t a m i c e s i n c l i n a d o s e s t a c i o n a r i o s . L a fracción d e - 1 6 a 2 4 m a l l a s e s t r a t a d a c o m o s e m u e s t r a e n l a f i g u r a 1 6 . 1 p a r a p r o d u c i r e l m a t e r i a l c o n c e n t r a d o e s p i r a l ; ésta e s u n a operación d e flotación s u p e r f i c i a l e n l a q u e s e e m p l e a n e s p i r a l e s d e H u m p h r e y .

E l c i r c u i t o d e flotación c o n e s p u m a e s s e p a r a d o e n f l o t a c i o n e s f i n a y g r u e s a a 3 5 m a l l a s p o r q u e e s t o p e r m i t e u n a m a y o r recuperación g l o b a l d e l a s f r a c c i o n e s más g r u e s a s . S e añaden r e a c t i v o s d e flotación, c o m o ácidos g r a s o s s a p o n i f i c a d o s ( e s p u m a -


d o r e s d e l j abón) . L o s c o n c e n t r a d o s g r u e s o s s e t r a t a n todavía más c o n o t r o p a s o d e n o tación p o r m e d i o d e u n a g e n t e d e flotación d e a m i n a s . E l c o n c e n t r a d o f i n a l t i e n e u n i n t e r v a l o d e F C H d e 7 2 a 7 8 % .

E l d e s e c h o c o n t i e n e sólo u n pequeño p o r c e n t a j e d e m i n e r a l d e f o s f a t o y e s c o n d u c i d o a u n área d e c o l a s . E n l a f i g u r a 1 6 . 2 s e m u e s t r a u n d i a g r a m a d e f l u j o c o n e l e q u i l i b r i o d e m a t e r i a l e s p a r a l a extracción y e l b e n e f i c i o d e l a r o c a fosfórica; e n p r o m e d i o , s e o b t i e n e n 4 . 7 t d e p r o d u c t o p o r h o r a - h o m b r e . D E S E C H O D E C I E N O . 3 L o s d e s e c h o s d e c i e n o d e l o s c i c l o n e s d e s c i e n a d o r e s o c u p a n a l r e d e d o r d e 3 2 v e c e s e l v o l u m e n i n i c i a l d e l a r o c a d e b i d o a l a g u a d e p r o c e s o añadida p a r a s e p a r a r l a m a t r i z d e l c i e n o . E s t e v o l u m e n d e m a t e r i a l d e d e s e c h o , además d e l a s c o l a s d e l o s p r o c e d i m i e n t o s d e concentración d e l a m a t r i z , s o n r e p r e s a d o s e n p r e s a s d e terraplén. E s t a s áreas d e d e s e c h o s r e p r e s a d o s ( f r e c u e n t e m e n t e h a s t a d e 3 2 0 h a ) s i r v e n p a r a a c t u a r c o m o t a n q u e s c o n t e n e d o r e s p a r a d e s a g u a r e l d e s e c h o , c o m o r e c i p i e n t e s p a r a h a c e r mínima l a d e s c a r g a d e a g u a d e l área d e minería, p a r a c a p t u r a r y r e t e n e r e l a g u a d e l l u v i a y , f i n a l m e n t e , p a r a a d e n s a r y a l m a c e n a r l a a r c i l l a d e d e s e c h o . S e n e c e s i t a n m u c h o s años p a r a a l c a n z a r e l n i v e l d e a l m a c e n a m i e n t o d e diseño, d e 2 5 % d e sól i d o s d e n t r o d e l a p r e s a .

E n l a a c t u a l i d a d , l a i n d u s t r i a d e l f o s f a t o d i s p o n e d e l 6 0 % d e e s t o s d e s e c h o s b a j o t i e r r a y está r e c u p e r a n d o t e r r e n o s m i n a d o s . L o s e s t a n q u e s d e a l m a c e n a m i e n t o n o s o n

3 L a w v e r , T h e C l a y W a s t e P r o b l e m (comunicación p r i v a d a d e I n t e r n a t i o n a l M i n e r a l s a n d C h e m i c a l C o r p . )

D e s e c h o s o b r e c a r g a d o 1 1 2 5 0 0 0 0 t s o l i d o s A l m a c e n a d o e n e l pozo 8 a 15 p o r c e n t a j e de h u m e d a d

J M a t r i z ( m i n e r a l d e f o s f a t o ) 9 0 0 0 0 0 0 t sólidos 1 5 8 8 0 0 0 t a g u a 15 a 2 5 p o r c e n t a j e d e h u m e d a d

D e s e c h o d e l o d o s 2 5 4 0 0 0 0 t sólidos 8 2 1 2 0 0 0 t a g u a 3 p o r c e n t a j e d e sólidos

B o m b a d e l pozo - * 1 1 9 1 2 0 0 0 t a g u a

| 4 0 p o r c e n t a j e d e sólidos

) t a g u a

8 9 5 4 0 0 0 t a g u a

A l i m e n t a d o r d e flotación 4 9 6 8 0 0 0 t sólidos

P r o d u c t o d e g u i j a r r o s 1 5 1 4 0 0 0 t sólidos 1 6 5 8 0 0 t a g u a 9 0 p o r c e n t a j e d e sólidos

P l a n t a de flotación

D e s e c h o d e c o l a s 3 7 8 i 0 0 0 t sólidos 8 8 2 3 0 0 0 1 a g u a

3 0 p o r c e n t a j e de sólidos

1 Concentración d e flotación 1 1 8 6 0 0 0 t sólidos 1 3 1 8 0 0 t a g o a 9 0 porceota¡e d e s o l i d o s

E s t a n q u e de l o d o s

3 t a g u a / I o n d e a r c i l l a F i n a l 2 5 p o r c e n t a j e d e sólidos

A l a recuperación d e t e r r e n o

A g u a l i m p i a al p r o c e s o

A g u a l i m p i a 9 5 p o r c e n t a j e d e r e n d a d o a l p r o c e s o

Fíg, 16.2. D i a g r a m a d e f l u j o d e l e q u i l i b r i o d e m a t e r i a l e s p a r a l a r o c a fosfórica d e F l o r i d a . F . l f l u j o d e m a t e r i a l está d a d o e n t o n e l a d a s métric a s p o r año. { I n t e r n a t i o n a l M i n e r a l s a n d C h e m i c a l C o r p . )

3 2 2 M a n u a l de procesos químicos en l a i n d u s t r i a

estéticos d e s d e e l p u n t o d e v i s t a a m b i e n t a l y s e h a p e d i d o q u e t o d o s l o s d e s e c h o s s e e n -t i e r r e n . D e b i d o a q u e e l v o l u m e n d e p r o d u c t o s d e d e s e c h o d e l a minería y b e n e f i c i o ' d e l a r o c a fosfórica e x c e d e e l v o l u m e n extraído, e s t o e s e x t r e m a d a m e n t e difícil. D u r a n t e l o s últimos 2 0 años s e h a n g a s t a d o m i l l o n e s d e dólares e n investigación, e n u n e s f u e r z o p o r m e j o r a r l o s métodos a c t u a l e s d e m a n e j o d e d e s e c h o s . H a s t a l a f e c h a , n o s e h a d e s a r r o l l a d o ningún s i s t e m a a g r a n e s c a l a q u e s e a m e j o r , n i a m b i e n t a l n i económicam e n t e .

S U P E R F O S F A T O S 4

L a acidulación d e l a r o c a fosfórica p a r a p r o d u c i r s u p e r f o s f a t o h a s i d o e l método más i m p o r t a n t e p a r a p r o d u c i r f o s f a t o p a r a f e r t i l i z a n t e s d u r a n t e c e r c a d e u n s i g l o . Véase e l capítulo 2 6 s o b r e p r o d u c t o s agroquímicos. L a s r e a c c i o n e s s o n

C a 3 ( P 0 4 ) 2 + 2 H 2 S 0 4 + 4 H 2 0 — C a H 4 ( P 0 4 ) 2 + 2 ( C a S 0 4 - 2 H 2 0 ) F o s f a t o Y e s o

monocálcico C a F 2 + H 2 S 0 4 + 2 H 2 0 — C a S 0 4 • 2 H 2 0 + 2 H F f

4 H F + S i 0 2 ^ S i F 4 f + 2 H 2 0 3 S t F 4 + 2H 2 Q-» S i Q 2 + 2 H 2 S i F 6

L a s i g u i e n t e e s u n a expresión más p r o b a b l e d e l a reacción p r i n c i p a l :

C a F 2 - 3 C a 3 ( P 0 4 ) 2 + 7 H 2 S 0 4 + 3 H 2 0 — 3 C a H 4 ( P 0 4 ) 2 • H 2 0 + 2 H F f + 7 C a S 0 4

R o c a fosfórica o 53-57° Bé F o s f a t o A n h i d r i t a f l u o r o p a t i t a monocálcico

