Obtenciond e Fosforo Elental Apartir de La Roca Fosforica

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OBTENCIÓN DE FÓSFORO ELEMENTAL A PARTIR DE LA ROCA FOSFÓRICA

Historia

El fósforo fue descubierto en 1669 por el alquimista Hennig Brand de Hamburgo, el primer

hombre conocido que descubre un elemento. Buscando la piedra filosofal BRAND destiló

una mezcla de arena y orina evaporada, y obtuvo un cuerpo que tenía la propiedad de

lucir en la oscuridad. Se le llamó «fósforo de Brand», para distinguirlo de otros materiales

luminosos denominados también fósforo. Durante un siglo se vino obteniendo esta

substancia exclusivamente de la orina, hasta que en 177I SCHEELE la produjo de huesos

calcinados. Más tarde, la palabra «fósforo» se reservó para designar esta substancia,

cuando LAVOISIER demostró que era un elemento e investigó algunos de los productos

formados al quemarlo en el aire. Boyle, por su parte parece que también descubrió el

fósforo y comunicó el hallazgo a un industrial alemán, G. Hatkwits, el cual industrializó su

obtención en Londres.



Fosforo

El fósforo (P) es un elemento no metálico, elemental para el desarrollo de las plantas, es el

elemento que se encuentra en menor proporción en los tejidos vegetales en comparación

con el resto de los macroelementos esenciales. El fósforo presenta varias

modificaciones, de las que las más importantes son el fósforo blanco y el fósforo rojo.

El empleo de fertilizantes artificiales y derivados a aumentado mucho y una de las

materias primas básicas para su producción es el uso de la roca fosfórica debido a la gran

cantidad de fósforo que contiene.

Alotropías del Fósforo

El fósforo, al igual que ocurre con el S, se presenta en varias formas alotrópicas. Sus

propiedades (aspecto e incluso reactividad) varían sustancialmente de unas a otras. Todas

ellas contienen enlaces sencillos PP. Hay por lo menos 6 clases de fósforo (alótropos); los

más importantes son: blanco (o amarillo), rojo, negro y violeta

1. Fósforo Blanco

Llamado también fósforo amarillo es de consistencia cérea, casi incoloro con un tinte

ligeramente amarillento, tiene un olor característico, es venenoso, insoluble en el agua y

fácilmente soluble en el sulfuro de carbono. Brilla en la oscuridad al aire debido a la

transformación del P2O3 de su superficie en P2O5, más estable.



Si se expone al aire desprende un fino humo blanco que tiene olor desagradable, se

produce una oxidación lenta que luego conduce a una inflamación, también puede

inflamarse si se frota. Siempre en la práctica se le guarda debajo del agua o en el seno de

una atmósfera de gases debido a su inflamabilidad

Constantes físicas

2. Fósforo rojo

El paso del fósforo blanco a la modificación rojo estable se produce con desarrollo de

calor. Las propiedades del fósforo rojo son muy diferentes a las del fosforo blanco .Se

enciende a temperaturas superiores a los 460ºC y no es soluble en sulfuro de carbono. Es

muy sensible al choque y rozamiento, inflamándose fácilmente. El fosforo rojo es

especialmente sensible cuando está mezclado con oxidantes fuertes como cloratos y

nitratos. Tales mezclas pueden reaccionar explosivamente debido achoques sensibles. Es

menos tóxica y reactiva que la forma blanca. Puede ser almacenada en presencia de aire

sin que reaccione con él.

*** De la dos variedades de fosforo, la blanca y la roja, esta última es la más usada, por

no ser toxica y tener un punto de ignición de 260 oC (en lugar de los 20oC que tiene la

blanca), siendo mucho menos volátil, como corresponde a una estructura polimerica. Se

emplea como materia prima para la obtención de los cloruros de fosforo de los que se

obtienen, a su vez los compuestos orgánicos de fósforo.

Densidad 1.18 g/cm3

Punto de fusión 44.1ºC

Punto de ebullición 280ºC

Temperatura de

inflamación

60ºC



Estado Natural

Debido a su fácil oxidación, el fósforo elemental no se encuentra libre en la naturaleza. Se

le encuentra en muchos lugares de la corteza terrestre en forma de fosfato tricalcico, Ca3

(PO4)2.Los mayores yacimientos de fosfatos en el Perú se encuentran en el norte.

