Ácido Fosfórico

Da metalurgia aos refrigerantes

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Abstract

Um quadro das propriedades, reações químicas, aplicações e diversos dados do principal ácido derivado do elemento fósforo.

1.Definições

 
Ácido fosfórico ou ácido ortofosfórico é um composto químico de fórmula molecular H3PO4, sendo classificado, dentre os ácidos minerais, como um ácido fraco, oxiácido derivado do anidrido fosfórico. É o mais importante dos ácidos derivados do fósforo.
 
Planta de produção de ácido fosfórico (www.ffbl.com.pk). 
 

2.Sinônimos, Nomenclatura, Classificações

 

O ácido fosfórico é também conhecido, além do mais usual nome ácido ortofosfórico como ácido fosfórico (V) (devido ao estado de oxidação do fósforo em sua molécula) e fosfato de hidrogênio.

As moléculas do ácido ortofosfórico podem combinar-se entre si formando uma variedade de compostos ao quais nos referimos como ácidos fosfóricos, mas de um modo geral. O termo ácido fosfórico pode também se referir a um produto químico ou reagente consistindo de ácidos fosfóricos, normalmente o ácido ortofosfórico.
 
A maioria das pessoas e químicos referem-se ao ácido ortofosfórico simplesmente como ácido fosfórico, o qual é o nome na IUPAC para este composto. O prefixo orto é usado para distinguir o ácido de outros ácidos fosfóricos, chamados polifosfóricos.
 

3.Estrutura e Composição Química da Substância Pura

 
Modelos da molécula do ácido fosfórico:
 
(Editado de scienceblogs.com e Wikipedia
 
Tendo fórmula química H3PO4, observa-se que o ácido sulfúrico é composto de hidrogênio (H), fósforo (P) e oxigênio (O) nas seguintes proporções em unidades de massa atômica:

    Hidrogênio: 3 átomos x 1,00794 ua =  ua correspondendo a aproximadamente 3,0856 % do total.

    Fósforo: 1 átomo x 30,973762 ua = 30,973762 ua correspondendo a aproximadamente 31,6074 % do total.

    Oxigênio 4 átomos x 15,9994 ua = 63,9976 ua correspondendo a aproximadamente 65,3068 % do total.

        Totalizando uma massa molecular de 97,9951 ua.

 
Distâncias atômicas da molécula do ácido ortofosfórico.
 
 
O estado de oxidação do fósforo (P) no ácido ortofosfórico e outros ácidos fosfóricos é +5; o estado de oxidação de todos os átomos de oxigênio (O) é -2 e de todos os átomos de hidrogênio (H) é +1.
 
Um esquema da distribuição dos elétrons na molécula de ácido ortofosfórico (elmhurst.edu):
 
 

4.Propriedades Físicas

 

  • Densidade: 1,684 típica.
  • Massa molecular: 97,97 g/mol
  • pH: < 1 (da solução 85%)
  • Ponto de congelamento: 21ºC. O ácido fosfórico anidro puro, a temperatura e pressão ambiente, é um sólido branco que funde-se a 42.35 °C formando um líquido incolor e viscoso.
  • Ponto de ebulição: 158ºC.
  • Pressão de vapor: (mmHg, 25ºC) 2,24 (água).
  • Solubilidade em água: Completa, 100%.
  • Concentração: 85% em água (usual na comercialização)
  • É uma molécula muito polar, consequentemente é muito solúvel em água e solúvel em etanol.
  • O ácido fosfórico é muito deliquescente e é geralmente fornecido como uma solução aquosa concentrada a 85%.
Tabela de concentração em função da densidade a 20°C do ácido fosfórico.[1]
 
 

Ácido fosfórico

Concentração vs. densidade (20°C)
% ácido em peso Densidade [g/cm3]
0,50 1,0010
1,00 1,0038
1,50 1,0065
2,00 1,0092
2,50 1,0119
3,00 1,0146
3,50 1,0173
4,00 1,0200
4,50 1,0227
5,00 1,0254
5,50 1,0281
6,00 1,0309
6,50 1,0336
7,00 1,0363
7,50 1,0391
8,00 1,0418
8,50 1,0446
9,00 1,0474
9,50 1,0503
10,00 1,0531
11,00 1,0589
12,00 1,0647
13,00 1,0705
14,00 1,0765
15,00 1,0825
16,00 1,0885
17,00 1,0947
18,00 1,1009
19,00 1,1071
20,00 1,1135
22,00 1,1263
24,00 1,1395
26,00 1,1528
28,00 1,1665
30,00 1,1804
32,00 1,1945
34,00 1,2089
36,00 1,2236
38,00 1,2385
40,00 1,2536
________________________________________________________________
 
