1. RECURSOS NATURALES ORGNICOS, POTENCIALES DE EXPLOTACIN

Materia Prima (Rocas fosfricas).Se denomina roca fosfrica al producto obtenido de la extraccin de una mina y del procesamiento metalrgico subsiguiente de los minerales fosfatados. Adems del mineral fosfatado principal, los depsitos de roca fosfrica tambin poseen minerales accesorios e impurezas llamados ganga. Si bien cantidades importantes de los minerales accesorios y de las impurezas son eliminadas durante el proceso de beneficio, el mineral beneficiado siempre contiene algunas de las impurezas originales. Tales impurezas incluyen slice, minerales arcillosos, calcita, dolomita y xidos hidratados de hierro y aluminio en diversas combinaciones y concentraciones, algunos de los cuales pueden tener una influencia profunda en la eficiencia de la roca fosfatada utilizada para la aplicacin directa. Roca fosfrica es el nombre comn comercial de unos 300 fosfatos de diferentes calidades en conocidos en el mundo.Las rocas fosfricas pueden ser utilizadas ya sea como materia prima para la fabricacin industrial de los fertilizantes fosfatados solubles en agua o bien como fuentes de fsforo para la aplicacin directa en la agricultura.

Cuadro: Produccin de Roca fosfrica (ao 1999)PasesProduccin 1000 toneladasTotal mundial %

Brasil43012.9

Mxico9550.7

Venezuela3660.3

Per15aprox 0.1

Colombia4 aprox 0.1

2. DEFINICIN OPERACIONAL DEL PROCESO INDUSTRIAL ORGNICO

El objeto a estudiar ser el cido Fosfrico.El cido fosfrico de 100% es una masa blanca cristalina, pero es tan fuertemente higroscpico y tan fcilmente soluble en agua que absorbe la humedad del aire y se disuelve. El cido fosfrico es un cido semifuerte y no toxico.El cido fosfrico (orto- fosfrico) se obtiene por combustin de fosforo blanco con aire por medio del quemador de fosforo (para dar pentxido en una cmara de combustin. La mayor parte del pentxido de fosforo en la cmara de combustin se disuelve en este cido fosfrico diluido, que se concentra as hasta el 85% y se recoge en 18%.Se puede producir tambin cido fosfrico por un mtodo hmedo ms antiguo. Segn este mtodo, que todava es objeto de numerosas patentes, el cido se obtiene directamente de los fosfatos por reaccin con cidos minerales como el sulfrico. En esencia, el mtodo se funda en la conversin del fosfato clcico terciario en cido fosfrico y sulfato de calcio:

Este cido fosfrico hmedo no es tan puro como el obtenido del fosforo blanco. Directamente no se puede obtener en concentracin superior a 30-40% y es preciso concentrarlo por evaporacin.

3. PROPIEDADES FSICAS, QUMICAS, TERMODINMICAS Y AMBIENTALES DE LOS MATERIALES POTENCIALES DE PROCESAMIENTO INDUSTRIAL INRGNICO SELECCIONADO

cido FosfricoEstructura Qumica

Frmula qumica: Nombre Comercial: cido Fosfrico Nombre Qumico: Acido Orto- fosfrico Familia Qumica: Acido Inorgnico Informacin DOT: Corrosivo, Clase 8 Otros Datos: Uso industrial. Estado Fsico: Lquido Olor: Inoloro Color: Verde, mbar incoloro PH: 1.0 a 1% w/wTemperaturas caractersticas:

Cristalizacin: De - 21 a 17 C Temperatura de descomposicin (C): No aplica Ebullicin: 135 a 160C Presin crtica: No aplica Punto de clarificacin: No aplica

Presin de vapor: 2.1 - 5.7 mmHg a 20C(68F) Propiedades comburentes: No es comburente Densidad: 1.50-1.68 g/cm3 Lmites de explosividad en el aire: No es explosivo Peso molecular: 98 g/gmol. Solubilidad: En el agua: Soluble En solventes orgnicos: No es soluble Viscosidad dinmica: 2346 cp (centipoises) a 20C