E l ácido fluorhídrico r e a c c i o n a c o m o s e a c a b a d e m o s t r a r , f o r m a n d o ácido fiuosílico, p e r o c o n eliminación i n c o m p l e t a d e l flúor. U n e x c e s o d e ácido sulfúrico es c o n s u m i d o p o r a l g u n a s i m p u r e z a s e n l a r o c a fosfórica, c o m o C a C 0 3 , F e 2 0 3 , A 1 2 0 3 y C a F 2 . E l p e s o d e l p r o d u c t o a u m e n t a e n l a r o c a fosfórica u t i l i z a d a d e 7 0 a 7 5 F C H h a s t a e n u n 7 0 % , d a n d o c o m o r e s u l t a d o u n s u p e r f o s f a t o c o n 1 6 a 2 0 % d e P 2 0 5 d i s p o n i b l e . L a m a n u f a c t u r a d e l s u p e r f o s f a t o i n c l u y e c u a t r o p a s o s : ( 1 ) preparación d e l a r o c a fosfórica, ( 2 ) m e z c l a d o c o n ácido, ( 3 ) c u r a d o y s e c a d o d e l a l e c h a d a o r i g i n a l a l c o m p l e t a r l a s r e a c i o n e s y ( 4 ) excavación, m o l i e n d a y e m p a c a d o d e l p r o d u c t o t e r m i n a d o . A u n q u e e n l a s p l a n t a s n u e v a s s e e m p l e a n p r o c e s o s c o n t i n u o s , e n a l g u n a s p l a n t a s todavía s e r e a l i z a n e s t a s o p e r a c i o n e s p a s o p o r p a s o . E n t o d a s l a s p l a n t a s s e p u l v e r i z a p r i m e r o l a r o c a . C o n e l e q u i p o m o d e r n o d e p u l v e r i z a d o y d e separación d e a i r e , l a m a y o r p a r t e d e l a r o c a s e m u e l e h a s t a u n a f i n u r a a p r o x i m a d a d e 7 0 a 8 0 % a través d e u n t a m i z d e 2 0 0 m a l l a s , c o n l o s s i g u i e n t e s b e n e f i c i o s : ( 1 ) l a v e l o c i d a d d e reacción e s m a y o r ; ( 2 ) s e u t i l i z a c o n más e f i c i e n c i a e l ácido sulfúrico, p o r l o q u e s e r e q u i e r e m e n o s ácido y ( 3 ) , s e o b t i e n e u n p r o d u c t o d e g r a d o s u p e r i o r e n m e j o r e s c o n d i c i o n e s .

4 E C T , 3 d e d . , v o l . 1 0 , p p . 7 1 - 7 6 , 1 9 8 0 .


A l m a c e n a m i e n t o de r o c a

fosfórica m o l i d a

E n f r i a d o r (sólo se r e q u i e r e

c u a n d o se e m p l e a ácido sulfúrico al 9 8 % )

T o l v a i g u a l a d o r a

Oosiíjcador I

S u p e r f o s f a t o , t a l c o m o s a l e d e l a p i l a

F i g . 16 .3 . D i a g r a m a d e flujo d e l a m a n u f a c t u r a d e l s u p e r f o s f a t o . (Tennessee Valley A u t h o r i t y . )

S U P E R F O S F A T O N O R M A L * E l p r o c e s o c o n t i n u o s e d e s c r i b e e n l a f i g u r a 1 6 . 3 , d o n d e l a r o c a fosfórica m o l i d a ( 9 0 % i n f e r i o r a l a m a l l a 1 0 0 ) s e a l i m e n t a p o r m e d i o d e u n a l i -m e n t a d o r p e s a d o r a u n m e z c l a d o r cónico d o b l e ( T V A ) , e n d o n d e s e m e z c l a p e r f e c t a m e n t e c o n c a n t i d a d e s m e d i d a s d e ácido sulfúrico. E l ácido sulfúrico e s d i l u i d o c o n a g u a e n e l c o n o , h a s t a u n a concentración d e 5 1 ° B e ; e l c a l o r d e dilución s i r v e p a r a c a l e n t a r e l ácido sulfúrico h a s t a l a t e m p e r a t u r a a p r o p i a d a p a r a l a reacción, y e l e x c e s o d e c a l o r s e d i s i p a p o r evaporación d e l a g u a e x t r a añadida. L a v e l o c i d a d d e adición d e l a g u a y l a concentración d e l ácido p u e d e n v a r i a r s e p a r a c o n t r o l a r l a h u m e d a d d e l p r o d u c t o . E l ácido y e l a g u a s e a l i m e n t a n a l m e z c l a d o r cónico e n f o r m a t a n g e n c i a l p a r a d a r e l m e z c l a d o n e c e s a r i o c o n l a r o c a fosfórica. E l s u p e r f o s f a t o f r e s c o c a e s o b r e u n t r a n s p o r t a d o r , q u e t i e n e u n a v e l o c i d a d d e d e s p l a z a m i e n t o m u y b a j a p a r a q u e l a s o l i dificación s e l l e v e a c a b o e n más o m e n o s 1 h a n t e s d e l l e g a r a l d e s i n t e g r a d o r . E l d e s i n t e g r a d o r r e b a n a l a m a s a sólida d e p r o d u c t o c r u d o d e m a n e r a q u e p u e d a s e r t r a n s p o r

t a d o h a c i a u n a p i l a d e a l m a c e n a m i e n t o p a r a s e r " c u r a d o " , o s e a , p a r a c o m p l e t a r l a reacción química, l o q u e r e q u i e r e e n t r e 4 y 6 s e m a n a s p a r a a l c a n z a r u n a d i s p o n i b i l i d a d a c e p t a b l e d e P 2 0 5 p a r a a l i m e n t o d e l a s p l a n t a s . L a b a n d a c o n t i n u a está e n c e r r a d a p a r a q u e l o s v a h o s n o e s c a p e n h a c i a e l área d e t r a b a j o . E s t o s v a h o s s o n l a v a d o s c o n r o c i a d o r e s d e a g u a p a r a e x t r a e r e l ácido y e l flúor a n t e s d e s e r e n v i a d o s a l a atmósfera. E l a g u a d e l a v a d o se d e s c a r g a h a c i a u n l e c h o d e p i e d r a c a l i z a p a r a n e u t r a l i z a r e l ácido.

5 Y o u n g a n d D a v i s , The Role of Phosphorus in Agriculture, c h a p . 7 , A S A - C S S A - S S S A , M a d -i s o n . W i s c . 1 9 8 0 .


Acidulación de la roca fosfórica con ácido nítrico y con mezcla acida.6 F u e e n E u r o p a d o n d e p r o b a b l e m e n t e s e empleó p o r p r i m e r a v e z l a acidulación d e l a r o c a f o s fórica c o n ácido nítrico y p o r m e z c l a a c i d a . L a sustitución d e l ácido nítrico p o r sulfúric o e s d e s e a b l e , y a q u e e l nitrógeno t i e n e u n v a l o r e s e n c i a l c o m o a l i m e n t o p a r a l a s p l a n t a s y p u e d e r e v e n d e r s e a s u p r e c i o d e c o m p r a . L a acidulación s i m p l e d e l a r o c a fosfóric a c o n ácido nítrico p r o d u c e u n s u p e r f o s f a t o higroscópico, y a q u e c o n t i e n e n i t r a t o d e c a l c i o . T V A y o t r o s h a n estudia£(!fy r e c o m e n d a d o p r o c e s o s c o m e r c i a l e s . E n u n o d e ést o s , l a r o c a fosfórica e s extraída p o r m e d i o d e l a m e z c l a d e ácidos nítricos y sulfúrico, s e g u i d a p o r amoniación, s e c a d o y l a adición d e c l o r u r o d e p o t a s i o ( o p c i o n a l ) . E n o t r o , s e u t i l i z a acidulación c o n m e z c l a d e ácidos nítricos y fosfórico, s e g u i d a p o r l o s p a s o s c o n v e n c i o n a l e s , y e n o t r o s s e e m p l e a ácido nítrico s o l o p a r a l a acidulación. E s t o s p r o c e s o s , así c o m o e l a c o n d i c i o n a m i e n t o c o n t r a l a absorción d e h u m e d a d q u e s e p r a c t i c a p a r a e l n i t r a t o d e a m o n i o , h a n l l e v a d o a u n a extensión d e l a acidulación c o n ácido nítrico. E l n i t r o f o s f a t o también está a u m e n t a n d o s u i m p o r t a n c i a e n E u r o p a . L a r o c a fosfórica s e d e s c o m p o n e c o n ácido nítrico más u n a pequeña c a n t i d a d d e ácido fosfórico. L a l e c h a d a r e s u l t a n t e e s a m o n i a d a y c a r b o n a t a d a y , s i s e d e s e a , c o m b i n a d a c o n s a l e s d e p o t a s i o y s e c a d a p o r rocío p a r a d a r u n p r o d u c t o p e l e t i z a d o u n i f o r m e .

S U P E R F O S F A T O T R I P L E . E s t e m a t e r i a l e s u n f e r t i l i z a n t e m u c h o más c o n c e n t r a d o q u e e l s u p e r f o s f a t o común, p u e s c o n t i e n e e n t r e 4 5 y 4 6 % d e P 2 O 5 d i s p o n i b l e , o s e a , c a s i t r e s v e c e s l a c a n t i d a d q u e c o n t i e n e e l s u p e r f o s f a t o r e g u l a r . E l s u p e r f o s f a t o t r i p l e s e p r e p a r a p o r l a acción d e l ácido fosfórico s o b r e l a r o c a fosfórica; n o s e f o r m a s u l f a t o d e c a l c i o d i l u y e m e .

CaF 2 -3Ca 3 (PO„) 2 + 1 4 H 3 P 0 4 - 1 0 C a ( H 2 P O 4 ) 2 + 2 H F t

E l p r o c e s o c o n t i n u o d e producción d e s u p e r f o s f a t o t r i p l e g r a n u l a r d e l a T V A s e i l u s t r a e n l a f i g u r a 1 6 . 4 . L a r o c a fosfórica p u l v e r i z a d a s e m e z c l a c o n ácido fosfórico e n u n r e a c t o r d e d o s e t a p a s . L a l e c h a d a r e s u l t a n t e s e rocía d e n t r o d e l g r a n u l a d o r , q u e c o n t i e n e f i n o s r e c i c l a d o s d e l p r o c e s o . E l p r o d u c t o d e l g r a n u l a d o r s e s e c a , s e t a m i z a ; e l m a t e r i a l más g r a n d e s e t r i t u r a y s e v u e l v e a e n f r i a r . E l p r o d u c t o f i n a l s e t r a n s p o r t a h a c i a e l l u g a r d e a l m a c e n a m i e n t o , e n d o n d e s e c u r a e l m a t e r i a l d u r a n t e 4 a 6 s e m a n a s , t i e m p o e n e l q u e o c u r r e m a y o r reacción e n t r e e l ácido y l a r o c a , l o q u e a u m e n t a l a d i s p o n i b i l i d a d d e P 2 0 5 c o m o a l i m e n t o p a r a p l a n t a s . L o s g a s e s d e e s c a p e d e l g r a n u l a d o r y d e l e n f r i a d o r s e l a v a n c o n a g u a p a r a e l i m i n a r l o s s i l i c o f l u o r u r o s .

