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  • Acidulao de Rochas Fosfticas para Obteno de cido Fosfrico

    1. Introduo

    Ado Benvindo da Luz Fernando Antonio Freitas Lins

    O objetivo do presente trabalho foi estudar a obteno de cido fosfrico pela acidulao com cido sulfrico, de rochas fosfticas . O cido fosfrico a ser produzido dever aproximar-se das caractersticas de um produto comercial.

    A importncia do cido fosfrico na indstria de fertilizantes , tem aumentado bastante nos ltimos anos. A principal aplicao est na indstria de fertilizantes , tais como superfosfato triplo e fertilizantes combinados.

    Basicamente existem dois mtodos comerciais para a fabricao de cido fosfrico: processo a forno eltrico e o processo por via mida. Entre estes dois, o processo por via mida tem exercido um papel mais importante na indstria de fertilizantes. Em vista disso, este processo tem se difundido mais rapidamente do que o processo a forno eltrico.

    O processo a forno eltrico, produz um cido de alta pureza, porm bastante caro, tornando sua utilizao proibitiva na manufatura de fertilizantes slidos. usado principalmente na indstria de detergente, na fabricao de fertilizantes lquidos e em outros produtos mais caros.

    O processo via-mida normalmente produz um cido fosfrico com impurezas, porm mais barato, da ser um processo mais difundido .

    Processo a Fomo Eltrlco

    Neste processo o elemento fsforo produzido pela reduo eletrotrmica com carbono (coque). A silica adicionada ao forno. comporta-se como um cido forte a altas

    83

    'I li ,I

    ii

  • temperaturas (1500C) e combina com o clcio , proveniente da rocha fosftica, para formar silicato de clc io .

    A reao principal , negligenciando os constituintes no fosfticos: pode ser expressa desta forma :

    2 ca3 (Po,i ) 2 + 6 sio2 + 10 c ----7 P 4 + 6 ( eao. Sio2 ) + 10 co

    Na produo do cido fosfrico , o elemento fsforo condensado queimado ao ar e o vapor de xido de fsforo (P4o10) formado , reage com gua para produzir cido fosfrico , segundo as reaes :

    a r p4 r ) P '-10 Lf _....

    P 4 01 O + 6 H2 O / 4 H 3Po

    4

    A vartagem deste processo est na sua habilidade de usar concentrado de baixo teor, onde a principal impureza slica. Alm do mais, as impurezas de AI203 e Fe203 so menos detrimentais no processo a forno eltrico do que no processo a mido.

    Um concentrado com fosfato silicoso com mais de 24% P20s e contendo at 7% de (AI203 e Fe203) aceitvel. Como inconveniente, acrescenta-se que normalmente esses concentrados no possuem granulometria e re.>istncia mecnica adequadas para carga de forno . Da a necessidade de uma etapa de aglomerao, geralmente sinte-rizao ou nodullzao, antes de carregar o forno, concorrendo assim para encarecer mais o processo .

    Processo Via-mida

    O objetivo bsico de qualquer mtodo para produo de cido fosfrico a partir de rochas fosfticas, usando cidos diversos, normalmente o sulfrico, obter cido fosfrico com a mxima concentrao possvel , com o mximo rendimento. Este depende principalmente da interao da rocha com o cido e a eficincia de separao do cido fosfrico na filtrao. As caractersticas de tamanho e forma dos cristais de sulfato de clcio, formados durante as reaes de acidulao com H2S04, so fatores de fundamental importncia na filtrao e, conseqentemente, na produo do cido fosfrico. Quando a rocha atacada com o cido, a rede cristalina dos minerais de fosfato destruda e o fosfato t solubilizado, dando como produto o cido fosfrico .

    Embora o cido fosfrico possa ser produzido pela ao do cido clordrico ou do c ido ntrico sobre fosfatos naturais, a natureza solvel dos sais contidos nos produtos resultantes faz com que a separao do cido fosfrico seja difcil ou comercialmente impraticvel. As reaes que descrevem a ao destes cidos no material fosftico so :

    ca10 (P04)6

    F2 + 20 HN03 o) 10 Ca (N0)2 + 2 HF + 6 H3Po4

    Ca10

    (P04

    )6

    F2 + 20 HC1 )10 CaCl2 + 2 HF + 6 H3Po

    4

    Por outro lado, os produtos obtidos quando a rocha fosftica tratada com cido sulfrico so cido fosfrico e su lfato de clcio . O ltimo sendo um composto relativarrf'hte insolvel, pode ser mais facilmente separado do cido por filtrao . Por

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  • esta razo, do ponto de vista prtico, o cido sulfrico o nico cido inorgnico considerado comercialmente aplicvel na manufatura de cido fosfrico por via-mida.

    A acidulao com cido sulfrico, consiste da reao deste com rochas fosfticas d.esejvel que os teores de e Fe203 no material a ser atacado, sejam reduzidos previamente a menos de 4,5%.

    A reao de obteno do H3P04 poderia ser assim apresentada:

    ca10(l'04 )6F2caco3 + 11 n2 so4---711caso4 + 2 HF + H

    2o + co

    2 +

    + 6 H3Po4

    O CaS04 formando nesta reao pode se apresentar de trs formas:

    Anidrita - CaS04

    Sarni-hidratado - CaS04. 1/2 H20

    Di-hidratado- CaS04 2 H20

    Cada uma das formas em que se apresenta o CaS04, ou combinao desses, constitui-se num processo, o qual depende da temperatura da reao e da concentrao de P205 no cido fosfrico (fig. 1 ).

