fÓsforo processos qu Ímicos industriais idequi.eel.usp.br/~acsilva/4 - fosforo e acido...

PROCESSOS QUPROCESSOS QUÍÍMICOS MICOS INDUSTRIAIS IINDUSTRIAIS I

FFÓÓSFORO E SFORO E ÁÁCIDO CIDO FOSFFOSFÓÓRICORICO

FFÓÓSFOROSFOROHISTHISTÓÓRICORICO

•• O fO fóósforo sforo éé o primeiro elemento objeto de o primeiro elemento objeto de descoberta de que hdescoberta de que háá registoregisto histhistóórico. Em rico. Em 1669, um comerciante alemão de Hamburgo, 1669, um comerciante alemão de Hamburgo, chamado chamado HenningHenning BrandBrand, alquimista, , alquimista, conseguiu obter fconseguiu obter fóósforo elementar atravsforo elementar atravéés da s da destiladestilaçção da urina, tendo escrito uma carta a ão da urina, tendo escrito uma carta a Leibniz para relatar a sua descoberta. Leibniz para relatar a sua descoberta. ÉÉbastante provbastante prováável que, jvel que, jáá no sno sééculo XII, os culo XII, os alquimistas alquimistas áárabes tenham obtido o elemento rabes tenham obtido o elemento por este processo. No entanto, o respectivo por este processo. No entanto, o respectivo crcréédito dito éé dado a dado a BrandBrand. O nome do f. O nome do fóósforo tem sforo tem origem grega e significa "possui brilho" origem grega e significa "possui brilho" devido devido àà sua propriedade de brilhar no escuro sua propriedade de brilhar no escuro quando exposto ao ar (antigo nome do planeta quando exposto ao ar (antigo nome do planeta Vênus). Vênus).


•• InvestigaInvestigaçções posteriores, levadas a cabo por ões posteriores, levadas a cabo por experimentalistasexperimentalistas contemporâneos de contemporâneos de BrandBrand, , revelaram que a adirevelaram que a adiçção de areia ou carvão ão de areia ou carvão ààurina ajudava a libertaurina ajudava a libertaçção do fão do fóósforo nela sforo nela presente. Cerca de um spresente. Cerca de um sééculo apculo apóós os s os originais trabalhos de originais trabalhos de BrandBrand, descobriu, descobriu--se que se que o fo fóósforo sforo éé um importante constituinte dos um importante constituinte dos ossos, introduzindoossos, introduzindo--se então um novo mse então um novo méétodo todo de produde produçção industrial de fão industrial de fóósforo. A reasforo. A reaçção ão dos ossos com dos ossos com áácido ncido níítrico ou trico ou áácido sulfcido sulfúúrico rico produz produz áácido fosfcido fosfóórico que aquecido com rico que aquecido com carvão dcarvão dáá ffóósforo elementar. Este foi o sforo elementar. Este foi o primeiro mprimeiro méétodo de produtodo de produçção comercial de ão comercial de ffóósforo. sforo.


•• Em finais do sEm finais do sééculo XIX, James culo XIX, James ReadmanReadman desenvolveu o primeiro desenvolveu o primeiro processo de produprocesso de produçção do elemento com ão do elemento com uma fornalha eluma fornalha eléétrica. Apesar de se trica. Apesar de se terem feito muitos melhoramentos de terem feito muitos melhoramentos de design e operadesign e operaçção das fornalhas ão das fornalhas eleléétricas, os princtricas, os princíípios bpios báásicos do sicos do mméétodo de todo de ReadmanReadman para obter fpara obter fóósforo sforo elementar mantêmelementar mantêm--se na tecnologia se na tecnologia atual. atual.