El esqueleto de hombres y animales contiene fosfato de calcio. A pesar de que el fósforo

elemental es venenoso, el acido fosfórico es e fundamental en combinaciones orgánicas

como el Adenosintrifosfato (ATP) para los procesos vitales de las células.

Roca fosfórica

Las rocas fosfóricas (Ca3 (PO4)2OH), son comúnmente conocidas en el mundo, por ser una

fuente de fosforo de lenta entrega. Son además la única fuente natural con alta

concentración de fosforo, razón por la cual son utilizadas en procesos industriales para

obtención de fosforo elemental (P) y acido fosfórico (H3PO4), del cual derivan una serie de

productos para la industria de la fertilización y nutrición tanto humana como animal.

El origen de toda la roca fosfórica es ígneo , vale decir debido a erupciones volcánicas. En

algunos casos, dicho material es desplazad por agua hasta el mar y depositado en su

fondo. Cuando el mar retrocede, es posible encontrar yacimientos sedimentarios y/o

también conocidos como fosforita cuya estructura corresponde a fosfatos de calcio ricos

en compuestos como coloro y flúor, producto de la mezcla de los sedimentos ígneos de

fosforo.

Las rocas fosfórica s dependiendo de la combinación de su estructura química pueden

tener ligado fierro no magnético, en cuyos casos el fosforo contenido en la roca es de

baja reactividad en ácidos débiles, medida que indica el grado de disponibilidad o

biodisponibilidad del fosforo, en conjunto con el fósforo soluble en agua.

Las rocas fosfóricas se presentan en unión a cloro (Cl), flúor o grupos oxidrilos (OH) , lo

cual determinan la naturaleza de dicha roca y su función en la industria.



ÁCIDO FOSFÓRICO (H3PO4)

I. DEFINICION

De fórmula química H3PO4, ácido que constituye la fuente de compuestos de importancia

industrial llamados fosfatos. Se obtiene mediante el tratamiento de rocas de fosfato de

calcio con ácido sulfúrico, filtrando posteriormente el líquido resultante para extraer el

sulfato de calcio. Otro modo de obtención consiste en quemar vapores de fósforo y tratar

el óxido resultante con vapor de agua.

A temperatura ambiente, el ácido fosfórico es una sustancia cristalina con una densidad

relativa de 1,83. Normalmente, el ácido fosfórico se almacena y distribuye en disolución.

El ácido es muy útil en el laboratorio debido a su resistencia a la oxidación, a la reducción

y a la evaporación.

Ácido fosfórico

II. PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS

El ácido fosfórico, en su forma cristalina, es un sólido puro, inodoro, de color

blanco.

En su forma líquida el ácido fosfórico es transparente, incoloro y viscoso.

La presión de vapor depende de la temperatura y la concentración.

Presión de vapor (20ºC) : 0,004 k Pa.

Peso molecular: 98,0 Fórmula molecular: H3PO4

Solubilidad: muy soluble en agua

Punto de fusión: 42,3 ºC

Punto de ebullición: 261 ºC

Densidad de vapor: 1,864 g/ml



III. APLICACIONES DEL ÁCIDO FOSFÓRICO

En la Agricultura: La mayor parte del ácido fosfórico (85%) se destina a la

fabricación de fertilizantes. El fósforo, junto con el nitrógeno y el potasio, son

elementos esenciales para las plantas.

En la industria de la alimentación: Es usado como regulador de pH en diferentes

industrias, como levaduras, cervezas, aceites y bebidas refrescantes, en la

fabricación de queso, etc.

Tratamiento de metales: Fosfatado de metales y abrillantado de aluminio.

Detergencia: Limpiadores de tipo ácido.

Tratamiento de aguas: Aporte de fósforo en aguas residuales industriales, como

Ablandadores de agua, (plantas biológicas).

IV. REACCIONES:

1. Óxidos y oxoácidos del fósforo

Entre los compuestos más importantes del fósforo están los óxidos y los oxoácidos que

tienen fósforo en estado de oxidación +3 y +5.

Las fórmulas más simples que podemos escribir para los óxidos son P2O3 y P2O5,

respectivamente. Los nombres que les corresponden son trióxido de fósforo y

pentóxido de fósforo, Sin embargo, son sólo fórmulas empíricas. Las fórmulas

verdaderas de los óxidos son el doble de las escritas, es decir, P4O6 y P4O10.