    Entre esses trs processos bsicos de acidulao com H2S04, o mais usado aquele em que o sulfato de clcio se apresenta na forma di-hidratada.

    2E;0 I ol (I) . \ . - .:, (1;1)

    240 - 2ZO _

    - .. '" , I .I . '__,.,_) t 200 _ _ _ _o _ ICO , L.._-,--, m---

    oJ - 1'1', I . sco . 'i:::- 1 . ... * , " ._c " "Y r I _ _!. 1 ::."--'--ot -C IO - . !

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    de modo a assegurar uma completa reao, bem como o. resc..imen_to !;!Qs .cristais de sulfato de clcio a uma tamanho e forma convenientes, indispensveis a uma boa filtrao .

    Principais parmetros que infuenciam o processo:

    a) Caractersticas da rocha: rochas fosfticas de diferentes depsitos variam bastante na sua composio. Estas variaes tm Importantes efeitos na fabricao de cido fosfrico. O efeito das Impurezas na produo do cido fosfrico tem sido muito discutido. Existem impurezas que so detrimentais e outras que deixam de ser. A verdade que, para certos tipos de Impurezas, difcil prever os efeitos pelo simples conhecimento da composio qumica e mineralgica da rocha. Vejamos o efeito de algumas impurezas:

    CaO - A relao CaO: P205 determina o cido necessrio. O CaO, poder ser proveniente do minerais de fosfato ou de carbonato de clcio. Este, quando em quantidades elevadas, se no for removido por calcinao, poder provocar a formao de espumas, diminuindo assim a capacidade efetiva desses reatares. Para evitar essas espumas teria que ser usado anti-espumante.

    Impurezas orgnicas - Quando presentes a partir de uma certa quantidade provocam a formao de espuma e interferem na filtrao. Nesse caso teria que ser removido por calcinao. Por outro lado, pequenas quantidades podent melhorar o crescimento dos cristais.

    Si02 - Partculas muito finas(< 50)-l) podem interferir na filtrao, particularmente se estas reagirem com o cido, formando um precipitado gelatinoso.

    Fluor- Pode causar a corroso do sistema e a formao de lodo . Alguns compostos de fluor podem interferir na filtrao.

    Fe203 e AI203- Os compostos de ferro e alumrio geralmente so considerados como indesejveis devido formao de lodo (sludge) no cido produzido e possveis efeitos adversos na filtrao.

    b) Excesso de cido sulfrico: A quantidade de H2S04 no sistema afeta o tamanho e a forma dos cristais de CaS04 formados na reao. Acima de um certo limite pode causar a cristalizao da gipsita na superflcie das partlculas da rocha, bloqueando a reao.

    c) Temperatura: Baixas temperaturas aumentam a viscosidade da polpa e prejudicam o crescimento dos cristais. Altas temperaturas eliminam essas inconvenincias, mas por outro lado, provocam a formao do semi-hldratado, aumentando a corroso e a solubilidade das impurezas, que mais tarde se precipitam como lodo.

    d) Densidade da mistura: A polpa dever ser extremamente uniforme e a sua densidade pode variar de 25 a 40% dependendo das condies de operao. O controle da densidade poder ser feito pela reciclagem do cido diludo (18 a 20% P205), proveniente da lavagem do resduo.

    e) Eficincia do processo: A recuperao Incompleta do fosfato pode ser atrlbulda a uma ou mais das .seguintes causas:

    dissoluo Incompleta da rocha lavagem Incompleta do reslduo (cake) substituio de rons de fosfato na rede cristalina de glpsita perdas mecnicas (gs, derramamento de liquido).

    Normalmente a principal perda devido substituio do fosfato na rede cristalina d glpslta. Esta pode ser minimizada, mantendo-se um excesso tlmo de H2S04 to alto quanto possvel e uma vigorosa agitao a fim de evitar pontos localizados

  • f) Corroso: Normalmente cohstitui-se num grande problema devido natureza corrosiva do cido e dos vapores envolvidos. H, portanto, necessidade do uso de equipamento especial anti-corrosivo, o que pode em alguns casos, causar problemas quanto a economicidade do processo.

    2. Material e Mtodos

    Dentre os diversos processos descritos na introduo desse trabalho, elegeu-se para estudo o processo di-hidratado. um processo via mida que consiste na acidulao de rochas fosfticas, com cido sulfrico, onde a sua caracterstica principal a crista-lizao de sulfato de clcio na forma di-hidratada. A reao poderia ser representada pela equao:

    ,1(rOA ), :E'r, + lO lL,SOii + 20 II2 0 --710 Caso4_. 2H2 + 2 HF + _\.. 'I O 1- '- r

    + 6 n3Po4 Nos ensaios realizados foi utilizado amostra do Fosfato Patos de Minas, previamente

    concentrado or flotao. O mineral portador de fosfato a fluor-apatita. A anlise qumica dos concen rados apresentou os seguintes resultados:

    I P2051 ;eo Sio2 l-;e2o3 PJ.203 l

    TESTE A 27,6 34,0 24,0 2,7 6,0 I

    I

    TESTE B I 27 ' 7 36,0 1 25,0 2,3 5,4 .

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