Métodos de preparação do ácido fosfórico

　　Contexto e visão geral[1]

　　O ácido fosfórico é uma matéria-prima básica da indústria química, amplamente utilizado nos setores de fosfatos, fertilizantes, aditivos alimentares, rações, detergentes, eletrônica e retardantes de chama, entre outros. O ácido fosfórico puro é um cristal incolor, com ponto de fusão de 42,3 °C; trata-se de um ácido de alto ponto de ebulição, facilmente solúvel em água. É um ácido triprótico de força moderada, que se ioniza em etapas, não é volátil nem facilmente decomponível e praticamente não apresenta propriedades oxidantes. Apresenta as características gerais dos ácidos. Na indústria, o ácido fosfórico é geralmente obtido por reação do ácido sulfúrico concentrado com fosfato de cálcio; após a filtração para remover o precipitado de sulfato de cálcio, pouco solúvel em água, o líquido filtrado resultante é a solução de ácido fosfórico.

　　Reportagem 1,

　　Um método para a produção de ácido fosfórico cristalino por concentração do ácido fosfórico com anidrido fosfórico, cujas etapas são as seguintes:

　　Fundem-se completamente, a 70 °C, 1 kg de fósforo amarelo de pureza 99,95% e com teor de arsênico de 152 × 10⁻⁶; em seguida, mediante bombeamento, o fósforo amarelo é conduzido até o queimador de fósforo amarelo na proporção de 1 kg de fósforo amarelo para 6,3–6,6 m³ de ar, onde se mistura com ar comprimido a 0,7 MPa e é injetado na caldeira de combustão de fósforo amarelo, onde se atomiza rapidamente e entra em combustão intensa.

　　O P2O5 gerado pela combustão é introduzido no topo da torre de hidratação; inicialmente, o topo da torre é lavado com água desionizada, e, após a obtenção de um ácido diluído, passa-se a utilizar spray de ácido diluído. O ácido fosfórico diluído é continuamente pulverizado pelo topo e escoa uniformemente pelas paredes internas, realizando a absorção cíclica do P2O5. Após a obtenção de H3PO4 a 100%, adiciona-se, no topo da torre, uma quantidade adequada de água desionizada para manter o spray; em seguida, o H3PO4 a 100% é encaminhado para o equipamento de remoção de arsênio, onde se faz passar gás de HCl em concentração equivalente a 0,5% do peso total do ácido fosfórico, à temperatura de 130°C, durante 120 minutos. Em seguida, o produto é resfriado até 32°C e enviado para o cristalizador, onde se adiciona semente de cristais de ácido fosfórico na proporção de 0,4% do peso total do ácido. Após agitação, o material é submetido a separação por centrifugação, obtendo-se o produto final de ácido fosfórico cristalino, cuja composição é a seguinte: P2O5 72,42%; SO42- 25×10⁻⁶; Fe 8×10⁻⁶; As 0,5×10⁻⁶; Cl⁻ 2×10⁻⁶; Pb 2×10⁻⁶.

　　Reportagem dois,

　　Um processo de produção de ácido fosfórico a partir de minério de fosfato por redução direta utilizando pelotas compostas de dupla camada, cujo método é o seguinte:

　　Composição química das matérias-primas utilizadas: o minério de fosfato contém 25% de P2O5; a sílica contém 98% de SiO2; o pó de coque contém 75% de carbono fixo. As três matérias-primas são dosadas de modo a obter uma razão molar CaO/SiO2 de 0,4 e uma quantidade de carbono correspondente a 1,5 vezes a quantidade teórica necessária para a redução do P2O5 presente no minério de fosfato. Em seguida, as misturas são moídas até que mais de 80% do material atinja uma finura de -200 mesh; após adição de 2% de um agente aglutinante à base de ácido húmico sódico, procede-se à formação de pelotas com teor de umidade de 12% e diâmetro de 10 a 16 mm. As pelotas assim obtidas são submetidas a uma segunda operação de peletização, durante a qual são revestidas com uma camada de pó de coque cuja fração passante pelo tamiz de -200 mesh seja superior a 80%. O peso do pó de coque corresponde a 10% do peso das pelotas. As pelotas, com a composição química e as especificações físicas acima mencionadas, são então secas e consolidadas a 100°C e introduzidas em um forno rotativo de ventilação radial, com diâmetro interno de 0,8 m e comprimento de 10 m. A temperatura de redução das pelotas no interior do forno é controlada em 1300°C, e o material permanece no forno durante 1,5 hora; a taxa de volatilização do fósforo nas pelotas supera 80%. Os gases gerados no forno, ricos em P2O5, são submetidos a absorção por hidratação, resultando em ácido fosfórico com concentração de 85% de H3PO4.