PROPIEDADES FSICAS Y QUMICAS

Este compuesto puede presentarse en diferentes estados fsicos dependiendo de la temperatura y de su pureza. A 20 C, el cido fosfrico a una concentracin entre 50 y 70% es un lquido transparente mvil; a una concentracin de 85% es un lquido viscoso transparente incoloro o ligeramente amarillento; y a una concentracin del 100% es un slido higroscpico e inestable, formado por cristales ortorrmbicos. No tiene olor. Su punto de ebullicin es igual a 213 C y su punto de fusin de 42.35 C. Su densidad especfica es de 1.8741 g/cm3 a 25 C y su pH de 1.5. Es muy soluble en agua caliente (548 g/100 mL). Su presin de vapor es igual a 4 Pa (0.0285 torr) a 20 C. Su pH es de 1.5. Forma tres tipos de sales: fosfatos primarios, dibsicos y tribsicos. Acta como un agente quelante. Corroe a los metales ferrosos y a sus aleaciones. Reacciona con los metales para formar hidrgeno gaseoso inflamable. Se descompone a temperaturas por debajo de su punto de ebullicin y al contacto con alcoholes, aldehdos, cianuros, cetonas, fenoles, steres, sulfuros, mercaptanos y compuestos orgnicos halogenados. Cuando se quema forma vapores txicos de xidos de fsforo.

PROPIEDADES AMBIENTALES

Puede transportarse en el aire en forma de neblina. Cuando es liberado en el suelo, puede disolver algunos de los minerales, en particular los carbonatos. Su acidez es neutralizada en cierto grado por la adsorcin de los protones (H+) a las partculas; sin embargo, cantidades significativas de cido permanecen libres y pueden lixiviarse hasta el manto fretico (sobre todo cuando est diluido porque es menos viscoso), en el cual se mueven siguiendo la direccin del flujo del agua subterrnea. Forman una pluma de contaminacin que, con el tiempo, dispersa y diluye la concentracin de cido. Los fosfatos tambin quedan adsorbidos en el suelo. Cuando es liberado en los cuerpos de agua natural, su acidez (H+) es neutralizada por los minerales disueltos responsables de la dureza del agua, pero los iones fosfato pueden persistir indefinidamente. No se espera que los fosfatos se bio-acumulen en la mayora de las especies acuticas.

4. DESCRIPCIN DE LOS DIFERENTES MTODOS O TECNOLOGAS RECIENTES DE INDUSTRIALIZACIN DEL RR NN OS ELEGIDO PARA EXPONER SELECCIN DEL MTODO.

El cido fosfrico, se pueden obtener por dos mtodos:

Via Seca: Formacin del cido a partir de fsforo elemental. Este consta de los siguientes pasos:

1. Combustin del Fsforo

2. Hidratacin del P2O5 resultante:

3. Recogida de los humos. Precipitador electroesttico

Va Hmeda: Existen a nivel mundial varias tecnologas para esta variante de obtencin de H3PO4. Rhone Poulene: consta de 1 reactor con agitador central y con baffles, existe una adicin de H2SO4 en diversos puntos a travs de dispersin. No posee sistema de recirculacin. Prayon: consta de un nico reactor dividido en tres diferentes secciones. Consta con varios agitadores en cada seccin y la adicin de H2SO4 normalmente se realiza en las 2 primera secciones. Siape: se recomienda para rocas de alto contenido de carbonatos donde se utiliza la emisin de CO2 como medio de agitacin y conduccin de fluido. Consiste en un reactor con un cilindro interno donde se adiciona el H2SO4, acido de reciclo y la roca.

