Procedimiento de producción de ácido fosfórico.

Procedimiento de producción de ácido fosfórico, que comprende

- un ataque en medio acuoso de roca fosfatada por el ácido sulfúrico a una primera temperatura comprendida entre70 y 90 °C,

con formación de una primera pasta de cristales de sulfato de calcio dihidrato en suspensión en una faseacuosa ácida, presentando la fase acuosa ácida de esta pasta un contenido en P2O5 libre comprendido entre 38 y 50% en peso y un contenido en SO3 libre inferior a 0,5 % y superior a 0,05 % en peso,

- una conversión de esta primera pasta por calentamiento a una temperatura superior a 90 °C, con solubilización delos cristales de sulfato de calcio dihidrato y recristalización del sulfato de calcio solubilizado dando lugar a unasegunda pasta formada de cristales de calcio hemihidrato en suspensión en una fase acuosa a base de ácidofosfórico, y

- una separación en la segunda pasta entre un ácido fosfórico de producción, que presenta un contenido en SO3libre inferior a 2 % y superior a 0,05 % en peso, y una torta de filtración a base de sulfato de calcio hemihidrato.

Procedimiento de producción de ácido fosfórico

La presente invención se refiere a un procedimiento de producción de ácido fosfórico por ataque de rocas fosfatadas mediante ácido sulfúrico.

El procedimiento clásico de este tipo consiste en hacer reaccionar la roca fosfatada con el ácido sulfúrico en condiciones que dan lugar a una cristalización de sulfato de calcio dihidrato o yeso (CaSO4.2H2O) . La pasta de yeso obtenida en un primer reactor se puede someter a continuación, en un segundo reactor, a una maduración que permita un agrandamiento de los granos de sulfato formados, y por lo tanto para aumentar la filtrabilidad. La pasta madura se filtra a continuación con obtención de un ácido fosfórico que presenta un contenido en P2O5 libre del orden de 25 a 35 % en peso. El yeso obtenido contiene todavía bastante P2O5, ya sea sin atacar o ya sea cocristalizado, es decir fijado a la red cristalina del yeso. Esto limita el rendimiento de extracción del P2O5 contenido en el fosfato y hace que el yeso no sea adecuado para ciertas aplicaciones.

Se conocen igualmente procedimientos de producción de ácido fosfórico por ataque con el ácido sulfúrico que dan, a temperaturas y concentraciones de P2O5 y/o SO3 más elevadas, una pasta de sulfato de calcio bajo la forma de hemihidrato (CaSO4.1/2H2O) o de anhidrita. Estos procedimientos dan generalmente un ácido fosfórico concentrado y un sulfato muy filtrable, pero el rendimiento de la extracción del P2O5 de estos procedimientos es inferior al procedimiento clásico. En ciertos casos, se procede igualmente, después de este ataque, a una conversión del sulfato de calcio hemihidrato obtenido en sulfato de calcio dihidrato (véase Schrôdter et al., Phosphoric Acid and Phosphates, Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistr y , 2008, páginas 8 y 9) .

Se conocen también procedimientos que comprenden una triple cristalización de sulfato de calcio en primer lugar en hemihidrato, después en dihidrato y finalmente de nuevo en hemihidrato (véase el documento US-A-4588570) .

Con el fin de mejorar los resultados del procedimiento clásico, se ha previsto, después de la separación del ácido fosfórico de producción a partir de la pasta de yeso, mezclar el resto de ésta con el ácido sulfúrico concentrado y eventualmente calentar todo, para convertir el yeso en sulfato de calcio hemihidrato. La segunda pasta así formada se filtra a su vez y el filtrado ácido se recicla a la etapa de ataque (véase el documento FR 1485940) . Este procedimiento mejora claramente el rendimiento de extracción de P2O5. En efecto el P2O5 cocristalizado en el yeso a lo largo del ataque es liberado durante la solubilización de los cristales de yeso, mientras que el sulfato de calcio, recristalizado en hemihidrato, es muy puro y extremadamente bien filtrable. Sin embargo este procedimiento necesita dos filtraciones, es decir dos filtros, de lo que se sigue un bloqueo enorme de la instalación a escala industrial.