El P4O6 se forma cuando el P4 blanco reacciona con una cantidad de oxígeno, limitada:

P4(s) + 3O2 (g) P4O6(s)



Este óxido posee átomos de P (en estado de oxidación +3) con geometría tetraédrica, con

un átomo de oxígeno de puente entre cada dos átomos de P.

El P4O6 reacciona con agua para formar ácido fosforoso:

P4O6 (l) + 6 H2O (l) 4 H3PO3 (ac)

El P4O10, conocido comúnmente como el pentóxido de fósforo, se forma cuando se quema

P4 con un exceso de oxígeno:

P4(s) + 5O2 (g) P4O10(s)

La presencia de muchos enlaces con H hace que sea una sustancia muy pura y 75 veces

más viscosa que el agua. El H3PO es un ácido triprótico débil; en agua pierde un protón

pero en exceso de una base fuerte se disocia, completamente en tres paso, para formar

los tres oxoaniones fosfatos (H2PO4-, HPO42- y PO43-).

Si se combinan P4O10 y H2O en relación molar 1:6 según la reacción anterior el producto

líquido debería ser H3PO4 puro (al 100%). Sin embargo, un análisis del líquido indica que

sólo tiene aproximadamente el 87,3% de H3PO4. El fósforo que falta está en el líquido

pero como H4P2O7, un compuesto llamado ácido difosfórico o pirofosfórico. Se forma una

molécula de ácido difosfórico cuando se elimina una molécula de agua entre dos

moléculas de ácido ortofosfórico, como se muestra en la figura:



Si se une una tercera molécula de ácido ortofosfórico, eliminándose una molécula de

agua, el producto es el ácido trifosfórico, H5P3O10, y así sucesivamente. Las estructuras

de cadenas de ácido fosfórico se denominan en su conjunto ácidos polifosfóricos y sus

sales se llaman polifosfatos. Hay dos derivados de los ácidos polifosfóricos especialmente

importantes que están en los organismos vivos y se llaman ADP y ATP. La letra A del

acrónimo se refiere a la adenosina, una combinación de una base orgánica llamada

adenina y un azúcar de cinco átomos de carbono llamado ribosa. Si esta combinación de la

adenosina se une a un ion difosfato, el producto es el ADP, difosfato de adenosina. Si se

une a un ion fosfato al ADP se obtiene ATP, trifosfato de adenosina.

2. Síntesis del ácido fosfórico

La mayor parte del ácido fosfórico se obtiene por reacción entre el ácido sulfúrico y el

apatito:

3Ca3 (PO4)2·CaF2(s) + 10H2SO4 (ac,conc)+20H2O(l ) 6 H3PO4(ac) + 10 CaSO4·2H2O(s) + 2 HF(ac)

El HF se convierte en Na2SiF6, que es insoluble, y el yeso formado (CaSO4·2H2O) se filtra

junto con otras impurezas insolubles. El ácido fosfórico se concentra por evaporación.



El ácido fosfórico obtenido mediante este proceso húmedo contiene una gran variedad de

iones metálicos como impurezas y es de color verde oscuro o marrón. Sin embargo es

adecuado para fabricar fertilizantes y para operaciones metalúrgicas.

Un método alternativo para obtener H3PO4 con una mayor pureza consiste en la

combustión del fósforo blanco, P4, con aire, absorbiendo el P2O5 resultante en agua:

P4(s) + 5 O2 (g) P4O10(s)

P4O10 (s) + 6 H2O (l) 4 H3PO4

El ácido fosfórico se obtiene con una concentración entre 54.5 y 61.5 % (contenido de

P2O5).

V. PRODUCCION DEL ACIDO FOSFÓRICO

Mucho antes, la mayor parte del ácido ortofosfórico producido se preparaba por la acción

del ácido sulfúrico diluido, de 50ºBe, sobre roca fosfórica molida o huesos. Este proceso

fue sustituido por el proceso Dorr de ácido fuerte, con el que se producía un ácido fuerte y

económico.

El equipo debe estar recubierto con plomo, acero inoxidable, Hastelloy G o ladrillo a

prueba de ácidos, y debe darse suficiente tiempo en los diferentes agitadores para que la

reacción se complete.