T ambi én h a y d i s p o n i b l e s u p e r f o s f a t o n o g r a n u l a r y s e p r e p a r a u t i l i z a n d o u n m e z c l a d o r d e c o n o y u n t r a n s p o r t a d o r d e b a n d a s e m e j a n t e a l q u e s e e m p l e a p a r a p r e p a r a r e l s u p e r f o s f a t o n o r m a l (común). C o m o e l t i e m p o d e r e p o s o e s d e sólo 1 4 a 2 0 m i n , c o m p a r a d o c o n 4 0 a 5 0 m i n p a r a e l s u p e r f o s f a t o n o r m a l , p u e d e u t i l i z a r s e u n s i m p l e t r a n s p o r t a d o r d e b a n d a a h u e c a d o , e n v e z d e l t r a n s p o r t a d o r d e t i p o d e t a b l i l l a s .

6 D a v i s , M e l i n e a n d G r a h a m , T V A M i x e d A c i d N i t r i c P h o s p h a t e P r o c e s s , Chem. Eng. Prog., 6 4 ( 5 ) 7 5 ( 1 9 6 8 ) ; J o r q u e r a , N i t r i c v s . S u l f u r i c A c i d u l a t i o n o f P h o s p h a t i c R o c k , Chem. Eng. Prog., 6 4 ( 5 ) 8 3 ( 1 9 6 8 ) .

I n d u s t r i u d e l fósforo 3 2 5

P r o d u c t o al

a l m a c e n a m i e n t o

F i g . 16 .4 . D i a g r a m a d e flujo q u e i l u s t r a u n p r o c e s o p a r a f o s f a t o t r i p l e . (Tennessee Valley A u t h o r i t y . )

A C I D O F O S F O R I C O P O R P R O C E S O H U M E D O

USOS Y ECONOMÍA. L a expansión rápida e n l a producción d e l ácido fosfórico p o r e l p r o c e s o húmedo, h a d a d o l u g a r a l a d e m a n d a c r e c i e n t e p o r f e r t i l i z a n t e s d e g r a n p u r e z a , s u p e r f o s f a t o t r i p l e y f o s f a t o s d e a m o n i o y dicálcico.

M u c h o a n t e s , l a m a y o r p a r t e d e l ácido ortofosfórico p r o d u c i d o s e p r e p a r a b a p o r l a acción d e l ácido sulfúrico d i l u i d o , d e 5 0 ° B e , s o b r e r o c a fosfórica m o l i d a o h u e s o s . E s t e método f u e s u s t i t u i d o p o r e l p r o c e s o D o r r 7 d e ácido f u e r t e , c o n e l q u e s e producía u n ácido f u e r t e y económico. E l e q u i p o d e b e e s t a r r e c u b i e r t o c o n p l o m o , a c e r o i n o x i d a b l e , H a s t e l l o y G o l a d r i l l o a p r u e b a d e ácidos, y d e b e d a r s e s u f i c i e n t e t i e m p o e n l o s d i f e r e n t e s a g i t a d o r e s p a r a q u e l a reacción s e c o m p l e t e . L a t e m p e r a t u r a e n e l d i g e s t o r d e b e m a n t e n e r s e s u f i c i e n t e m e n t e b a j a p a r a a s e g u r a r l a precipitación d e l y e s o ( C a S 0 4 . 2 H 2 0 ) , y n o d e a n h i d r i t a . S i s e f o r m a e s t a última, p o s t e r i o r m e n t e s e h i d r a t a y c a u s a t a p o n a m i e n t o d e l a s tuberías. E l ácido o b t e n i d o p o r e s t e p r o c e s o s e e m p l e a c a s i e n t e r a m e n t e e n l a producción d e f e r t i l i z a n t e s , d o n d e l a s i m p u r e z a s n o s o n i m p o r t a n t e s , o , después d e c i e r t a purificación, p a r a v a r i o s f o s f a t e s d e s o d i o . E l ácido p u r o s e o b t i e n e a p a r t i r d e fósforo e l e m e n t a l p o r e l p r o c e s o d e l h o r n o eléctrico.

S e están d e s a r r o l l a n d o n u e v o s métodos p a r a p u r i f i c a r e l ácido d e l p r o c e s o húmed o p o r extracción c o n d i s o l v e n t e s p o r m e d i o d e u n a m e z c l a d e éter d e d i i s o p r o p i l o y f o s f a t o d e t r i b u t i l o c o m o d i s o l v e n t e . 8 E n e s t e p r o c e s o s e p r o d u c e ácido b a s t a n t e p u r o p a r a s e r u t i l i z a d o e n p r o d u c t o s farmacéuticos y d e alimentación d e g a n a d o .

7Veáse C P I 2 , p . 3 5 3 p a r a e l d i a g r a m a d e f l u j o . 8 D a v i s t e r a n d P e t e r b r o e c k . T h e P r a y o n P r o c e s s F o r W e t A c i d P u r i f i c a t i o n , Chem. E n g .

P r o g . 7 8 ( 3 ) 3 5 ( 1 9 8 2 ) .


L o s p r i n c i p a l e s u s o s f i n a l e s d e l ácido fosfórico s o n , e n f e r t i l i z a n t e s , 8 5 % ; e n m a t e r i a l e s d e t e r g e n t e s , 5 % ; e n a l i m e n t o s p a r a a n i m a l e s , 5 % , y e n a l i m e n t o s , b e b i d a s y dentífricos, 5 % . E x c l u y e n d o l o s f e r t i l i z a n t e s , e l u s o p r i n c i p a l d e l o s d e r i v a d o s d e l fósf o r o e s e n l a m a n u f a c t u r a d e jabón y d e t e r g e n t e s , c o m o v a r i o s f o s f a t o s d e s o d i o . D e b i d o a s u c a p a c i d a d p a r a p r e c i p i t a r o p a r a s e c u e s t r a r l a c a l y l a m a g n e s i a , p a r a e m u l s i f i -c a r o p a r a d i s p e r s a r sólidos e n l a solución d e t e r g e n t e , y p a r a a u m e n t a r l a s p r o p i e d a d e s d e t e r g e n t e s i n h e r e n t e s d e l j abón y d e l o s a g e n t e s t e n s o a c t i v o s sintéticos, e s t a s s a l e s s e h a n u t i l i z a d o m u c h o c o m o rellenos de jabones o sin^gistas de detergentes. L a s p r e o c u p a c i o n e s r e c i e n t e s p o r l a contaminación d e l a g u a y p o r e l c r e c i m i e n t o d e a l g a s d e b i d o a l c o n t e n i d o d e fósforo d e l a s a g u a s r e s i d u a l e s , h a d i s m i n u i d o m u c h o l a c a n t i d a d d e f o s f a t o s e n l o s d e t e r g e n t e s (véase C a p . 3 ) .

L a producción d e P 2 O 5 e n 1 9 8 2 e r a u n p o c o s u p e r i o r a 9 X 1 0 6 t , d e l a s q u e 8 . 5 X 1 0 6 t e r a n d e ácido d e p r o c e s o húmedo, y l a s r e s t a n t e s , d e ácido d e " h o r n o " . 9 L a s e x p o r t a c i o n e s r e p r e s e n t a b a n c a s i 1 0 6 t .

PRODUCCIÓN. E l p r o c e s o más i m p o r t a n t e 1 0 p a r a p r o d u c i r ácido fosfórico p o r vía húm e d a u t i l i z a ácido sulfúrico, c o m o s e m u e s t r a e n l a s f i g u r a s 1 6 . 5 y 1 6 . 6 . L a s r e a c c i o n e s e s e n c i a l e s s o n :

C a F 2 - 3 C a 3 ( P 0 4 ) 2 + 1 0 H 2 S O 4 + 2 0 H 2 O — 1 0 C a S O 4 - 2 H 2 O + 2HFÍ + 6 H 3 P 0 4

9 K e y C h e m i c a l s , P h o s p h o r i c A c i d , Chem. Erg. News, 6 0 ( 4 ) 2 0 ( 1 9 8 2 ) . 1 0 F e r t i l i z e r N e e d s S p u r W e t - P r o c e s s P h o s p h o r i c , Jhem. Eng. News 4 5 ( 1 2 ) 5 4 ( 1 9 6 7 ) .

R e a c t o r e s

F i g . 1 6 . 5 . M a n u f a c t u r a d e l ácido fosfórico p o r e l p r o c e s o húmedo, u t i l i z a n d o f i l t r o s d e l a v a d o d e b a n d e j a b a s c u l a n t e B i r d - P r a y o n . L a e f i c i e n c i a g l o b a l e s d e 9 4 a 9 8 % y p r o d u c e u n ácido d e u n a concentración d e 30 a 3 2 % d e P 2 O S .


o , e x p r e s a d o e n f o r m a más s e n c i l l a ,

C a 3 ( P 0 4 ) 2 + 3 H 2 S 0 4 + 6 H 2 0 - 2 H 3 P 0 4 + 3 C a S 0 4 - 2 H 2 0 Y e s o

L a r o c a fosfórica c r u d a , u o c a s i o n a l m e n t e l a r o c a c a l c i n a d a s i s e d e s e a u n ácido c l a r o , v e r d e , s e d i g i e r e c o n ácido sulfúrico. E l t i e m p o d e retención varía e n t r e 1 . 5 y 1 2 h , y l a s c o n d i c i o n e s s e c o n t r o l a n p a r a p r o d u c i r c r i s t a l e s d e y e s o q u e s o n fácilmente f i l t r a b l e s . L a reacción s e enfría p o r m e d i o d e u n e n f r i a d o r d e vacío (instantáneo). L a m e z c l a d e reacción s e f i l t r a c o n u n f i l t r o d e c h a r o l a b a s c u l a n t e B i r d - P r a y o n , m o s t r a d o e n l a f i g u r a 1 6 . 6 . E n e s t e p r o c e s o s e p r o d u c e ácido d e 2 8 a 3 2 % q u e después d e b e c o n c e n t r a r s e p a r a l a m a y o r p a r t e d e l o s u s o s .