Según una variante de este procedimiento, se ha previsto, después de haber aplicado las condiciones del procedimiento clásico de formación de una pasta de yeso, someter directamente a ésta a una mezcla con el ácido sulfúrico y eventualmente a un calentamiento, sin separar previamente el ácido fosfórico de producción. La pasta de hemihidrato obtenida se filtra dando una torta de hemihidrato muy pura, pero un filtrado formado de una mezcla de ácido fosfórico y de ácido sulfúrico. Para obtener un ácido fosfórico de producción de calidad, es preciso someter entonces esta mezcla a una instalación de desulfatación, lo que no resuelve por tanto los problemas de bloqueo. Se conocen también otros procedimientos de producción de ácido fosfórico muy semejantes al precedente que comprenden una conversión de dihidrato en hemihidrato y que presentan estos mismos inconvenientes (documentos GB-1 164836, US-A-3984525) .

Se conoce finalmente un procedimiento en el cual se somete de nuevo la roca fosfatada a las condiciones de ataque del procedimiento clásico de manera que se obtenga una primera pasta en la que el yeso formado presenta un tamaño de granos que permite una buena filtración. Se retira entonces una parte de esta primera pasta y se somete a condiciones en las que el yeso se convierte en hemihidrato, formando así una segunda pasta. El resto de la primera pasta se mezcla entonces con la segunda y se filtra todo (véase el documento WO 2005/118470) .

La presente invención tiene por objeto poner a punto un procedimiento de producción de ácido fosfórico por ataque de roca fosfatada mediante ácido sulfúrico que mejora la calidad del ácido fosfórico de producción y el rendimiento de extracción del P2O5 a partir de la roca. Este procedimiento además se debe poder aplicar fácilmente en una instalación clásica existente y por lo tanto no debe necesitar transformaciones costosas ni indefendibles desde el punto de vista económico.

Para resolver estos problemas, se ha previsto según la invención un procedimiento de producción de ácido fosfórico, que comprende

- un ataque en medio acuoso de roca fosfatada por el ácido sulfúrico a una primera temperatura comprendida entre 70 y 90 °C, con formación de una primera pasta de cristales de sulfato de calcio dihidrato en suspensión en una fase

acuosa ácida, presentando la fase acuosa ácida de esta pasta un contenido en P2O5 libre comprendido entre 38 y 50 % en peso y un contenido en SO3 libre inferior a 0, 5 % y superior a 0, 05 % en peso,

- una conversión de esta primera pasta por calentamiento a una temperatura superior a 90 °C, con solubilización de los cristales de sulfato de calcio dihidrato y recristalización del sulfato de calcio solubilizado dando lugar a una segunda pasta formada de cristales de calcio hemihidrato en suspensión en una fase acuosa a base de ácido fosfórico, y

- una separación en la segunda pasta entre un ácido fosfórico de producción, que presenta un contenido en SO3 libre inferior a 2 % y superior a 0, 05 % en peso, y una torta de filtración a base de sulfato de calcio hemihidrato.

En la presente solicitud de patente, es preciso entender que los contenidos de ácido fosfórico libre y de ácido sulfúrico libre se expresan en P2O5 libre y en SO3 libre.

De una manera completamente inesperada, así como se explicará a continuación, el procedimiento según la invención, durante la etapa de ataque en las condiciones precisadas, da lugar a una pasta de cristales de dihidrato, mientras que los expertos en la técnica debían esperar la formación de hemihidrato. La cristalización en dihidrato no es óptima, los cristales son pequeños, presentan un tamaño de granos con un d5º inferior a 20 IITI. Una pasta de este tipo presentaría un coeficiente de filtración muy débil y no podría ser explotada por tanto industrialmente en un proceso que necesita filtración. Este aspecto sin embargo carece de importancia según la invención puesto que esta primera pasta no se destina a ser filtrada.

