Procedimiento para la producción de ácido fosfórico de elevada pureza,

que comprende las etapas de:

- (a) llevar a cabo un ataque de una primera sal fosfato con un primer ácido fuerte para formar una suspensión de un primer ácido fosfórico, en disolución, y una primera fase sólida;

- (b) separar el primer ácido fosfórico de la primer fase sólida;

- (c) añadir un compuesto de carácter básico al primer ácido fosfórico para formar una nueva suspensión de una segunda sal fosfato, en disolución, y una segunda fase sólida que contiene impurezas;

- (d) separar la segunda sal fosfato de la segunda fase sólida;

- (e) llevar a cabo un segundo ataque de la segunda sal fosfato con un segundo ácido fuerte, concentrado, para formar un segundo ácido fosfórico y una sal;

- (f) separar el segundo ácido fosfórico de la sal;

- (g) extraer el segundo ácido fosfórico con un disolvente orgánico para formar una fase de extracción orgánica que contiene ácido fosfórico y una fase de extracción acuosa que contiene impurezas;

- (h) re-extraer dicha fase de extracción orgánica mediante un agente de re-extracción acuoso para formar una fase de re-extracción acuosa y una fase orgánica pobre en ácido fosfórico;

- (i) separar la fase de re-extracción acuosa que es un tercer ácido fosfórico y la fase orgánica; y

- (j) aplicar intercambio de iones al tercer ácido fosfórico para producir un ácido fosfórico de elevada pureza.

Procedimiento para la producción de ácido fosfórico de elevada pureza.

Campo técnico

La invención se refiere a un procedimiento para la producción de ácido fosfórico (PA – siglas en inglés) que puede ser recuperado con una pureza muy elevada tal como calidad de categoría electrónica, calidad de categoría alimenticia o calidad de categoría farmacéutica. Este procedimiento produce co-productos tales como yeso puro y sales cloruro de elevada pureza.

Descripción del estado conocido de la técnica

La industria de los semiconductores ha de evitar todo tipo de influencias sobre el comportamiento, p. ej. de sustratos de silicio, mediante el uso de líquidos corrosivos. Por lo tanto, en todas las etapas de la producción de memoria o procesador deben utilizarse productos químicos muy puros, incluido ácido fosfórico. Los iones de metales tendrán influencia sobre el comportamiento de un sustrato de silicio, ya que se ve influenciada la conductividad. Por ejemplo, el antimonio (Sb) se utiliza como un dopante en la producción de semiconductores y potencia la capacidad de un semiconductor para conducir la electricidad al proporcionar zonas selectivas, cargadas negativamente, dentro del sustrato. Se sabe que el antimonio y sus iones son de lo más difícil de separar del fósforo elemental (véase el documento US 5.989.509) . Este problema existe también con productos de ácido fosfórico de alto valor tales como ácido fosfórico de categoría semiconductora o de “categoría electrónica”. Además, es deseable separar iones de metales del ácido fosfórico, de modo que se obtenga un denominado ácido fosfórico de “categoría electrónica”. “Ácido fosfórico de categoría electrónica” significa un ácido fosfórico de elevada pureza con una pureza suficiente para ser utilizado en la fabricación de dispositivos electrónicos que incluyen, pero no se limitan a semiconductores, placas de circuitos impresos, pantallas planas, células fotovoltaicas y productos relacionados. Por ejemplo, la norma Semi patrones internacionales SEMI C36-0301 proporciona especificaciones para las categorías de ácido fosfórico 1, 2 y 3 que son adecuadas para trabajar en el campo de los semiconductores.

Durante mucho tiempo se han conocido métodos para producir ácido fosfórico. Se conocen dos tipos de métodos, a saber los métodos en seco y los métodos en húmedo. Ácido fosfórico de categoría electrónica se produce generalmente por métodos en seco basados en el proceso de reducción térmica de rocas de fosfatos a temperatura muy elevada, el cual tiene el inconveniente de ser extremadamente costoso en energía. Algunos métodos en húmedo bien conocidos implican el ataque de la roca de fosfatos con ácidos, principalmente ácido sulfúrico, pero también ácidos nítrico, perclórico o clorhídrico. Un ataque clorhídrico de la roca de fosfatos se conoce, por ejemplo, de los documentos US 3.304.157 y GB-1051521. Estos métodos tienen el inconveniente de que generalmente utilizan, para el ataque, una disolución concentrada de HCl que puede ser de 20% o incluso 30% en peso. La roca a utilizar ha de ser de buena calidad, es decir, entre otros, debe tener un elevado contenido en P2O5 y, habitualmente, se requiere una molienda fina de la roca, lo cual incrementa los costes.