La temperatura en el digestor debe mantenerse suficientemente baja para asegurar la

precipitación del yeso (CaSO4.2H2O), y no de anhidrita. Si se forma esta última,

posteriormente se hidrata y causa taponamiento de las tuberías.

El ácido obtenido por este proceso se emplea casi enteramente en la producción de

fertilizantes, donde las impurezas no son importantes, o, después de cierta purificación,

para varios fosfatos de sodio. El ácido puro se obtiene a partir del fósforo elemental por el

proceso del horno eléctrico.



1. Acido fosfórico por el proceso húmedo:

El proceso más importante para producir ácido fosfórico por vía húmeda utiliza ácido

sulfúrico, como se muestra en la Fig. 2.1. Las reacciones esenciales son:

CaF2.3Ca3 (PO4)2 + 10H2SO4 + 20H2O 10CaSO4.2H2O + 2HFo

+ 6H3PO4

O expresado en forma más sencilla,

Ca3 (PO4)2 + 3H2SO4 + 6H2O 2H3PO4 + 3CaSO4.2H2O

Yeso

La roca fosfórica cruda, u ocasionalmente la roca calcinada si se desea un ácido claro,

verde, se digiere con ácido sulfúrico. El tiempo de retención varía entre 1.5 y 12 h, y las

condiciones se controlan para producir cristales de yeso que son fácilmente filtrables. La

reacción se enfría por medio de un enfriador de vacío (instantáneo).

La mezcla de reacción se filtra con un filtro de charola basculante Bird-Prayon. En este

proceso se produce ácido de 28 a 32% que después debe concentrarse para la mayor

parte de los usos.

Otro proceso es el del reactor isotérmico de ácido fosfórico Swenson, en el que se emplea

un cristalizador al vacío de un solo recipiente. Las ventajas adjudicadas a este proceso son:

costos de capital reducidos, de consumo de servicios y de mantenimiento, así como alta

eficiencia de operación con recuperación mejorada de P2O5.



Manufactura del ácido fosfórico por el proceso húmedo, utilizando filtros de lavado de

bandeja basculante Bird-Prayon. La eficiencia global es de 94 a 98% y produce ácido de

una concentración de 30 a 32% de P2O5



Purificación

Con frecuencia, el ácido crudo del proceso húmedo es negro y contiene metales y flúor

disuelto, así como compuestos orgánicos disueltos y coloidales.

Las impurezas sólidas suspendidas se eliminan a menudo por sedimentación. La extracciónpor disolventes o la precipitación por disolventes se utilizan para eliminar las impurezas

disueltas.

En la extracción por disolventes, se emplea un disolvente parcialmente miscible, como el

n-butanol, el isobutanol o el n-pentanol. El ácido fosfórico es extraído, y las impurezas se

dejan detrás. En la retro-extracción con aguase recupera el ácido fosfórico purificado.

En la precipitación con disolventes, se utiliza un disolvente completamente miscible,

además de álcalis o amoniaco para precipitar las impurezas como sales de fosfato.

Después de la filtración, se separa el disolvente por destilación y se recicla.

En la precipitación con disolventes, se utiliza un disolvente completamente miscible,

además de álcalis o amoniaco para precipitar las impurezas como sales de fosfato.

Después de la filtración, se separa el disolvente por destilación y se recicla.

1. Fósforo y Acido Fosfórico de Horno Eléctrico:

Este Elemento se producía al principio, en pequeña escala comercial, tratando huesos

calcinados con ácido sulfúrico, filtrando el ácido fosfórico y evaporándolo hasta que

tuviera una gravedad específica de 1.45. Esto se mezclaba con carbón de madera o con

coque, se volvía a calentar, se evaporaba el agua, luego se calcinaba a calor blanco en

retortas. Después se destilaba el fósforo, colectándolo bajo agua, y purificándolo por

redestilación.

En la actualidad, la producción del fósforo depende todavía de la volatilización del

elemento de sus compuestos en condiciones reductoras. Durante las últimas décadas el

método ha cambiado, sobre todo en los detalles y en el volumen de la producción.

El fósforo elemental se fabrica a gran escala como un producto químico pesado y seembarca en carros-tanque, hasta plantas distantes, para ser convertido en ácido fosfórico,

fosfatos y otros compuestos.