O t r o p r o c e s o e s e l d e l r e a c t o r isotérmico d e ácido fosfórico S w e n s o n , e n e l q u e s e e m p l e a u n c r i s t a l i z a d o r a l vacío d e u n s o l o r e c i p i e n t e . L a s v e n t a j a s a d j u d i c a d a s a e s t e p r o c e s o s o n : c o s t o s d e c a p i t a l r e d u c i d o s , d e c o n s u m o d e s e r v i c i o s y d e m a n t e n i m i e n t o , así c o m o a l t a e f i c i e n c i a d e operación c o n recuperación m e j o r a d a d e P 2 O 5 . 1 1 R e c i e n t e m e n t e s e t u v o l a i d e a d e p r o d u c i r e l s u l f a t o d e c a l c i o s e m i h i d r a t a d o ( C a S 0 4 l / 2 H 2 0 )

" O l i v i e r , W e t P r o c e s s A c i d P r o d u c t i o n , Chem. Eng. Prog. 7 4 ( 1 1 ) 5 5 ( 1 9 7 8 ) ; E C T , 3 d ed„ v o l . 1 7 , 1 9 8 2 , p p . 4 2 6 - 5 3 9 .

F i g . 16 .6 . F i l t r o d e c h a r o l a b a s c u l a n t e B i r d - P r a y o n p a r a l a m a n u f a c t u r a d e l ácido fosfórico. L a a l i m e n t a ción e n t r a c o n t i n u a m e n t e a l a s c h a r o l a s , q u e están c o n e c t a d a s a l a f u e n t e d e vacío. E l m a r c o c i r c u l a r q u e s o p o r t a l a s c h a r o l a s g i r a , d e m a n e r a q u e c a d a u n a d e e l l a s p a s a s u c e s i v a m e n t e b a j o e l número d e s e a d o d e l a v a d o s . Después d e l l a v a d o f i n a l e l l i c o r h a s i d o c o m p l e t a m e n t e d r e n a d o , e l vacío s e l i b e r a y s e i n v i e r t e c o m p l e t a m e n t e l a c h a r o l a 180°. L a t o r t a s e c a e , y s u caída está a s e g u r a d a p o r u n c h o r r o d e a i r e i n v e r s o a través d e l m e d i o f i l t r a n t e , q u e e s l i m p i a d o t o t a l m e n t e p o r m e d i o d e u n a d u c h a a a l t a presión m i e n t r a s q u e l a b a n d e j a está todavía i n v e r t i d a . E l m e d i o f i l t r a n t e y e l área d e d r e n a j e s e p u r g a n e n t o n c e s p o r vacío, y l a c h a r o l a v u e l v e a l a posición d e alimentación. ( B i r d M a c h i n e C o . )


e n v e z d e l d i h i d r a t o u s u a l . 1 2 L a d e s v e n t a j a está e n q u e e l s e m i h i d r a t o e s i n e s t a b l e y podría c o n g e l a r s e e n l a s tuberías, p e r o l a g r a n v e n t a j a e s q u e s e p r o d u c e d i r e c t a m e n t e ácido d e 4 2 a 5 0 % s i n e l c o s t o s o p a s o d e evaporación q u e e s n e c e s a r i o c u a n d o s e p r o d u c e e l d i h i d r a t o . E l ácido d e g r a d o c o m e r c i a l e s d e 5 4 % .

C a s i t o d o s l o s p r o d u c t o r e s d e E s t a d o s U n i d o s están u t i l i z a n d o e l p r o c e s o d e l d i h i d r a t o . E n 1 9 8 1 había u n s o l o p r o d u c t o r q u e e m p l e a b a e l p r o c e s o d e l s e m i h i d r a t o , p e r o c o m o l o s c o s t o s d e energía continúan s u b i e n d o , s e e s p e r a q u e más p l a n t a s u t i l i z a rán e l p r o c e s o d e l s e m i h i d r a t o . E l a h o r r o p o t e n c i a l d e energía e s d e 2 . 3 a 3 . 5 G J / t .

E l p r o c e s o H a i f a e s o t r o método d e producción d e ácido p o r vía húmeda. E n éste s e e m p l e a ( 1 ) ácido clorhídrico p a r a a c i d u l a r ( e n l i g e r o e x c e s o p a r a e v i t a r l a f o r m a ción d e f o s f a t o monocálcico); ( 2 ) u n d i s o l v e n t e orgánico ( a l c o h o l e s C¡ o C 4 ) p a r a e x t r a e r e l ácido fosfórico; ( 3 ) a g u a p a r a e x t r a e r e l ácido fosfórico ( c o n u n a pequeña c a n t i d a d d e d i s o l v e n t e y d e ácido clorhídrico); concentración, p a r a e l i m i n a r l a s pequeñas c a n t i d a d e s d e d i s o l v e n t e s y d e ácido clorhídrico y p a r a d a r u n p r o d u c t o d e a l t o g r a d o . E s t e p r o c e s o f u e d e s a r r o l l a d o e n I s r a e l y s e h a a p l i c a d o e n Japón y e n E s t a d o s U n i d o s . 1 3 E l g r a n a u m e n t o e n e l p r e c i o d e l a z u f r e ( d e 7 0 a 1 4 0 dólares p o r t o n e l a d a métrica e n t r e 1 9 7 9 y 1 9 8 1 ) h a r e n o v a d o e l interés e n e l p r o c e s o d e l ácido nítrico, t a n t o p a r a e l ácido fosfórico c o m o p a r a e l s u p e r f o s f a t o .

P U R I F I C A C I Ó N . 1 4 C o n f r e c u e n c i a , e l ácido c r u d o d e l p r o c e s o húmedo e s n e g r o y c o n t i e n e m e t a l e s y flúor d i s u e l t o s , así c o m o c o m p u e s t o s orgánicos d i s u e l t o s y c o l o i d a l e s . L a s i m p u r e z a s sólidas s u s p e n d i d a s s e e l i m i n a n a m e n u d o p o r sedimentación. L a extracción p o r d i s o l v e n t e s o l a precipitación p o r d i s o l v e n t e s s e u t i l i z a p a r a e l i m i n a r l a s i m p u r e z a s d i s u e l t a s . E n l a extracción p o r d i s o l v e n t e s s e e m p l e a u n d i s o l v e n t e p a r c i a l m e n t e m i s c i b l e , c o m o e l n - b u t a n o l , e l i s o b u t a n o l o e l n - h e p t a n o l . E l ácido fosfórico e s extraído, y l a s i m p u r e z a s s e d e j a n detrás. E n l a retroextracción c o n a g u a s e r e c u p e r a e l ácido fosfórico p u r i f i c a d o . E n l a precipitación c o n d i s o l v e n t e s s e u t i l i z a u n d i s o l v e n t e c o m p l e t a m e n t e m i s c i b l e , además d e álcalis o a m o n i a c o p a r a p r e c i p i t a r l a s i m p u r e z a s c o m o s a l e s d e f o s f a t o . D e s p u é s d e l a filtración, s e s e p a r a e i d i s o l v e n t e p o r destilación y

s e r e c i c l a .

RECUPERACIÓN D E L URANIO." H a y u r a n i o e n t o d a s l a s r o c a s fosfóricas d e E s t a d o s U n i d o s . L a s r o c a s d e F l o r i d a s o n l a s q u e c o n t i e n e n más, y l a s d e l o s e s t a d o s o c c i d e n t a -

1 2 A n E n e r g y S a v i n g R o u t e t o P h o s p h o r i c A c i d , Chem Week 1 2 8 ( 2 ) 4 6 ( 1 9 8 1 ) ; D a v i s , C o g e n e r a t i o n ' s P l a c e i n a M o d e r a F a c i l i t y , Chem. Eng. Prog. 7 8 ( 3 ) 4 6 ( 1 9 8 2 ) ; P a r k i n s o n , P h o s p h o r i c A c i d P r o c e s s P r o v e n f o r L a r g e - C a p a c i t y P l a n t s , Chem. Eng. 8 9 ( 1 8 ) 6 6 ( 1 9 8 2 ) .

, 3 E C T , 3 d e d . , v o l . 1 0 , 1 9 8 0 , p . 6 9 . 1 4 M c C u l l o u g h , P h o s p h o r i c A c i d P u r i f i c a t i o n , Chem. Eng. 8 3 ( 2 6 ) 1 0 1 ( 1 9 7 6 ) ; B e r g d o r f a n d

F i s c h e r , E x t r a c t i v e P h o s p h o r i c A c i d P u r i f i c a t i o n , Chem. Eng. Prog. 7 4 ( 1 1 ) 4 1 ( 1 9 7 8 ) ; D a v -i s t e r a n d P e e t e r b r o e c k , T h e P r a y o n P r o c e s s F o r W e t - A c i d P u r i f i c a t i o n , Chem. Eng. Prog. 7 8 ( 3 ) 3 5 ( 1 9 8 2 ) .