Se conoce también un método para el ataque con ácido clorhídrico, en el que la roca es sometida a un primer ataque limitado con ácido clorhídrico diluido, a un segundo ataque con ácido clorhídrico diluido y luego a una extracción líquido-líquido para separar cloruro de calcio (documento US-3.988.420) .

Se conoce también aplicar un método diferente para producir ácido fosfórico, según se describe en el documento US 2005/0238558 y en el documento US 7.361.323, que comprende una etapa de neutralización.

Sin embargo, ninguno de estos procedimientos en húmedo produce ácido fosfórico de calidad de categoría electrónica. A la vista de los inconvenientes de los métodos en seco tales como la elevada temperatura, existe la necesidad de un procedimiento en húmedo para producir ácido fosfórico de elevada pureza.

Los autores de la invención han encontrado ahora que es posible obtener, mediante un procedimiento en húmedo, un ácido fosfórico de calidad de clase electrónica de este tipo. En particular, han encontrado que es posible obtener resultados muy buenos en lo que se refiere al contenido en antimonio.

Dentro del marco de esta memoria descriptiva, los valores de fosfato, excepto en los casos en que se indique de otra forma, se expresarán sobre una base en % peso y como anhídrido de ácido fosfórico (P2O5) .

Sumario de la invención

La invención se refiere a un procedimiento para la producción de ácido fosfórico de elevada pureza, que comprende las siguientes etapas sucesivas:

- (a) llevar a cabo un ataque de una primera sal fosfato con un primer ácido fuerte para formar una suspensión de un primer ácido fosfórico, en disolución, y una primera fase sólida (primera parte de la etapa 3, véase la Fig. 1) ;

- (b) separar el primer ácido fosfórico de la primer fase sólida (segunda parte de la etapa 3, véase la Fig. 1) ;

- (c) añadir un compuesto de carácter básico al primer ácido fosfórico para formar una nueva suspensión de una segunda sal fosfato, en disolución, y una segunda fase sólida que contiene impurezas (primera parte de la etapa 4, véase la Fig. 1) ;

- (d) separar la segunda sal fosfato de la segunda fase sólida (segunda parte de la etapa 4, véase la Fig. 1) ;

- (e) llevar a cabo un segundo ataque de la segunda sal fosfato con un segundo ácido fuerte, concentrado, para formar un segundo ácido fosfórico y una sal (primera parte de la etapa 6, véase la Fig. 1) ;

- (f) separar el segundo ácido fosfórico líquido de la sal (segunda parte de la etapa 6, véase la Fig. 1) ;

- (g) extraer el segundo ácido fosfórico con un disolvente orgánico para formar una fase de extracción orgánica que contiene ácido fosfórico y una fase de extracción acuosa que contiene impurezas (etapa 7A – véase la Fig. 1) ;

- (h) re-extraer dicha fase de extracción orgánica mediante un agente de re-extracción acuoso para formar una fase de re-extracción acuosa y una fase orgánica pobre en ácido fosfórico (etapa 7B – véase la Fig. 1) ;

- (i) separar la fase de re-extracción acuosa que es un tercer ácido fosfórico y la fase orgánica (etapa 7C – véase la Fig. 1) ; y

- (j) aplicar intercambio de iones al tercer ácido fosfórico para producir un ácido fosfórico de elevada pureza (etapa 9 – véase la Fig. 1) .

La primera sal fosfato se puede obtener de acuerdo con diferentes procedimientos y puede ser adquirida en el mercado. Sin embargo, en un modo preferido, el procedimiento de la invención comprende, antes de la etapa (a) de llevar a cabo un ataque de la primera sal fosfato con el primer ácido fuerte, las siguientes etapas:

- llevar a cabo un ataque de roca de fosfatos con una disolución de ácido clorhídrico para formar una suspensión que consiste en una fase acuosa que contiene, en disolución, iones fosfato, iones cloruro e iones calcio, y una fase sólida insoluble que contiene impurezas (primera parte de la etapa 1 – véase la Fig. 1) ;

- separar la fase acuosa que comprende, en disolución, iones fosfato, iones cloruro e iones calcio, y la fase sólida insoluble (segunda parte de la etapa 1 – véase la Fig. 1) ;

- llevar a cabo una neutralización de la fase acuosa mediante la adición de un compuesto de calcio para formar fosfato de calcio a partir de los iones fosfato, siendo dicho fosfato de calcio insoluble en agua (primera parte de la etapa 2 – véase la Fig. 1) ;

- separar el fosfato de calcio, el cual se puede utilizar en el procedimiento como la primera sal fosfato, y la fase acuosa que contiene, en disolución, iones calcio e iones cloruro (segunda parte de la etapa 1 – véase la Fig. 1) .