5. DESCRIPCIN DEL PROCESO PRINCIPAL, ENTRADA, PROCESO, PRODUCTO.

Molienda: Su funcin es el de disminuir el tamao de los cristales de roca fosftica. En donde se debe tener un control del tamao de la partcula.Reaccin: En los 3 reactores colocados en conjunto, ocurre la reaccin en donde se transforma la roca fosftica en cido fosfrico al reaccionar con el cido sulfrico y agua. En donde la reaccin principal es:

Esta reaccin se realiza en 2 etapas1. Fosfato Monoclcico

2. Lodo de Reaccin

Los gases generados en la reaccin estn formados principalmente por tetrafluoruro de slice el cual reacciona con agua para formar cido fluorsilicico en solucin y oxido de slice.

Los gases generados en la reaccin estn formados principalmente por tetrafluoruro de slice el cual reacciona con agua para formar cido fluorsilicico en solucin y oxido de slice.

El agua rociada dentro del sistema del venturi (lavado de los gases y extraccin a la atmsfera), reacciona con los compuestos fluorados, reduciendo la emisin a la atmsfera. Filtracin: Consiste en separar el lodo proveniente de reaccin, en yeso dihidratado y cido fosfrico del 28% de Tratamiento Qumico: Se efecta un tratamiento qumico al cido fosfrico a fin de hacerlo apto para el consumo de la planta de polifosfatos. Decantacin: Se pasa a un decantador para poder separar el cido fosfrico de los dems componentes presente en la corriente. Evaporizacin: Se evapora la solucin para aumentar la concentracin de cido fosfrico producido de 28% P2O5 hasta una concentracin deseada de 54% P2O5. Almacenamiento: Por ltimo se almacena el fluido en los tanques correspondientes.

PROCESO INDUSTRIAL PARA PRODUCIR CIDO FOSFRICO

( c d)(A)EXTRACCINREDUCCIN DE TAMAOCLASIFICACINPREPARACIN DE LA PULPAH3PO4H2SO4(a)DILUCINR1+ H2OYACIMIENTODE ROCA FOSFRICA

DIGESTINFILTRACINSEDIMENTACIN

SOLVENTE(b)R2

(B)EXTRACCIN POR SOLVENTES(A)

SOLVENTELIMPIO(b)SOLVENTESUCIO

RECUPERACINDEL SOLVENTER4YESOLIMPIOLAVADO

AGUA DE LAVADO (a)

R5H2O

IMPUREZAS

(c)

FILTRACINEVAPORACINCIDOFOSFRICO H3PO450-80%CIDOFOSFRICO H3PO436%R6R7

(d)

(B)

IMPUREZAS

8. MODELOS Y/O REACCIONES QUMICAS ESPECFICAS QUE IDENTIFICAN AL PROCESO INDUSTRIAL INORGNICO ELEGIDO

Etapas:1. Fosfato Monoclnico

2. Lodo de reaccin

9. REACCIONES QUMICAS GENERALESDERIVADAS DE AS ESPECFICAS CON INFLUENCIA PARA OTROS PROCESOS DE INTERES INDUSTRIALUn compuesto que se obtiene en proporcin equivalente a la sal fosfrica es el xido de calcio que en presencia de cido sulfrico se obtiene sulfato de calcio.

12. TECNOLOGIA DE PURIFICACION DEL PRODUCTO PRINCIPAL A OBTENERMediante el Proceso Hmedo para la obtencin de cido, podemos obtener a partir de la denominada Piedra Fosfrica, el cido fosfrico respectivo, utilizado en la fabricacin de fertilizantes a nivel industrial.Sin embargo, este producto final no es obtenido de manera pura; presenta impurezas las cuales son arrastradas en la corriente de salida del reactor, por lo que es necesario un proceso de PURIFICACIN para separar las impurezas del cido, que es producto deseado Filtracin: Consiste en separar el lodo proveniente de reaccin, en yeso dihidratado y cido fosfrico aproximadamente del 36% de pureza. Tratamiento Qumico: Se efecta un tratamiento qumico al cido fosfrico a fin de hacerlo apto para el consumo de la planta de polifosfatos (en el caso de la fabricacin de fertilizantes) Decantacin: Se pasa a un decantador para poder separar el cido fosfrico de los dems componentes presente en la corriente. Evaporizacin: Se evapora la solucin para aumentar la concentracin de cido fosfrico producido, de 36% hasta una concentracin deseada de entre 50-80% Almacenamiento: Por ltimo se almacena el fluido en los tanques correspondientesDe manera sencilla, y con un porcentaje de pureza casi igual, podemos obviar algunos pasos y esquematizar el proceso de purificacin de la siguiente manera:

Figura 1. Diagrama de Bloques simplificado para el proceso de purificacin deL cido Fosfrico

13. CINTICA Y TERMODINMICA DE LA REACCIN PRINCIPALLa influencia de la temperatura sobre la conversin no es tan marcada. (1)Del estudio cintico realizado (J GARCA, 1999) se concluye que existe un predominio de las etapas fsicas en el control de la velocidad global del proceso, sin soslayar el efecto combinado de las etapas qumicas y fsicas, corroborando lo anterior por el estudio de la influencia de la temperatura y el radio de partculas.

14. IMPACTO AMBIENTAL DE LOS MATERIALES USADOS, ELABORADOS Y LA PROPUESTA DE MITIGACINRestos de cido Fosfrico Puede transportarse en el aire en forma de neblina. Cuando es liberado en el suelo, puede disolver algunos de los minerales, en particular los carbonatos. Cantidades significativas de cido permanecen libres y pueden lixiviarse hasta el manto fretico (sobre todo cuando est diluido porque es menos viscoso), en el cual se mueven siguiendo la direccin del flujo del agua subterrnea.Cuando es liberado en los cuerpos de agua natural, su acidez (H+) es neutralizada por los minerales disueltos responsables de la dureza del agua, pero los iones fosfato pueden persistir indefinidamenteEs un constituyente natural de muchas frutas y sus jugos.Es txico para peces, en concentraciones subletales reduce la actividad de nado de estos organismos. Produce efectos txicos agudos y crnicos moderados en la vida acutica en cuerpos de agua con baja alcalinidad. A concentraciones del 15 a 20% destruye el follaje de las plantas, incluyendo a chcharo, frijol, betabel, canola y malezas. Tiene actividad fungicida, herbicida y microbicida.15. APLICACIN Y FINES DEL PRODUCTO ELABORADO Y TRATAMIENTO DE DESPERDICIOSEl cido fosfrico es un cido mineral que se utiliza para acidificar alimentos y bebidas tales como refrescos de cola. Es conocido por dar estos alimentos procesados y bebidas un sabor agrio o amargo. El cido fosfrico tambin se utiliza como una solucin de ataque en la odontologa y la ortodoncia para la limpieza y rugosidad de las superficies de los dientes.

16. IDENTIFICAR CASOS PROBLEMTICOS DE INTERS INDUSTRIALEn Equipos Mantenimiento de una adecuada Temperatura de Agua de Lavado (Elevadas Temperaturas pueden derivar en detonaciones por la inflamabilidad de los gases del cido fosfrico) Sedimentacin de sales y productos secundarios en el equipos (Yeso dihidratado Resultante) Corrosin producto de materias en las corrientes (Principalmente cido sulfrico presentando alto grado de acidez conforme aumenta la temperatura de operacin)A nivel de Eficiencia Control de la cantidad de Alimentacin al Evaporador (Para la ptima eficiencia) ptimo espesor de la Torta de Filtracin Mantenimiento de un adecuado Caudal de Agua de Lavado ptimas condiciones de Temperatura y Presin para el Evaporador

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE INGENIERA QUMICASeccin de Procesos y Tecnologa

PROCESOS INDUSTRIALES INORGNICOS (PII)

Avance de trabajo de investigacin: Produccin de cido Fosfrico

EQUIPO DE TRABAJO

NAPELLIDOS Y NOMBRESCTCECRNP

1

2

3

4

5

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EVALUADO PORDr. PEDRO QUIONES PAREDES02052014