Las condiciones de ataque son tales que prevén una reacción casi estequiométrica entre el ácido sulfúrico introducido y el calcio contenido en la roca fosfatada, principalmente bajo la forma de carbonato y de fosfato de calcio. La fase acuosa ácida de esta primera pasta resultante del ataque no contiene nada o contiene extremadamente poco ácido sulfúrico libre y su contenido en P2O5 libre es bastante elevado.

De forma ventajosa, la temperatura de ataque puede estar comprendida entre 70 y 80 °C.

De una manera preferente la concentración en P2O5 libre que resulta de la etapa de ataque podrá ser de 40 a 45 % en peso.

La concentración en SO3 libre de la fase acuosa ácida de la primera pasta puede ser de 0, 1 a 0, 4 % en peso.

Esta primera pasta se somete entonces directamente, en su totalidad, a una etapa de conversión que consiste en calentarla a una temperatura superior a 90 °C, con preferencia comprendida entre 90 y 105 °C. Este calentamiento ocasiona de manera conocida una solubilización de los cristales de yeso, una liberación del P2O5 cocristalizado en el yeso durante la etapa de ataque y una recristalización del sulfato de calcio bajo la forma de hemihidrato.

Se obtiene así de una manera simple y fácil una segunda pasta en la que los cristales de hemihidrato tienen una forma esférica y son de tamaño corriente, presentando por ejemplo un d5º de 60 IITI, lo que da una torta de filtración que presenta un excelente coeficiente de filtración.

El ácido de producción tiene un contenido en SO3 libre extremadamente débil, ventajosamente del orden de 0, 05 % a menos de 1 % en peso, lo que resulta en un ácido fosfórico de calidad. Se puede obtener con ventaja... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de producción de ácido fosfórico, que comprende

- un ataque en medio acuoso de roca fosfatada por el ácido sulfúrico a una primera temperatura comprendida entre 70 y 90 °C, con formación de una primera pasta de cristales de sulfato de calcio dihidrato en suspensión en una fase acuosa ácida, presentando la fase acuosa ácida de esta pasta un contenido en P2O5 libre comprendido entre 38 y 50 % en peso y un contenido en SO3 libre inferior a 0, 5 % y superior a 0, 05 % en peso,

- una conversión de esta primera pasta por calentamiento a una temperatura superior a 90 °C, con solubilización de los cristales de sulfato de calcio dihidrato y recristalización del sulfato de calcio solubilizado dando lugar a una segunda pasta formada de cristales de calcio hemihidrato en suspensión en una fase acuosa a base de ácido fosfórico, y

- una separación en la segunda pasta entre un ácido fosfórico de producción, que presenta un contenido en SO3 libre inferior a 2 % y superior a 0, 05 % en peso, y una torta de filtración a base de sulfato de calcio hemihidrato.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el ácido fosfórico de producción obtenido presenta un contenido en P2O5 de 35 a 45 % en peso.

3. El procedimiento según una u otra de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque comprende, durante la etapa de conversión de la primera pasta, una introducción en la misma de ácido sulfúrico.

4. El procedimiento según una u otra de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la etapa de calentamiento de la primera pasta no comprende ninguna adición de ácido sulfúrico.

5. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende la etapa de ataque en un primer reactor, y una transferencia de la primera pasta del primer reactor a un segundo reactor en el cual se efectúa la etapa de conversión, con la formación de la segunda pasta, siendo realizada la etapa de separación sobre un filtro.

6. El procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el calentamiento tiene lugar por calentamiento del segundo reactor, por inyección de vapor de agua en la segunda pasta, o por estos dos procesos simultáneamente.

7. El procedimiento según una u otra de las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque el tiempo de permanencia en el primer reactor es de 2 a 4 h y el tiempo de permanencia en el segundo reactor de 0, 5 a 1, 5 h.

8. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque comprende además al menos una etapa de lavado de la torta de filtración por un líquido de lavado con obtención de un producto de lavado fosfórico.

9. El procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende además un reciclaje del producto de lavado fosfórico resultante de al menos una etapa de lavado susodicha en la etapa de ataque.

10. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se realiza en forma continua.