FFÓÓSFOROSFOROABUNDÂNCIAABUNDÂNCIA

•• Devido a sua reatividade, o fDevido a sua reatividade, o fóósforo não sforo não éé encontrado encontrado nativo na natureza, pornativo na natureza, poréém forma parte de numerosos m forma parte de numerosos minerais. A minerais. A ApatitaApatita éé uma importante fonte de fuma importante fonte de fóósforo, sforo, existindo jazidas relevantes deste mineral em existindo jazidas relevantes deste mineral em Marrocos, RMarrocos, Rúússia, EUA e em outros passia, EUA e em outros paííses.ses.

•• A forma alotrA forma alotróópica branca pode ser obtida de vpica branca pode ser obtida de váárias rias maneiras. Uma delas maneiras. Uma delas éé a obtena obtençção do fosfato ão do fosfato trictricáálcicolcicoa partir das rochas. Aquecido em um forno a 1450a partir das rochas. Aquecido em um forno a 1450°°C em C em presenpresençça de sa de síílica e carbono, o fosfato lica e carbono, o fosfato éé reduzido a reduzido a ffóósforo, que se libera na forma de vapor.sforo, que se libera na forma de vapor.

2Ca2Ca33((POPO44))22 + 6 + 6 SiOSiO22 +10 C +10 C →→ 6CaSiO6CaSiO33 + 10 CO + + 10 CO + PP44

•• O fO fóósforo branco obtido na forma de vapor sforo branco obtido na forma de vapor éé então então condensado em condensado em áágua, evitandogua, evitando--se a presense a presençça de ar a de ar para que não inflamepara que não inflame..

FFÓÓSFOROSFOROPRECAUPRECAUÇÇÕESÕES

•• O fO fóósforo branco sforo branco éé extremamente venenoso extremamente venenoso --uma dose de 50 mg pode ser fatal uma dose de 50 mg pode ser fatal -- e muito e muito inflaminflamáável, por isso, deve ser armazenado vel, por isso, deve ser armazenado submerso em submerso em áágua. Em contato com a pele gua. Em contato com a pele provoca queimaduras. A exposiprovoca queimaduras. A exposiçção contão contíínua nua ao fao fóósforo provoca a necrose da mandsforo provoca a necrose da mandííbula.bula.

•• O fO fóósforo vermelho se inflama sforo vermelho se inflama espontaneamente em presenespontaneamente em presençça de ar e não a de ar e não ééttóóxico, porxico, poréém devem deve--se manusese manuseáá--lo com lo com cuidado, jcuidado, jáá que pode transformarque pode transformar--se em se em ffóósforo branco e produzir emissões de vapores sforo branco e produzir emissões de vapores ttóóxicos se aquecido.xicos se aquecido.

FFÓÓSFOROSFOROROCHA FOSFROCHA FOSFÁÁTICATICA

•• São minerais constituSão minerais constituíídos por alguns dos por alguns compostos complexos de fcompostos complexos de fóósforo, como sforo, como a a fluoropatitafluoropatita, , CaFCaF22.3Ca.3Ca33((POPO44))22..•• Existem diversos processos para Existem diversos processos para

utilizautilizaçção das rochas fosfão das rochas fosfááticas, ticas, gerando diversos produtos, gerando diversos produtos, principalmente fertilizantes.principalmente fertilizantes.


Mina da Serrana em Mina da Serrana em CajatiCajati -- SP, de onde se extrai SP, de onde se extrai rocha fosfrocha fosfáática tica íígneagnea


Processo: AcidulaProcesso: Acidulaççãoão•• MatMatéériaria--prima e reagentes: Rocha prima e reagentes: Rocha

fosffosfáática, tica, áácido sulfcido sulfúúrico, rico, áácido ncido níítrico, trico, áácido fosfcido fosfóórico, rico, áácido clorcido cloríídrico, drico, amônia, cloreto de potamônia, cloreto de potáássiossio•• Produtos principais: Produtos principais: SuperfosfatoSuperfosfato, , áácido cido

fosffosfóórico, , rico, , superfosfatosuperfosfato tripotripo, fosfato , fosfato de amônio, fosfato de potde amônio, fosfato de potáássio.ssio.