" K o u l o h e r i s , U r a n i u m f r o m P h o s p h o r i c A c i d , ( C h e m . E n g . 8 7 ( 1 6 ) 8 2 ( 1 9 8 0 ) ; ) B e r r y , R e c o v e r y o f U r a n i u m f r o m P h o s p h o r i c A c i d , ( C h e m . E n g . P r o g . 7 7 ( 2 ) 7 6 ( 1 9 8 1 ) . ) A m b o s artículos t i e n e n e x c e l e n t e s d i a g r a m a s d e f l u j o .


l e s l a s q u e c o n t i e n e n m e n o s . Está p r e s e n t e c o m o u n c o n s t i t u y e n t e a l n i v e l d e t r a z a s , p e r o d e b i d o a s u a l t o v a l o r , s u recuperación s e está v o l v i e n d o i m p o r t a n t e . L o s métodos e m p l e a d o s p o r l o g e n e r a l s o n l a extracción p o r d i s o l v e n t e s d e l ácido d e l p r o c e s o húmed o c o n ácido o c t i l pirofosfórico ( A O P F ) e n k e r o s e n o , l a extracción c o n u n a m e z c l a d e óxido d e t r i - N - o c t i l o f o s f i n a y ácido fosfórico d i - 2 - e t i l - h e x i l o ( O T O F - A F D 2 E H ) o e l e m p l e o d e l O T O F - A F D 2 E H c o m b i n a d o c o n ácido fosfórico o c t i l f e n i l o ( A F O F ) . E l v a l o r energético d e l u r a n i o extraído, q u e s e c o n v i e r t e e n l a t o r t a a m a r i l l a , U 3 0 8 , e s d i e z v e c e s m a y o r q u e l a energía r e q u e r i d a p a r a p r o d u c i r l o . E s t o podría h a c e r a l a i n d u s t r i a d e l f o s f a t o u n p r o d u c t o r n e t o d e energía.

E n 1 9 8 1 s e r e c u p e r a r o n 1 . 8 X 1 0 6 k g d e t o r t a a m a r i l l a e n E s t a d o s U n i d o s . E s t o constituyó a l r e d e d o r d e l 1 0 a l 1 5 % d e l a d e m a n d a d e d i c h o país. Más d e l a m i t a d d e l a d e m a n d a e s p o t e n c i a l m e n t e r e c u p e r a b l e c o m o r e s u l t a d o d e l a producción d e l ácido fosfórico.

FÓSFORO Y A C I D O FOSFÓRICO D E H O R N O ELÉCTRICO

E s t e e l e m e n t o s e producía a l p r i n c i p i o , e n pequeña e s c a l a c o m e r c i a l , t r a t a n d o h u e s o s c a l c i n a d o s c o n ácido sulfúrico, f i l t r a n d o e l ácido fosfórico y evaporándolo h a s t a q u e t u v i e r a u n a g r a v e d a d específica d e 1 . 4 5 . E s t o s e m e z c l a b a c o n carbón d e m a d e r a o c o n c o q u e , s e volvía a c a l e n t a r , s e e v a p o r a b a e l a g u a , l u e g o s e c a l c i n a b a a c a l o r b l a n c o e n r e t o r t a s . Después s e d e s t i l a b a e l fósforo, colectándolo b a j o a g u a , y purificándolo p o r redestilación. E n l a a c t u a l i d a d , l a producción d e l fósforo d e p e n d e todavía d e l a v o l a t i lización d e l e l e m e n t o d e s u s c o m p u e s t o s e n c o n d i c i o n e s r e d u c t o r a s . D u r a n t e l a s últim a s décadas e l método h a c a m b i a d o , s o b r e t o d o e n l o s d e t a l l e s y e n e l v o l u m e n d e l a producción. E l fósforo e l e m e n t a l s e f a b r i c a a g r a n e s c a l a c o m o u n p r o d u c t o químico p e s a d o y s e e m b a r c a e n c a r r o s - t a n q u e d e s d e e l p u n t o i n i c i a l d e m a n u f a c t u r a , d o n d e l a s m a t e r i a s p r i m a s s o n b a r a t a s , h a s t a p l a n t a s d i s t a n t e s , p a r a s e r c o n v e r t i d o e n ácido fosfórico, f o s f a t o s y o t r o s c o m p u e s t o s .

R E A C C I O N E S . E l fósforo s e p r o d u c e p o r e l método d e l h o r n o eléctrico ( F i g . 1 6 . 7 ) . S e c o n s i d e r a q u e l a s r e a c c i o n e s q u e t i e n e n l u g a r s o n l a s s i g u i e n t e s : l a s m a t e r i a s p r i m a s s o n r o c a fosfórica, sílice y c o q u e :

C a F 2 - 3 C a 3 ( P 0 4 ) 2 + 9 S i 0 2 + 1 5 C — C a F 2 + 6 P 4 - 1 5 C O

o , e x p r e s a d o más s e n c i l l a m e n t e :

2 C a 3 ( P 0 4 ) 2 + 6 S i 0 2 + 1 0 C — 6 C a S i 0 3 + P 4 + 1 0 C O A H = - 3 0 5 5 k j

L a sílice e s u n a m a t e r i a p r i m a e s e n c i a l q u e s i r v e c o m o ácido y c o m o f u n d e n t e . A l r e d e d o r d e 2 0 % d e l flúor p r e s e n t e e n l a r o c a fosfórica e s c o n v e r t i d o e n S i F 4 y v o l a t i l i z a d o . E n p r e s e n c i a d e v a p o r d e a g u a , r e a c c i o n a p a r a d a r S i 0 2 y H 2 S i F 6 :

3 S i F 4 + 2 H 2 Q — 2 H 2 S i F 6 + S i Q 2


A r e n a d e l o s f a t o

p r e p a r a d a

P R O P O R C I O N A D O ? ,

P R E C I P I T A D O R D E P O L V O

A g u a r C O N D E N S A D O R D E FÓSFORO

V V B o m b a

E s c o r i a

S u m i d e r o

Gas d e d e s e c h o

C h i m e n e a

Q U E M A D O R ácido fosfórico B o m b a T A N Q U E D E A C I D O

P a r a p r o d u c i r 1 t d e H 3 P 0 4 d e 8 5 % s e n e c e s i t a n l o s s i g u i e n t e s m a t e r i a l e s y s e r v i c i o s :

R o c a fosfórica ( c o n 3 5 . 6 % d e P 2 O s )

R o c a d e sílice C o q u e

1000 k g H i e r r o

320 k g E l e c t r i c i d a d 377 k g M a n o d e o b r a d i r e c t a ( e s t . )

( d e p e n d e d e l a s n e c e s i d a d e s d e ferrofósforo)

13 840 M J 0 .5 -1 h o r a s - h o m b r e

F i g . 16 .7 . D i a g r a m a d e f l u j o d e l a producción d e fósforo. E n l a m a y o r p a r t e d e l o s c a s o s , e l fósforo c a l i e n t e s e b o m b e a h a c i a a d e n t r o d e u n c a r r o - t a n q u e a i s l a d o y s e e m b a r c a a l a p l a n t a d e oxidación, e n d o n d e s e c o n v i e r t e e n ácido fosfórico y e n d i f e r e n t e s f o s f a t o s .

E l flúor n o e s r e c u p e r a d o p o r l o s f a b r i c a n t e s d e fósforo, p e r o e l C O s e e m p l e a c o m o c o m b u s t i b l e p a r a l a preparación d e l a c a r g a d e l h o r n o . L a e s c o r i a s a c a d a d e l h o r n o s e v e n d e c o m o l a s t r e , c o m o a g r e g a d o o c o m o r e l l e n o . E l ferrofósforo e s extraído a m e d i d a q u e e s n e c e s a r i o , y s u c a n t i d a d d e p e n d e d e l p o r c e n t a j e d e h i e r r o q u e h u b i e r a o r i g i n a l m e n t e e n l a c a r g a o q u e h a y a s i d o añadido. E l fósforo s e e m p l e a u s u a l m e n t e c o m o u n p r o d u c t o i n t e r m e d i o , y e s e m b a r c a d o h a c i a l o s c e n t r o s d e c o n s u m o , e n d o n d e e s q u e m a d o u o x i d a d o p a r a d a r P 2 0 5 , q u e e s d i s u e l t o e n a g u a p a r a f o r m a r ácidos u o t r o s c o m p u e s t o s :

Pentóxido d e fósforo: 4 P + 5 0 2 — 2 P 2 0 5 A / / = - 3 0 1 5 k ] Ácido ortofosfórico: P 2 0 5 + 3 1 L O — 2 H ¡ P 0 4 A H = - 1 8 8 k j

L a s r e a c c i o n e s p r e c e d e n t e s , p a r a e l ácido común u ortofosfórico, están c o m e r c i a l i z a d a s e n l a s s i g u i e n t e s s e c u e n c i a s , c o m o s e e j e m p l i f i c a e n l a s f i g u r a s 1 6 . 5 y 1 6 . 6 p a r a e l ácido d e p r o c e s o húmedo, e n comparación c o n l a f i g u r a 1 6 . 7 p a r a e l fósforo y e l ácido d e h o r n o h e c h o a p a r t i r d e él.

E l p r o c e s o d e l h o r n o e léctr ico 1 6 s e utilizó c o m e r c i a l m e n t e p o r p r i m e r a v e z e n 1 9 2 0 . E s t e p r o c e s o p e r m i t e e l u s o d e r o c a d e g r a d o i n f e r i o r a l a d e l p r o c e s o húmedo p a r a e l ácido fosfórico, y a q u e l a e s c o r i a a r r a s t r a l a s i m p u r e z a s . E n r e a l i d a d , c o n f r e -

1 6 C u r t i s , T h e M a n u f a c t u r e o f P h o s p h o r i c A c i d b y t h e E l e c t r i c F u r n a c e M e t h o d , Trans. AIChE 3 1 2 7 8 ( 1 9 3 5 ) ; M a n t e l l , Electrochemical Engineering, 4 t h e d . , M c G r a w - H i l l , N e w Y o r k , 1 9 6 0 , p p . 5 2 3 - 5 3 2 ( d a t a a n d d i a g r a m ) ; H i g h e t t a n d S t r i p l i n , E l e m e n t a l P h o s p h o r u s i n F e r t i l i z e r M a n u f a c t u r e , Chem. Eng. Prog. 6 3 ( 5 ) 8 5 ( 1 9 6 7 ) ; B r y a n t , H o l l o w a y a n d S i l b e r , P h o s p h o r u s P l a n t D e s i g n , Ind. Eng. Chem. 6 2 ( 4 ) 8 ( 1 9 7 0 ) .