Importancia del fosforo en el suelo

El fósforo es un elemento esencial para la vida. Las plantas lo necesitan para crecer y

desarrollar su potencial genético. Lamentablemente, el fósforo no es abundante en el

suelo. Y lo que es peor, mucho del fósforo presente en el suelo no está en formas

disponibles para la planta. La disponibilidad de este elemento depende del tipo de suelo,

según este, una pequeña o gran parte del fósforo total puede estar fijado (no

disponible) en los minerales del suelo. Esto significa que la planta no puede absorberlo. En

la naturaleza, el fósforo forma parte de las rocas y los minerales del suelo. Las fuentes de

fósforo como nutrimento para las plantas son los fertilizantes minerales y los fertilizantes

orgánicos. Los fertilizantes minerales son compuestos inorgánicos de fósforo que se

extraen de los grandes yacimientos de roca fosfórica. Estos compuestos minerales, son

tratados para hacerlos más solubles para que así, sean disponibles para las plantas y

puedan ser utilizados por estas en la formación de tejidos y órganos vegetales.

La figura inferior muestra el ciclo del fósforo en la naturaleza y la intervención del hombre

en el mismo. Se puede observar que se pierde fósforo por: escurrimiento, erosión, lavado

y extracción en la cosecha. Por otro lado se regresa fósforo al suelo por medio de adición

de fertilizantes minerales (que es la más importante y significativa), retorno de residuos

de animales y plantas y por deposición atmosférica.



Las plantas absorben únicamente el fósforo que está en la solución del suelo en forma de

HPO4-2

(ión fosfato mono ácido) y H2PO4-1

(ión fosfato diácido). Cualquier fertilizante ya

sea de origen orgánico o mineral debe de transformase primero en esas especies (formas

químicas) antes de ser utilizado por el cultivo. Las diferencias entre los residuos orgánicos

y los fertilizantes minerales son principalmente dos:

1) velocidad de disponibilidad para el cultivo (los residuos orgánicos tienen que ser

primero descompuestos por los microbios, mientras que los abonos minerales ya tienen

los compuestos en la forma que la planta los utiliza)

2) concentración (los residuos orgánicos tiene concentraciones más bajas de fósforo que

los compuestos minerales).

Medio ambiente relacionado con el fosforo y derivados

Fosfatos

Los fosfatos se usan ampliamente como fertilizantes porque el fósforo es un nutriente

indispensable para las plantas. Esta utilización masiva de fertilizantes puede puede

conducir a la contaminación por fosfatos de lagos, estanques y arroyos, provocando una

explosión de crecimiento de plantas, especialmente algas. Las algas consumen el oxigeno

del agua llegando a morir los peces. Este tipo de cambios que ocurre en lagos y arroyos

de agua dulce como resultado de su enriquecimiento en nutrientes, se llama

eutrofización. Es un proceso que natural que tiene lugar en tiempos geológicos, pero

puede ser acelerado en gran medida por la actividad humana. Una manera de disminuir la

aportación de fosfatos añ medio ambiente es eliminándolos de las plantas de tratamiento

de aguas residuales. Al procesar el agua los polifosfatos se degradan a ortofosfatos ya sea

como fosfatos de hierro (III), fosfatos de aluminio o como fosfato de calcio. La

precipitación se lleva a cabo por adición de sulfato de aluminio, hidróxido de calcio o

cloruro de hierro (III).

Fósforo

El fósforo blanco esta en el ambiente cuando es usado en industrias para hacer

otros productos químicos y cuando se usa como munición. El fósforo blanco no es

probablemente esparcido, porque este reacciona con el oxigeno bastante rápido

Cuando el fósforo termina en el aire a través de los tubos de escape este reaccionara con

el oxigeno inmediatamente para convertirse en partículas menos peligrosas. Pero en



suelos profundos y en el fondo de los ríos el fósforo puede permanecer, miles de años y

más.

BIBLIOGRAFIA

y DFG (1989). Maximun concentrations at the workplace and biological tolerancevalues for working materials 1989. Report XXV Commission for investigation of

health hazards of chemical compounds in the work area. DeutscheForschungsgemeinschaf. VCH, Weinheim, Alemania.

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