Processo: ReduProcesso: Reduçção em forno elão em forno eléétricotrico•• MatMatéériaria--prima e reagentes: Rocha prima e reagentes: Rocha

fosffosfáática, siltica, silíício, coque, energia cio, coque, energia eleléétrica, trica, áágua para condensagua para condensaççãoão•• Produtos principais: FProdutos principais: Fóósforo, sforo, áácido cido

fosffosfóórico, rico, superfosfatosuperfosfato triplo, sais de triplo, sais de Na, K, Na, K, CaCa e e NHNH44, , pentpentóóxidoxido de fde fóósforo e sforo e haletoshaletos de fde fóósforosforo


Processo: Processo: MetafosfatoMetafosfato de cde cáálciolcio•• MatMatéériaria--prima e reagentes: Rocha prima e reagentes: Rocha

fosffosfáática, ftica, fóósforo, ar ou oxigênio, sforo, ar ou oxigênio, combustcombustíívelvel•• Produtos principais: Produtos principais: MetafosfatoMetafosfato de de

ccáálciolcioCaFCaF22.3Ca.3Ca33((POPO44))2 2 + 6P+ 6P22OO55 + 2HPO+ 2HPO33 �� 10Ca(10Ca(POPO33))22 + 2HF+ 2HF


Processo: CalcinaProcesso: Calcinaçção ou ão ou desfluoradesfluoraççãoão•• MatMatéériaria--prima e reagentes: Rocha prima e reagentes: Rocha

fosffosfáática, tica, áágua ou vapor de gua ou vapor de áágua, gua, combustcombustíívelvel•• Produtos principais: Fosfato Produtos principais: Fosfato

desfluoradodesfluorado..




PROCESSO DE TRATAMENTO PROCESSO DE TRATAMENTO DE ROCHA FOSFDE ROCHA FOSFÁÁTICATICA

Processo utilizado pela empresa Serrana e descrito no Processo utilizado pela empresa Serrana e descrito no sitesite::http://www.serrana.com.http://www.serrana.com.br/nutricaoanimal/processodeproducaobr/nutricaoanimal/processodeproducao..aspasp

MineraMineraçção: desmonte da rocha fosfão: desmonte da rocha fosfáática (apatita) com explosivostica (apatita) com explosivos



BritagemBritagemprimprimáária, desmagnetizaria, desmagnetizaçção e ão e flotaflotaççãoão



Cura e secagemCura e secagem



Ensacamento e expediEnsacamento e expediççãoão

FFÓÓSFOROSFOROSUPERFOSFATOSSUPERFOSFATOS

•• São importantes fertilizantes.São importantes fertilizantes.•• MMéétodo de obtentodo de obtençção: ão:

acidulaacidulaçção da rocha fosfão da rocha fosfáática.tica.•• ReaReaçções:ões:

CaFCaF22.3Ca.3Ca33((POPO44))2 2 + + HH22SOSO44 �� CaHCaH44((POPO44))22 + 2(+ 2(CaSOCaSO44.2H.2H22O)O)

•• CaHCaH44((POPO44))22�� fosfato fosfato monocmonocáálcicolcico•• CaSOCaSO44.2H.2H22O O �� gessogesso


•• A fabricaA fabricaçção do ão do superfosfatosuperfosfato envolve 4 envolve 4 etapas:etapas:

1.1. PrepraPrepraççãoão da rocha fosfda rocha fosfááticatica

2.2. MisturaMisturaççãoão com com áácidocido

3.3. Cura e secagem da lama graCura e secagem da lama graçças ao as ao ttéérmino das rearmino das reaççõesões

4.4. Desmonte, moagem e ensacamento do Desmonte, moagem e ensacamento do produto acabadoproduto acabado



•• SUPERFOSFATO TRIPLOSUPERFOSFATO TRIPLO•• Fertilizante que fornece o triplo de Fertilizante que fornece o triplo de PP22OO55

solsolúúvel que o vel que o superfosfatosuperfosfato..•• ReaReaçção:ão:

CaFCaF22.3Ca.3Ca33((POPO44))2 2 + 14H+ 14H33POPO44 �� 10Ca(10Ca(HH22POPO44))22 + 2HF+ 2HF


FFÓÓSFOROSFOROMETAFOSFATO DE CMETAFOSFATO DE CÁÁLCIOLCIO

•• Fertilizante concentrado.Fertilizante concentrado.•• ÉÉ muito insolmuito insolúúvel e deve ser hidrolisado vel e deve ser hidrolisado

para se tornar eficaz.para se tornar eficaz.•• ReaReaçção:ão:

CaFCaF22.3Ca.3Ca33((POPO44))2 2 + 6P+ 6P22OO55 +2HPO+2HPO33 �� 10Ca(10Ca(POPO33))22 + 2HF+ 2HF

FFÓÓSFORO PUROSFORO PURO

•• Produzido pelo mProduzido pelo méétodo do forno todo do forno eleléétrico.trico.•• ReaReaçção:ão:

CaFCaF22.3Ca.3Ca33((POPO44))2 2 + 9SiO+ 9SiO22 +15C +15C �� CaFCaF22 + 6P + 15CO+ 6P + 15CO

Ou, de forma mais simples:Ou, de forma mais simples:

2Ca2Ca33((POPO44))22 + 6SiO+ 6SiO22 + 10C + 10C �� 6CaSiO6CaSiO33 + + PP44 + 10CO+ 10CO

FFÓÓSFORO PUROSFORO PURO FFÓÓSFORO PUROSFORO PURO

FFÓÓSFORO PUROSFORO PURO ÁÁCIDO FOSFCIDO FOSFÓÓRICORICO

•• Em Em éépocas antigas, a maior parte do pocas antigas, a maior parte do áácido cido fosffosfóórico era obtida pela arico era obtida pela açção do ão do áácido cido sulfsulfúúrico dilurico diluíído, 50do, 50ººBBéé (62% em peso) sobre (62% em peso) sobre rocha fosfrocha fosfáática motica moíída ou sobre ossos.da ou sobre ossos.

•• Esse mEsse méétodo foi suplantado pelo processo todo foi suplantado pelo processo DorrDorr, a , a áácido sulfcido sulfúúrico concentrado, que leva rico concentrado, que leva ààproduproduçção de um ão de um áácido concentrado barato. O cido concentrado barato. O equipamento deve ser revestido com chumbo, equipamento deve ser revestido com chumbo, ou aou açço inox ou tijolo o inox ou tijolo àà prova de prova de áácido. O cido. O áácido cido obtido obtido éé utilizado quase inteiramente na utilizado quase inteiramente na produproduçção de fertilizantes, onde impurezas não ão de fertilizantes, onde impurezas não têm importância.têm importância.

•• O O áácido fosfcido fosfóórico puro rico puro éé obtido a partir do obtido a partir do ffóósforo sforo elementaelementa, no processo do forno , no processo do forno eleléétrico.trico.

ÁÁCIDO FOSFCIDO FOSFÓÓRICORICO

•• ReaReaçção:ão:

CaFCaF22.3Ca.3Ca33((POPO44))2 2 + 3H+ 3H22SOSO44 +6H+6H22O O ��2H2H33POPO44 + 3CaSO+ 3CaSO44.2H.2H22OO


ÁÁCIDO FOSFCIDO FOSFÓÓRICORICO ÁÁCIDO FOSFCIDO FOSFÓÓRICORICO


ENXUGAMENTO DA TORTA

Filtro de bandeja basculante (a vFiltro de bandeja basculante (a váácuo)cuo)

Planta de Planta de ÁÁcido Fosfcido Fosfóóricoricona empresa Serrana.na empresa Serrana.


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