Ácido fosfórico d e p r o c e s o húmedo Fósforo y ácido d e h o r n o eléctrico

L a r o c a fosfórica s e m u e l e f i n a m e n t e y s e h a c e l a p u l p a p r e v i a e n e l t a n q u e d e m e z c l a d o c o n H 3 P O 4 frío, r e c i c l a d o , d e l e n f r i a d o r d e l e c h a d a .

E l d e r r a m e d e l t a n q u e d e m e z c l a d o s e h a c e r e a c c i o n a r c o n H 2 S 0 4 y c o n H 3 P 0 4 r e c i c l a d o e n u n s i s t e m a d i g e s t o r a g i t a d o , f o r m a n d o c r i s t a l e s d e y e s o y H , P O 4 .

L a m a s a d e l e c h a d a s e r e c i c l a a través d e l e n f r i a d o r d e l e c h a d a .

E l r e s t o d e l a l e c h a d a s e c o n d u c e a través d e l t a n q u e d e alimetación d e l f i l t r o a l a s c e l d a s d e l a u n i d a d r o t a t o r i a d e filtación d e c h a r o l a b a l a n c e a d a B i r d - P r a y o n . .

E n l a s c h a r o l a s p r o g r e s i v a s y b a l a n c e a d a s d e e s t e f i l t r o , e l H 3 P 0 4 e s s e p a r a d o d e l y e s o u t i l i z a n d o l a v a d o d e t r e s e t a p a s a c o n t r a c o r r i e n t e .

E l y e s o s e t i r a automáticamente L o s g a s e s d e s a l i d a s e l a v a n p a r a e x t r a e r e l flúor a n t e s

d e a r r o j a r l o s a l a i r e . E l H 3 P O 4 p u e d e s e r u t i l i z a d o d i r e c t a m e n t e (28-32%)

d e P 2 0 5 ) o c o n c e n t r a r s e .

R o c a fosfórica m o l i d a y c l a s i f i c a d a . R o c a y a r e n a m e z c l a d a s c o n c o q u e , s i n t e r i z a d a s e i n t r o d u c i d a s a l h o r n o eléctrico. L a m e z c l a s e c a l i e n t a y s e r e d u c e a t e m p e r a t u r a

e l e v a d a . L a e s c o r i a y e l ferrofósforo s a l e n p o r s e p a r a d o . E l v a p o r d e fósforo y e l C O s e e x t r a e n y e l fósforo s e

c o n d e n s a .

E l fósforo s e t r a n s p o r t a e n c a r r o s - t a n q u e a l o s c e n t r o s d e c o n s u m o .

S e f u n d e e l fósforo y s e rocía d e n t r o d e u n a t o r r e d e o x i dación d e a c e r o i n o x i d a b l e .

E l fósforo s e o x i d a a P 2 O 5 . E l P 2 0 5 s e enfría y s e h i d r a t a e n u n h i d r a t a d o r d e a c e r o

i n o x i d a b l e o e n u n a t o r r e , c o n t r a a g u a o H 3 P 0 4 d i l u i d o L a n e b l i n a d e H 3 P 0 4 s e p r e c i p i t a e n u n p r e c i p i t a d o r e l e c

trostático o e n u n e l i m i n a d o r d e n e b l i n a s B r i n k . E l H 3 P 0 4 s e f i l t r a y s e p u r i f i c a .

c u e n c i a s e p r e f i e r e n l o s g r a d o s i n f e r i o r e s p o r s u m e j o r b a l a n c e d e C a O / S i 0 2 p a r a l a formación d e e s c o r i a . E l r e q u i s i t o p r i n c i p a l e s e l e c t r i c i d a d b a r a t a .

L a r o c a fosfórica d e b e c a r g a r s e e n f o r m a d e t e r r o n e s o d e u n tamaño d e + 8 m a l l a s ( F i g . 1 6 . 1 ) . E l m a t e r i a l f i n o t i e n d e a b l o q u e a r l a s a l i d a d e l o s v a p o r e s d e fósforo y a c a u s a r p u e n t e o s y u n a b a j a d a d e s i g u a l d e l a c a r g a d e l h o r n o , l o q u e r e s u l t a e n b o c a n a d a s y e n e l a r r a s t r e d e c a n t i d a d e s e x c e s i v a s d e p o l v o . L o s t e r r o n e s d e f o s f a t o p u e d e n p r e p a r a r s e e n l a s f o r m a s s i g u i e n t e s : ( 1 ) p e l e t i z a n d o p o r v u e l c o s o p o r e x t r u sión, ( 2 ) a g l o m e r a n d o p o r n o d u l a d o a a l t a s t e m p e r a t u r a s , ( 3 ) s i n t e r i z a n d o u n a m e z c l a d e f o s f a t o s f i n o s y c o q u e , y ( 4 ) b r i q u e t e a n d o , c o n l a adición d e u n a g l o m e r a n t e a d e c u a d o . Después d e l a aglomeración, s e añaden c i s c o d e c o q u e y u n f u n d e n t e s i l i c o s o ( g r a v a ) , y l o s m a t e r i a l e s s e c a r g a n e n e l h o r n o eléctrico. S i s e d e s e a m á s ferrofósforo, s e añaden b a l i n e s d e h i e r r o a l a c a r g a . U n d i a g r a m a d e f l u j o c o n l a s c a n t i d a d e s r e q u e r i d a s s e m u e s t r a e n l a f i g u r a 1 6 . 7 . E l f o n d o d e l h o r n o está f o r m a d o p o r b l o q u e s d e c a r bón, y e s t e r e c u b r i m i e n t o s e e x t i e n d e p o r l a p a r e d h a s t a u n p u n t o m u y p o r e n c i m a d e l c h a r c o d e e s c o r i a . A p a r t i r d e e s t e p u n t o s e e m p l e a u n r e c u b r i m i e n t o d e l a d r i l l o r e f r a c t a r i o d e g r a d o s u p e r i o r . U n a c u b i e r t a c o m o d o m o , d e a c e r o , c o n u n r e c u b r i m i e n t o d e fundición r e f r a c t a r i a , c u b r e e l h o r n o . Aquí s e i n c l u y e n a b e r t u r a s p a r a l o s e l e c t r o d o s y p a r a i n t r o d u c i r l a s m a t e r i a s p r i m a s . L o s e l e c t r o d o s s o n d e r o s c a p a r a f a c i l i t a r s u r e e m p l a z o c u a n d o s e c o n s u m a e l carbón. L o s g a s e s y e l v a p o r d e fósforo s e e x t r a e n p o r u n e x t r e m o d e l h o r n o . L a e s c o r i a d e l h o r n o , r i c a e n c a l c i o , s e s a n g r a p o r l o g e n e r a l p e riódicamente y s e t r i t u r a p a r a u t i l i z a r l a e n l a m a n u f a c t u r a d e l v i d r i o , p a r a d a r c a l a l s u e l o y c o m o f i r m e p a r a b a l a s t a . E l ferrofósforo e s s a n g r a d o p o r s e p a r a d o , o b i e n s a l e j u n t o c o n l a e s c o r i a c u a n d o ésta e s s e p a r a d a , y s e v e n d e c o m o a d i t i v o d e fósforo p a r a e l


a c e r o . E n e s t e p r o c e s o q u e d a e l 8 0 % d e l flúor e n l a e s c o r i a . L a pequeña porción q u e s a l e c o n e l g a s e s a b s o r b i d a e n e l a g u a q u e s e e m p l e a p a r a c o n d e n s a r e l fósforo.

E l ácido fosfórico p u r o , f u e r t e , s e p r o d u c e a p a r t i r d e fósforo e l e m e n t a l p o r o x i d a ción e hidratación. Véase l a f i g u r a 1 6 . 7 y l a s r e a c c i o n e s p r e c e d e n t e s y s e c u e n c i a s d e m a n u f a c t u r a . L a t o r r e d e oxidación, o cámara, s e c o n s t r u y e d e l a d r i l l o r e s i s t e n t e a l ácido o d e a c e r o i n o x i d a b l e . 1 7 E l ácido fosfórico e s c u r r e p o r l a s p a r e d e s y a b s o r b e e l 7 5 % d e l P 2 O 5 y también c a l o r . E s t e ácido es e n f r i a d o , se e x t r a e p a r t e y p a r t e se r e c i r c u -l a . E l 2 5 % r e s t a n t e s e p a s a c o m o n i e b l a h a c i a u n e l i m i n a d o r d e n i e b l a C o t r e l l o B r i n k p a r a s e r c o l e c t a d o . E n a l g u n a s p l a n t a s m o d e r n a s s e p r o d u c e ácido superfosfórico. d e 7 6 % d e P 2 O 5 , e q u i v a l e n t e a ácido ortofosfórico d e 1 0 5 % , c o n e l q u e se p u e d e n e l a b o r a r a l i m e n t o s p a r a p l a n t a s d e más a l t o s p o r c e n t a j e s , p o r e j e m p l o , p o l i f o s f a t o d e a m o n i o , s u p e r f o s f a t o a l 5 4 % y f e r t i l i z a n t e líquido 1 0 - 3 4 - 0 . E n o t r a s p l a n t a s d e p r o c e s a m i e n t o s e p r o d u c e ácido ortofosfórico d e 7 5 a 8 5 % , d e p e n d i e n d o d e l p r o c e s o e n e l q u e s e v a a u t i l i z a r .