En este caso, la concentración de ácido clorhídrico está comprendida preferiblemente, entre 3 y 10% p/p, la relación molar entre HCl y Ca está comprendida entre 0, 6 y 1, 3 y el pH puede ser inferior a 1, 4.

El procedimiento puede comprender, además, llevar a cabo una neutralización preliminar (no representada en la Fig. 1) de dicha suspensión a un pH inferior al pH al que precipita una parte significativa de fosfato de calcio. Este pH se ajusta mediante dicha neutralización preliminar entre 0, 8 y 4, preferiblemente entre 1, 3 y 1, 4. La neutralización y la neutralización preliminar se puede llevar... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de ácido fosfórico de elevada pureza, que comprende las etapas de:

- (a) llevar a cabo un ataque de una primera sal fosfato con un primer ácido fuerte para formar una suspensión de un primer ácido fosfórico, en disolución, y una primera fase sólida;

- (b) separar el primer ácido fosfórico de la primer fase sólida;

- (c) añadir un compuesto de carácter básico al primer ácido fosfórico para formar una nueva suspensión de una segunda sal fosfato, en disolución, y una segunda fase sólida que contiene impurezas;

- (d) separar la segunda sal fosfato de la segunda fase sólida;

- (e) llevar a cabo un segundo ataque de la segunda sal fosfato con un segundo ácido fuerte, concentrado, para formar un segundo ácido fosfórico y una sal;

- (f) separar el segundo ácido fosfórico de la sal;

- (g) extraer el segundo ácido fosfórico con un disolvente orgánico para formar una fase de extracción orgánica que contiene ácido fosfórico y una fase de extracción acuosa que contiene impurezas;

- (h) re-extraer dicha fase de extracción orgánica mediante un agente de re-extracción acuoso para formar una fase de re-extracción acuosa y una fase orgánica pobre en ácido fosfórico;

- (i) separar la fase de re-extracción acuosa que es un tercer ácido fosfórico y la fase orgánica; y

- (j) aplicar intercambio de iones al tercer ácido fosfórico para producir un ácido fosfórico de elevada pureza.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende, además, antes de la etapa (a) de llevar a cabo el ataque de la primera sal fosfato con el primer ácido fuerte, las siguientes etapas:

- llevar a cabo un ataque de roca de fosfatos con una disolución de ácido clorhídrico para formar una suspensión que consiste en una fase acuosa que contiene, en disolución, iones fosfato, iones cloruro e iones calcio, y una fase sólida insoluble que contiene impurezas;

- separar la fase acuosa que comprende, en disolución, iones fosfato, iones cloruro e iones calcio, y la fase sólida insoluble;

- llevar a cabo una neutralización de la fase acuosa mediante la adición de un compuesto de calcio para formar fosfato de calcio a partir de los iones fosfato, siendo dicho fosfato de calcio insoluble en agua;

- separar el fosfato de calcio, el cual se puede utilizar en el procedimiento como la primera sal fosfato, y la fase acuosa que contiene, en disolución, iones calcio e iones cloruro.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende, además, la etapa de llevar a cabo una neutralización preliminar de dicha suspensión a un pH inferior al pH al que precipita una parte significativa de fosfato de calcio.

4. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la primera sal fosfato es monohidrógeno-fosfato de calcio (DCP) .

5. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer ácido fuerte es ácido sulfúrico y la primera fase sólida es yeso.

6. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la relación molar entre el primer ácido fuerte y la primera sal fosfato está comprendida entre 0, 6 y 1, 6.

7. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el compuesto de carácter básico se elige del grupo que consiste en carbonato de sodio, hidróxido de sodio, carbonato de potasio, hidróxido de potasio, amoníaco, hidróxido de amonio y mezclas de estos compuestos.

8. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el compuesto de carácter básico se añade al primer ácido fosfórico para alcanzar un pH entre 6, 0 y 10, 0.

9. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la segunda sal fosfato es fosfato disódico.

10. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende, además

- obtener una cristalización de la segunda sal fosfato para formar una sal fosfato sólida y una fase líquida que contiene impurezas;

- separar la segunda sal fosfato, una vez cristalizada, de la fase líquida.

11. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el segundo ácido fuerte es ácido clorhídrico.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque la relación molar cloruro/sodio está comprendida entre 0, 8 y 1, 5.

13. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la sal se elige del grupo que consiste en cloruro de sodio, cloruro de potasio, cloruro de amonio y mezclas de los mismos.

1.

14. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el intercambio de iones se realiza con una resina de intercambio de cationes.

15. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en dicho 15 procedimiento se puede reciclar cualquier efluente líquido y residuo sólido que contenga iones fosfato.