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Aula 7 - Industria do Fosforo

química Industrial 1
by

Luis Peffi

on 1 February 2015

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Transcript of Aula 7 - Industria do Fosforo

Indústria do Fósforo
Elemento Fósforo
O fósforo é um elemento químico  de número atômico 15 e massa atômica 30,97g/mol, sendo seu isótopo mais estável o 31P, átomo com 16 nêutrons. É um não-metal, mais denso que a água, 1.823 Kg/m³, com ponto de fusão em 44,15 ºC e ponto de ebulição em 280,5 ºC. Na forma pura é semitransparente, mole, brilha no escuro (fosforesce) e oxida-se espontaneamente em contato com o ar.
Possui cerca de 10 variedades alotrópicas, sendo as mais conhecidas, o fósforo branco (P4), venenoso e muito reativo, em contato com a pele provoca queimaduras e deve ser armazenado em água no qual não é solúvel. Este é convertido em o fósforo vermelho (P4)n, uma forma mais estável que não fosforesce, não é venenoso e não se oxida pela simples exposição ao ar. Mais raro, o fósforo negro (Pn) é o mais estável dos alótropos, é obtido submetendo o fósforo branco a altas pressões, apresenta estrutura similar à do grafite e conduz eletricidade
Histórico
Em 1669, o fósforo foi isolado pela primeira vez pelo alquimista alemão Henning Brand, ao evaporar grandes quantidades de urina humana, sendo o primeiro elemento químico objeto de descoberta de que há registro histórico. Cem anos mais tarde o químico sueco Gahn identificou fósforo nos ossos e dez anos depois em minerais. Em 1840 o químico alemão Justus Von Liebig formulou a base científica para produção do ácido fosfórico. Mais tarde, na Inglaterra, foi patenteado um processo de acidulação o qual originou o superfosfato
Aplicações
Tratamentos dados às rochas fosfáticas
Fertilizantes
Fermentos em pó
A indústria dos fermentos em pó é uma consumidora importante, embora indireta, de rocha fosfática. O emprego de agentes fermentantes para provocar a aeração e tornar leve a massa de pães e de bolos é conhecido desde os tempos dos egípcios e nos foi transmitido pelos gregos e romanos.
Os principais “ácidos de fermento” são o fosfato de monocálcio monoidratado, o fosfato de monocálcio anidro, o pirofosfato ácido de sódio, o sulfato de sódio e alumínio, o ácido tartárico e os tartaratos ácidos
Produção do Fósforo Puro
O fósforo puro é produzido a partir do método do forno elétrico, onde uma mistura de rocha fosfática, coque e sílica são aquecidas juntas
QM9810 - Química Industrial I - Aula 7
Prof. Dr. Luis Fernando Peffi Ferreira
O fósforo é o 12º elemento em abundância na crosta terrestre, representando aproximadamente 0,12%. Devido à alta reatividade não ocorre livre na natureza, sendo comum encontrá-lo na forma de fosfatos em rochas que se dissolvem com a chuva sendo levados até os rios e mares. O ânion PO43- combina-se com mais de vinte elementos químicos para formar minerais fosfatados, sendo que nestes minerais pode haver um grande número e variedade de substituições entre íons similares, por exemplo, temperaturas elevadas podem substituir fosfatos por silicatos. Desta forma, não é simples estabelecer uma única fórmula satisfatória para muitos dos minerais fosfatados.
Reservas de minério de Fósforo
Estima-se que as reservas minerais são 80% de origem sedimentar. As reservas ígneas são mais raras, mas são importante fontes de fósforo para países como o Brasil. Nas jazidas sedimentares predominam as apatitas do tipo francolita, carbonatoapatita e fluorapatita, enquanto nas jazidas ígneas a fluorapatita, hidroxiapatita e cloroapatita prevalecem. As reservas brasileiras, em sua maioria, são constituídas por misturas entre fluorapatita e hidroxiapatita
Esses fosfatos recebem a denominação de fosfato natural, rocha fosfatada ou mesmo concentrado fosfático, caso sejam passíveis de serem usados quer diretamente como material fertilizante, quer como insumo básico da Indústria do Fósforo ou de seus compostos, tal qual se encontram na natureza ou após os minérios sofrerem concentração por meios físicos nas usinas de beneficiamento. Os concentrados fosfáticos são comercialmente expressos sob a forma de pentóxido de fósforo (P2O5) ou fosfato tricálcio Ca3 (PO4)2, também conhecido como “Bone Phosphate of Lime – BPL”
O teor de P2O5 nesse tipo de depósito oscila entre 4 a 15%. Às vezes, mostra fluorescência amarela–laranjada e termoluminoscência branco– azulada