E l ácido fosfórico d e a l t o c o n t e n i d o d e P 2 O 5 c o n s i s t e e n m e z c l a s d e v a r i o s f o s f a t o s c o n c i e r t a distribución d e l o n g i t u d e s d e c a d e n a s . L a s e s p e c i e s m o l e c u l a r e s i n d i v i d u a l e s s o n difíciles d e p r e p a r a r . E l ácido pirofosfórico ( H 4 P 2 0 7 ) p u e d e o b t e n e r s e sólo a t r a vés d e u n p r o c e s o d e cristalización l e n t o , y p o r e n c i m a d e s u p u n t o d e fusión s e i n v i e r t e rápidamente a u n a distribución d e v a r i o s f o s f a t o s e n c a d e n a . S i e l P 2 0 5 s e d i s u e l v e c u i d a d o s a m e n t e e n a g u a fría, l a m a y o r p a r t e d e l f o s f a t o estará e n f o r m a d e a n i l l o s d e t e t r a m e t a f o s f a t o .

F O S F A T O S

FOSFATOS D E SODIO. L o s v a r i o s f o s f a t o s d e s o d i o r e p r e s e n t a n l a m a y o r c a n t i d a d d e p r o d u c t o s químicos b a s a d o s e n e l ácido fosfórico p u r o o b t e n i d o e n s u m a y o r p a r t e d e fósforo e l e m e n t a l . L o s f o s f a t o s s o n c o m p u e s t o s d e fósforo e n l o s q u e l o s a n i o n e s t i e n e n c a d a átomo d e fósforo r o d e a d o p o r c u a t r o átomos d e oxígeno c o l o c a d o s e n l a s e s q u i n a s d e u n t e t r a e d r o . C a d e n a s , a n i l l o s y polímeros r a m i f i c a d o s r e s u l t a n d e l a c o m partición d e átomos d e oxígeno p o r l o s t e t r a e d r o s . L o s ortofosfatos están b a s a d o s e n e l t e t r a e d r o s i m p l e P 0 4 c o m o u n a u n i d a d monomérica e i n c l u y e n a l f o s f a t o monosódico ( F M S ) ( N a H 2 P 0 4 ) ; a l f o s f a t o disódico ( F D S ) ( N a 2 H P 0 4 ) y a l f o s f a t o trisódico ( F T S ) ( N a j P 0 4 - l / 4 N a O H - 1 2 H 2 0 ) . L a s d o s p r i m e r a s s a l e s d e s o d i o s e o b t i e n e n a p a r t i r d e ácido fosfórico y c a r b o n a t o d e s o d i o c o m b i n a d o s e n l a s p r o p o r c i o n e s m o l e c u l a r e s a d e c u a d a s ; l a solución s e p u r i f i c a s i e s n e c e s a r i o , s e e v a p o r a , s e s e c a y s e m u e l e . E l F T S s e e l a b o r a también a p a r t i r d e ácido fosfórico y c a r b o n a t o d e s o d i o , p e r o s e n e c e s i t a s o s a cáustica p a r a s u s t i t u i r a l t e r c e r hidrógeno d e l ácido fosfórico. E s t a s s a l e s s e e m p l e a n e n e l t r a t a m i e n t o d e a g u a s , p o l v o s d e h o r n e a r ( F M S ) , s u s t a n c i a s c o n t r a i n c e n d i o s , d e t e r g e n t e s , l i m p i a d o r e s , y fotografías ( F T S ) . L o s ácidos fosfóricos condensados o deshidratados molecular mente y s u s s a l e s t i e n e n u n a relación m o l a r H 2 0 / P 2 0 5 i n f e r i o r a 3 y m a y o r d e 1 , y p o s e e n l a u n i d a d d e c a d e n a u n i t a r i a P O P . L o s más c o n o c i d o s s o n l o s

1 7 B r i n k , N e r F i b e r M i s t E l i m i n a t o r , ( C h e m . E n g . 6 6 1 8 3 ( 1 9 5 9 ) ; ) B r i n k . i n c h a p . 1 5 B , p a r a e q u i p o d e recolección d e n e b l i n a s , vcásc P e r r y , p p . 1 8 - 8 2 a 1 8 - 9 3 , Gas Purification Proces-ses f o r Air Pollution Control, ( N o n h e b e l ( e d . ) , N e w n e s - B u t t e r w o r t h s , L o n d o n , 1 9 7 2 ; )


polifosfatos: p i r o f o s f a t o s ( M 4 P 2 0 7 ) y t r i p o l i f o s f a t o s ( M 5 P 3 O 1 0 ) . C u a n d o c u a l q u i e r a d e l o s ácidos fosfóricos c o n d e n s a d o s s e d i s u e l v e n e n a g u a , t i e n e l u g a r l a hidrólisis p a r a d a r ácido ortofosfórico. S u s s a l e s están r e p r e s e n t a d a s p o r e l m u y u t i l i z a d o t r i p o l i f o s f a t o d e s o d i o y p o r l o s p i r o f o s f a t o s tetrasódico y tetrapotásico.

P a r a p r o d u c i r e l t r i p o l i f o s f a t o d e s o d i o ( F i g . 1 6 . 8 ) e s n e c e s a r i o u n c o n t r o l d e f i n i d o d e l a t e m p e r a t u r a . C u a n d o e l F M S y e l F D S , e n p r o p o r c i o n e s c o r r e c t a s o e n m e z c l a s e q u i v a l e n t e s d e o t r o s f o s f a t o s , s e c a l i e n t a n d u r a n t e u n t i e m p o s u s t a n c i a l e n t r e 3 0 0 y 500°C , y l u e g o s e enfrían l e n t a m e n t e , e l p r o d u c t o está t o d o e n f o r m a d e t r i p o l i f o s f a t o .

E n l a f i g u r a 1 6 . 8 s e d e s c r i b e n l a s s i g u i e n t e s s e c u e n c i a s c o o r d i n a d a s p a r a c o m e r c i a l i z a r l a reacción:

N a H 2 P 0 4 + 2 N a 2 H P 0 4 — N a 5 P 3 O 1 0 + 2 H 2 0

S e h a c e n r e a c c i o n a r c a r b o n a t o d e s o d i o y ácido fosfórico d e ± 7 5 % e n e l t a n q u e d e m e z c l a d o .

L o s o r t o f o s f a t o s s e s e c a n e n u n s e c a d o r r o t a t o r i o o e n u n o d e rocío. E l t r i p o l i f o s f a t o d e s o d i o s e d e s h i d r a t a m o l e c u l a r m e n t e e n u n c a l c i n a d o r c a l e n t a

d o c o n g a s . E l t r i p o l i f o s f a t o s e t e m p l a , enfría y e s t a b i l i z a e n u n a u n i d a d r o t a t o r i a , c o n t i n u a y

t e m p l a d o r a . E l p r o d u c t o s e m u e l e , a l m a c e n a y e n v a s a .

S e h a n u t i l i z a d o c i e r t a s m o d i f i c a c i o n e s d e l e q u i p o , c o m o l a adición d e u n m e z c l a d o r d e a j u s t e a continuación d e l t a n q u e d e m e z c l a d o d e l r e a c t o r y u n a t o r r e d e rocío p a r a e l s e c a d o d e l o r t o f o s f a t o , j u n t o c o n u n r o t a t o r i o c o n t i n u o l a r g o p a r a l l e v a r a c a b o l a deshidratación (calcinación), t e m p l a d o , estabilización y e n f r i a m i e n t o e n u n a s o l a u n i d a d .

Ácido fosfórico

Rotámetro

o t e m p l a d o r a

F i g . 1 6 . 8 . D i a g r a m a d e u n a p l a n t a p a r a l a m a n u f a c t u r a d e p o l i f o s f a t o d e s o d i o c r i s t a l i n o . (Thomas L. Mari and John R. Van Wazen )


PIROFOSFATOS. E l p i r o f o s f a t o tetrasódico ( P F T S ) ( N a 4 P 2 0 7 ) , s e e m p l e a c o m o a b l a n d a d o r d e a g u a y c o m o r e l l e n o d e j a b o n e s y d e d e t e r g e n t e s . S e f a b r i c a p o r reacción e n t r e e l ácido fosfórico y e l c a r b o n a t o d e s o d i o p a r a d a r u n a solución d e F D S , q u e p u e d e s e c a r s e p a r a d a r N a 2 H P 0 4 a n h i d r o , o c r i s t a l i z a r s e p a r a d a r N a 2 H P 0 4 - 2 H 2 0 o N a 2 H P 0 4 ' 7 H 2 0 . E s t o s c o m p u e s t o s s e c a l c i n a n a a l t a t e m p e r a t u r a e n u n h o r n o r o t a t o

r i o c a l e n t a d o c o n petróleo o c o n g a s , p a r a d a r P F T S , e s u n a p l a n t a c o m o l a m o s t r a d a e n l a f i g u r a 1 6 . 8 . L a s r e a c c i o n e s p u e d e n e s c r i b i r s e c o m o :

2 N a 2 H P 0 4 — N a 4 P 2 0 7 + H a O 2 N a 2 H P 0 4 - 2 H 2 0 — N a 4 P 2 0 7 + 5 H 2 0

U n p i r o f o s f a t o ácido d e s o d i o , n o higroscópico, s e u t i l i z a m u c h o c o m o a g e n t e químico d e fermentación e n l a preparación d e r o s c a s , p a s t e l e s y m a s a s e m p a c a d a s p a r a g a l l e t a s . S e f a b r i c a p o r deshidratación p a r c i a l d e l o r t o f o s f a t o ácido monosódico a u n a t e m p e r a t u r a d e 160°C e n e l c u r s o d e 6 a 1 2 h .

