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Producción de Ácido Fosfórico por el proceso de Horno de Arco Eléctrico a partir de Roca Fosfórica

El ácido fosfórico puede fabricarse por dos procesos, el proceso húmedo y el proceso térmico o del horno eléctrico. El ácido producido por el método húmedo es más barato pero resulta bastante impuro; se usa principalmente en la fabricación de fertilizantes y en aquellos productos químicos donde la pureza no es importante. El ácido producido en el horno eléctrico es más caro pero mucho más puro y puede producirse partiendo de roca fosfórica de bajo grado. El empleo principal de este ácido es para la fabricación de productos químicos y, en particular, sales del ácido fosfórico que se requieren en las industrias alimenticias y de detergentes

En este proceso la roca fosfórica es reducida a fósforo elemental por la acción de coke y calor en presencia de arena. Luego se oxida con aire a pentóxido de fósforo y enseguida por hidratación se logra ácido fosfórico.

En detalle, la roca fosfórica es transformada por un horno donde es nodulizada para facilitar el escape de los vapores de fósforo en el horno eléctrico y prevenir la entrada de polvo o finos que contaminen el vapor. El material crudo es clasificado según tamaño y los finos son retornados al horno. El coke y la arena se unen y la mezcla es dirigida al horno eléctrico. Aquí se encuentran tres electrodos de carbono que cuelgan y que se hallan conectados a corriente alterna trifásica. La sílice reacciona con la roca a temperaturas sobre los 1200°C (en general se usa 1315°C) para liberar pentóxido de fósforo, que es reducido a fósforo elemental por medio del coque incandescente. La escoria y el ferrofósforo se colectan en el fondo del horno y periódicamente se eliminan mediante una purga. Generalmente la roca fosfórica posee impurezas, donde cerca de un 20% de flúor presente en la roca también reaccionará, según la siguiente ecuación:

2CaF2 + 3SiO2 à SiF4 + 2CaSiO3

El hierro y el aluminio presentes en la roca fosfórica serán convertidos a los correspondientes silicatos; además, se obtienen alrededor de 0,09 toneladas de ferrofósforo como subproducto por tonelada de fósforo producido.

Los gases del horno, fósforo y monóxido de carbono, son retirados del horno por medio de un ventilador. Luego se oxidan ambos gases uno a pentóxido de fósforo y el otro a dióxido de carbono por medio de una cámara de combustión. Enseguida los gases pasan a una torre empacada donde reciben un rocío con agua, donde se forma una niebla de ácido fosfórico y de ahí pasa a un precipitador electrostático (en general se usan tres) de grafito (resistente a la acción del ácido fluorhídrico) para remover cualquier resto de ácido fosfórico. Los gases de escape de la torre son principalmente monóxido de carbono. El ácido fosfórico crudo (85%) es

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generalmente purificado con arsénico por acción de sulfuro de hidrógeno. Según las condiciones, el ácido puede ser purificado de impurezas tales como sales de calcio por medio de adición de ácido sulfúrico quien las precipitaría. El ácido fluorhídrico puede ser removido por adición de polvos de sílice. Usualmente estos pasos tienen lugar antes de remover el arsénico. Cualquier material en suspensión, sílice, sulfato de calcio o trisulfuro de arsénico, se elimina pasando el ácido por un filtro de arena. El ácido de 85% puede luego ser diluido en agua hasta un 50%.

El rendimiento del fósforo es aproximadamente de 87 al 92% de la cantidad presente en la roca. Más de la mitad del fósforo restante se combina con el hierro para formar ferrofósforo que es un subproducto valioso. En algunas condiciones, la escoria de silicato de calcio puede también encontrar mercado. El consumo potencial es aproximadamente de 12000 a 13000 Kw Hr/Ton de fósforo producido. Este es el factor de costo más importante del proceso, por lo cual una fuente de electricidad barata es esencial para que el proceso sea económico.