Reservas de minério de Fósforo
P2O5
A rocha fosfática, finamente pulverizada, tem uso limitado como fertilizante, sobretudo por ser relativamente baixa a disponibilidade de P2O5. Seu principal consumo é na forma de matéria prima para a manufatura de ácido fosfórico, de superfosfato, de fósforo e de compostos de fósforo
Tratamento da Fluorapatita
A principal rocha fosfática é a fluorapatita, CaF2.3Ca3(PO4)2, esse composto é muito insolúvel. Os diversos processos para tornar o teor de P2O5 mais solúvel, não necessariamente em água, mas nos sucos vegetais (o que é medido pela solubilidade ao citrato), são a fabricação dos superfosfatos, a desfluoração da fluorapatita pela calcinação à temperatura de fusão incipiente entre 1.399ºC e 1,510ºC com sílica ou ácido fosfórico
Superfosfatos
Durante quase um século, o método mais importante de tornar os fosfatos utilizáveis como fertilizantes foi o da acidulação da rocha fosfática para produzir o superfosfato, que contém 16 a 20% de P2O5 solúvel
Remoção do HF
O ácido fluorídrico reage formando ácido fluorssilícico, sendo, porém, incompleta a remoção de flúor
Etapas de fabricação do Superfosfato simples
A fabricação do superfosfato envolve 4 etapas:
preparação da rocha fosfática;
mistura com o ácido;
cura e secagem da lama inicial graças ao término das reações;
desmonte, moagem e ensacamento do produto acabado.
Superfosfato Triplo
Este material é um fertilizante mais concentrado que o superfosfato simples, e contém de 44 a 51% de P2O5 solúvel, ou seja, três vezes a quantidade no superfosfato simples. O superfosfato triplo é feito pela ação do ácido fosfórico sobre a rocha fosfática, não havendo, portanto, formação de sulfato de cálcio diluente
Processamento
O custo deste concentrado, na base de unidade de P2O5, é mais elevado que o do superfosfato simples, em virtude do maior investimento de capital e da mão-de-obra e processamento extras
Ácido Fosfórico
Produção
Na indústria, o ácido fosfórico pode ser produzido por três métodos, a via seca (térmica), a via úmida e o processo Kiln.
FABRICAÇÃO DO ÁCIDO FOSFÓRICO POR VIA SECA
FABRICAÇÃO DO ÁCIDO FOSFÓRICO POR VIA UMIDA
Grandes quantidades de ácido fosfórico de baixa pureza são preparados, tratando-se rochas fosfáticas com H2SO4. Esse é o “processo por via úmida”. O CaSO4 é hidratado formando gesso (CaSO4.2H2O), que é separado por filtração, e o F- é transformado em Na2(SiF6) e removido. O H3PO4 obtido é concentrado por evaporação. A maior parte do ácido obtido dessa maneira é utilizada na fabricação de fertilizantes, conforme citado anteriormente
Filtro de bandeja basculante (a vácuo)
Filtro de bandeja basculante (a vácuo)
Detalhe do Filtro de bandeja
PROCESSO KILN
A tecnologia de processo para o ácido fosfórico Kiln (KPA, Kiln Phosphoric Acid) é a mais recente tecnologia. Chamado de processo rigoroso melhorado (Improved Hard Process), esta tecnologia irá tanto fazer viáveis reservas de rocha fosfática de baixo teor comercialmente como irá aumentar a recuperação de P2O5 das reservas de fosfatos existentes. Isto irá estender significativamente a viabilidade comercial das reservas de fosfato.
PRINCIPAIS APLICAÇÕES
De acordo com as características litológicas das jazidas fosfáticas, os ácidos fosfóricos carregam características químicas e físicas peculiares, como a presença de contaminantes indesejáveis, reatividade, coloração, matéria orgânica, entre outras. Dependendo da aplicação, a produção do ácido fosfórico pode necessitar de etapas posteriores de purificação e equilíbrio.
Destacam-se as principais aplicações para o ácido fosfórico:
 
Indústria de fertilizantes
Indústria de fosfatos na produção de sal mineral e rações
Indústria de sucos e bebidas
Usina de açúcar e chocolate
Indústria farmacêutica e odontologia
Indústria de cerâmicas e vidros
Indústria de cosméticos
Formulação de detergentes
Polimento de metais
Decapante, etc.
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