Ácido fosfórico – Utilização e produção

Introdução

O ácido fosfórico é um ácido fraco de fórmula molecular H3PO4. Sua principal aplicação é na indústria de fertilizantes, onde é uma das principais fontes de fósforo, mas há também demanda para um ácido fosfórico de grau alimentício, utilizado em bebidas como a Coca-Cola, por exemplo.

Processo produtivo do ácido fosfórico

A única matéria-prima economicamente viável para a fabricação do ácido fosfórico é a rocha fosfática. Essa rocha pode ser de origem ígnea ou sedimentar. A ígnea apresenta maiores problemas no processo de beneficiamento para a produção do ácido, pois é mais dura, logo mais demanda mais energia para ser moída e, por isso, apresenta uma solubilização mais difícil. Todavia, no Brasil 95% dessas rochas são ígneas, por isso esse tipo é utilizado em quase todas as plantas.

Rocha fluorapatita

As características da rocha fosfática nacional são:

  • Composta por cerca de 45% de CaO e 40% de P2O5
  • Outros elementos costumam ser: Fe2O3, Al2O3, MgO e F.
  • Baixa granulometria com alta formação de finos na moagem

Problemas associados as impurezas da rocha nacional:

  • Matéria orgânica: Causa formação de espuma no reator, que dificulta o controle de temperatura do processo. Saída é queimar essa rocha para eliminar boa parte da matéria orgânica.
  • Flúor: É o principal causador de corrosão na planta, principal pela formação de ácido fluorídrico. É indispensável que aja cerca quantidade (controlada) de sílica no reator para capturar o flúor e formar SiF4 e fluorsilicatos.
  • Silica/Areia: É benéfico para controlar a ação corrosiva do flúor, porém em quantidades excessivas gera erosão nas paredes do reator, que podem servir de sítios de corrosão por pite.
  • MgO: Forma um gel que pode entupir o filtro.

Tipos de processos para produção do Ácido Fosfórico

  • Via úmida utilizando H2SO4

    CaF2.3Ca3(PO4)2 + 10H2SO4 + 10nH2O → 6H3PO4 + 10CaSO4.nH2O + 2HF.

    Um ácido forte (geralmente o ácido sulfúrico) é utilizado para digestão da rocha fosfórica. O produto é menos concentrado e menos puro que da via seca, porém é um processo mais barato.
  • Via seca

    CaF2.3Ca3(PO4)2 + 10SiO2 + 7C → 10CaSiO3 + 6P(g) + 7CO2 (g).

    A sílica é utilizada como fundente, diminuindo a temperatura de fusão da rocha e o coque é utilizado como agente redutor. O produto é muito mais puro, por isso costuma ser utilizado na indústria alimentícia.

Processo via úmida

1º Etapa: Digestão do concentrado fosfático

A rocha fosfática precisa ser digerida por um ácido forte como já feito mencionado na reação anterior. Para ganhar em cinética, o reator precisa ser aquecido. Por questões de processo, é comum que a indústria opere essa etapa em dois patamares distintos de temperatura. Esse patamar irá influenciar diretamente no tipo de sulfato de cálcio formado (subproduto).

A cerca de 70°C a 80°C é formado o sulfato de cálcio dihidrato (CaSO4.2H2O), enquanto que de 110°C a 130°C é favorecido a formação de sulfato de cálcio hemihidrato (CaSO4.1/2H2O). A temperaturas superiores a 130°C (com uma concentração de cerca de 35% de P2O5) há a formação de sulfato de cálcio anidro, que entope a tubulação e pode parar toda a planta.

Nessa etapa, a concentração de sulfato deve ser baixa, para evitar formação de incrustação no reator. Além disso, o ácido sulfúrico precisa ser diluído para não reagir demasiadamente rápido na superfície da rocha e não chegar ao núcleo (conceito de núcleo não reagido), por isso é necessário fazer a dosagem de ácido fosfórico.

2º Etapa: Cristalização

É realizada em temperaturas baixas e alta concentração de CaSO4.n para favorecer a formação dos cristais. Uma bomba recircula a solução de volta para o digestor, enquanto que os cristais vão direto para etapa de filtragem.

3ºEtapa: Filtração

Nessa etapa, há uma diferenciação se o processo de digestão tiver formado preferencialmente sulfato dihidrato ou hemihidrato.

No processo dihidrato, os cristais formados são maiores, há um rendimento melhor, todavia a pureza é reduzida e o produto mais diluído.

Após a filtração do ácido fosfórico, temos como subproduto o fosfogesso, que infelizmente não tem grandes aplicações comerciais. Se tornando, na maioria das vezes, um grande passivo ambiental para esses indústrias.

Deposito de fosfogesso.

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Referências: http://www.clubedoconcreto.com.br/2013/07/inovacao-um-novo-material-de-construcao.html

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