2 N a H 2 P 0 4 - * N a 2 H 2 P 2 0 7 + H 2 0

FOSFATOS D E C A L C I O . E l f o s f a t o monobásico d e c a l c i o [ C a ( H 2 P 0 4 ) 2 H 2 0 ] s e p r o d u c e p o r cristalización, después d e l a evaporación y a l g o d e e n f r i a m i e n t o d e u n solución c a l i e n t e d e c a l y ácido fosfórico f u e r t e d e h o r n o . L o s c r i s t a l e s s e c e n t r i f u g a n , y e l l i c o r m a d r e , s u m a m e n t e ácido, s e r e g r e s a p a r a v o l v e r l o a u t i l i z a r . E s t a s a l a c i d a s e o b t i e n e también s e c a n d o p o r rocío u n a l e c h a d a d e l p r o d u c t o d e l a reacción e n t r e l a c a l y e l ácido fosfórico, p r o d u c t o q u e s e e m p l e a c o m o p o l v o d e h o r n e a r .

F o s f a t o dibásico de c a l c i o . E l f o s f a t o dibásico d e c a l c i o , q u e s e e m p l e a c o m o a g e n t e p u l i d o r e n l o s dentífricos, s e p r e p a r a a p a r t i r d e ácido fosfórico d e g r a d o d e h o r n o y c a l .

M e t a f o s f a t o de c a l c i o . E n 1 9 3 7 , l a T V A desarrolló u n f e r t i l i z a n t e c o n c e n t r a d o , C a ( P 0 3 ) 2 , a p a r t i r d e r o c a fosfórica, p o r l a s i g u i e n t e reacción:

C a F 2 - 3 C a 3 ( P 0 4 ) 2 + 6 P 2 O s + 2 H P 0 3 — 1 0 C a ( P O 3 ) 2 + 2HFÍ

E n e s t e p r o c e s o , e l P 2 O s e n t r a e n c o n t a c t o c o n l a r o c a e n t e r r o n e s e n u n p o z o v e r t i c a l . S e h a n m a n u f a c t u r a d o a l r e d e d o r d e 2 0 0 0 0 t d e e q u i v a l e n t e e n fósforo p o r año. E s t e m e t a f o s f a t o d e c a l c i o p u e d e v e r s e c o m o u n s u p e r f o s f a t o t r i p l e d e s h i d r a t a d o h e c h o d i r e c t a m e n t e a p a r t i r d e r o c a fosfórica. E l m e t a f o s f a t o d e c a l c i o e s b a s t a n t e i n s o l u b l e , y d e b e h i d r o l i z a r s e p a r a q u e s e a e f i c a z :

x C a ( P 0 3 ) 2 + x H 2 0 — x C a ( H 2 P 0 4 ) 2

F E R T I L I Z A N T E G R A N U L A R D E A L T O ANÁLISIS. S e t r a t a básicamente d e u n a a d a p

tación c o m e r c i a l d e l p r o c e s o T V A ( F i g . 1 6 . 9 ) p r e p a r a d o p a r a l a m a n u f a c t u r a d e l f e r t i l i z a n t e d e f o s f a t o diamónico ( F D A ) , y a s e a e l 2 1 - 5 4 - 0 , e m p l e a n d o ácido fosfórico d e

« 1 • L I O T I O Ácido fosfórico { 4 5 % d e P z 0 5 )

N i t r a t o d e a m o n i o , u r e a

y o t r o s sólidos

N H 3 v a p o r o l i q u i d o

A g u a

L a v a d o r

húmedo

Ciclón

L a v a d o r

húmedo


A g u a

_ L _ L a v a d o r húmedo

D e s e c h o

A m o n i a d o r

P r e n e u t r a l i z a d o r A i r e F i n o s

T a m i c e s

C o m b u s t i b l e

E m b a r q u e

G r u e s o s T

A l m a c e n a m i e n t o a g r a n e l

P a r a p r o d u c i r 1 t d e F D A g r a d o 18-46-0 s e n e c e s i t a n l o s s i g u i e n t e s m a t e r i a l e s v s e r v i c i o s :

A m o n i a c o 220 k g C o m b u s t i b l e 525 M J Ácido fosfórico 465 k g M a n o d e o b r a d i r e c t a 0 . 5 h o r a s - h o m b r e E l e c t r i c i d a d 200 M J

F i g . 16 .9 . D i a g r a m a d e flujo p a r a l a m a n u f a c t u r a d e l f o s f a t o diamónico ( F D A ) o f e r t i l i z a n t e d e a l t o anális i s . ( A u s t i n C o . )

h o r n o , o e l 1 8 - 4 6 - 0 , c o n ácido fosfórico d e p r o c e s o húmedo, o p a r a c u a l q u i e r a d e l o s m u c h o s g r a d o s d e f e r t i l i z a n t e g r a n u l a d o (véase C a p . 2 6 ) . E s t e último r e q u i e r e l a a d i ción d e i n s t a l a c i o n e s p a r a d o s i f i c a r m a t e r i a s p r i m a s sólidas y ácido sulfúrico p a r a e l a m o n i a d o r . E l a m o n i a c o a n h i d r o , líquido o v a p o r , y e l ácido fosfórico ( d e 4 0 a 4 5 % d e P 2 0 5 ) s e d o s i f i c a n c o n t i n u a m e n t e a u n t a n q u e atmosférico a g i t a d o ( p r e n e u t r a l i z a d o r ) e n l a s p r o p o r c i o n e s n e c e s a r i a s p a r a m a n t e n e r u n a relación d e 1 . 3 a 1 . 5 m o l d e a m o n i a c o p o r ñuidez d e l a l e c h a d a c o n u n a c a n t i d a d mínima d e a g u a y u n a pérdida r a z o n a b l e d e a m o n i a c o e n e l v a p o r d e s a l i d a d e l p r e n e u t r a l i z a d o r . E n e l p r e n e u t r a l i z a d o r e l c a l o r d e reacción e l e v a l a t e m p e r a t u r a d e l a m a s a , e v a p o r a n d o a p r o x i m a d a m e n t e 1 0 0 k g d e a g u a p o r t o n e l a d a métrica d e p r o d u c t o . L a l e c h a d a f o r m a d a e n e l p r e n e u t r a l i z a d o r f l u y e h a c i a u n g r a n u l a d o r - a m o n i a d o r t i p o T V A a más 0 m e n o s 120°C, d o n d e s e d i s t r i b u y e u n i f o r m e m e n t e s o b r e e l l e c h o d e m a t e r i a l sólido y , p a r a l a m a y o r p a r t e d e l o s g r a d o s , r e a c c i o n a c o n a m o n i a c o a d i c i o n a l q u e e s a l i m e n t a d o a través d e u n t u b o d i s t r i b u i d o r c o l o c a d o d e b a j o d e l a s u p e r f i c i e d e l l e c h o , p a r a c o m p l e t a r l a reacción c o n u n a relación m o l a r d e 2 . 0 ( f o s f a t o d iamónico) . 1 8 E l m a t e r i a l r e c i c l a d o y s e c a d o d e l t a m i z a d o d e l p r o d u c t o s e u t i l i z a p a r a c o n t r o l a r l a h u m e d a d , y s e d o s i f i c a u n a c a n t i d a d d e m a t e r i a p r i m a sólida a d i c i o n a l h a c i a e l a m o n i a d o r , según e l g r a d o d e l f e r t i l i z a n t e q u e s e p r o d u c e . E l a m o n i a d o r c o m b i n a l a s f u n c i o n e s d e reacción química, m e z c l a d o y formación d e l tamaño y f o r m a d e l a s partículas g r a n u l a d a s . L o s g r a n u l o s húmedos q u e s a l e n d e l a m o n i a d o r c a e n e n u n s e c a d o r r o t a t o r i o d e c o r r i e n t e

1 8 C h o p e y , F D A : M e r P l a n t U s h e r s i n P r o c e s s R e f i n e m e n t s , ( C h e m . Eng. 6 9 ( 6 ) 148 ( 1 9 6 2 ) ; ) P i p e R e a c t o r M a k i n g D i a m m o n i u m P h o s p h a t e , ( C h e m . Eng. 8 5 ( 4 1 ) 8 1 ( 1 9 7 8 ) . )


R E F E R E N C I A S S E L E C T A S

A l l c o c k , H . R . : P h o s p h o r u s - N i t r o g e n C o m p o u n d s , A c a d e m i c , N e w Y o r k , 1972. C o r b r i d g e , D . E . C : P h o s p h o r u s , E l s e v i e r , N e w Y o r k , 1980. E m s l e y , ] . a n d D . H a l l : T h e C h e m i s t r y of P h o s p h o r u s , W i l e y , N e w Y o r k , 1976. G o l d w h i t e , H . : I n t r o d u c t i o n to P h o s p h o r u s C h e m i s t r y , C a m b r i d g e U n i v . P r e s s , N e w Y o r k , 1981 . J o h n s o n , J . C ; A n t i o x i d a n t s 1975, N o y e s , P a r k R i d g e , N . J . , 1975. M a r t i n , I . F . : N e w T i r e E x t i n g u i s h i n g C o m p o u n d s , N o y e s , P a r k R i d g e , N . J . , 1972. P o r t e r , K . S . : N i t r o g e n a n d P h o s p h o r u s , A n n A r b o r S c i . P u b l , A n n A r b o r , M i c h . , 1975. S l a c k , A . V . : P h o s p h o r i c A c i d , M a r c e l D e k k e r , N e w Y o r k , 1968. T o y , A . D . F . : P h o s p h o r u s C h e m i s t r y in E v e r y d a y L i v i n g , A C S , C o l u m b u s , O h i o , 1976. T V A F e r t i l i z e r C o n f e r e n c e , O c t . 1981 , B u l l . Y - 1 7 0 , T V A / O A C D 82/5 , D e e . 1981.

industria del fosforo

Education