 

5.Propriedades químicas

 

5.1.Dissociação

 
O ácido H3PO4 é dito um ácido trivalente, ou ácido triprótico (três prótons), isto significa que os três hidrogênios ácidos podem ser convertidos por substituição gradual, dando um H+ a cada vez, os quais reagem com uma molécula de água, H2O, como mostrado destas reações:
 
   H3PO4(s)   + H2O(l) H3O+(aq) + H2PO4(aq)       Ka1= 7.5×10−3 
 
   H2PO4(aq)+ H2O(l) H3O+(aq) + HPO42–(aq)       Ka2= 6.2×10−8
 
   HPO42–(aq)+ H2O(l) H3O+(aq) +  PO43–(aq)        Ka3= 2.14×10−13
 
O ânion formado após a primeira dissociação, H2PO4, é o ânion dihidrogenofosfato. O ânion formado após a segunda dissociação, HPO42–, é o ânion hidrogenofosfato. O ânion formado após a terceira dissociação, PO43–, é o ânion fosfato ou ortofosfato. Para cada uma das reações de dissociação mostradas acima, há constante de dissociação ácida específica, chamada Ka1, Ka2, e Ka3 dada a 25°C. Associadas com estas três constantes de dissociação estão correspondentes pKa1=2.12 , pKa2=7.21 , e pKa3=12.67 medidos a 25°C. O ácido fosfórico é, portanto, um ácido que varia de fraco a medianamente forte.
 
Estes ânions fosfato, ditos primários (com a substituição por um átomo metal, por exemplo), secundários (dois átomos) e terciários (três átomos), resultam nos sais derivados do ácido fosfórico que são chamados de genericamente de fosfatos.

Mesmo que todos os três átomos de hidrogênio (H ) sejam equivalentes em uma molécula de ácido fosfórico, os sucessivos valores de Ka diferem, já que é energeticamente menos favorável perder outro H+ se um (ou mais) já tenha sido perdido e a molécula/íon seja mais negativamente carregada.
 

5.2.Condensação química

Sob aquecimento, o ácido ortofosfórico passa por uma condensação de unidades fosfóricas que pode ser induzida por remoção da água formada pela condensação. Quando uma molécula de água tenha sido removida para cada duas moléculas de ácido fosfórico, o resultado é o ácido pirofosfórico (H4P2O7). Quando uma média de uma molécula de água por unidade de ácido fosfórico tenha sido removida, a substância resultante é um sólido vítreo tendo a fórmula empírica HPO3 e é chamado de ácido metafosfórico.[2] Ácido metafosfórico é uma versão singular anidra do ácido ortofosfórico e é algumas vezes usada como um reagente absorvente de água ou umidade. Posterior desidratação é muito difícil, e pode ser realizada somente por meio de um dessecante extremamente enérgico (e não somente por aquecimento). Produz-se anidrido fosfórico, o qual tem uma fórmula empírica P2O5, embora sua molécula atualmente seja descrita com a fórmula química P4O10. Anidrido fosfórico é um sólido, o qual é um absorvente de umidade muito enérgico e é usado como dessecante.

Modelo da molécula de ácido pirofosfórico (img.alibaba.com):

Um quadro dos diversos ácidos fosfóricos (static.newworldencyclopedia.org):

 

5.3.pH e composição das soluções aquosas de ácido fosfórico

 

Para uma dada concentração ácida [A] = [H3PO4] + [H2PO4] + [HPO42−] + [PO43−] ([A] é o total do número de moles de H3PO4 puro os quais tenham sido usados para preparar 1 litro de solução), a composição de uma solução aquosa de ácido fosfórico pode ser calculada usando as equações de equilíbrio associadas com as três reações descritas acima juntas com a relação [H+][OH] = 10−14 e a equação da neutralidade elétrica. Possíveis concentrações de moléculas polifosfóricas e íons são negligenciadas. O sistema pode ser reduzido a uma equação de quinto grau para [H+] a qual pode ser resolvida numericamente, resultando:

[A] (mol/L) pH [H3PO4]/[A] (%) [H2PO4]/[A] (%) [HPO42−]/[A] (%) [PO43−]/[A] (%)
1 1.08 91.7 8.29 6.20×10−6 1.60×10−17
10−1 1.62 76.1 23.9 6.20×10−5 5.55×10−16
10−2 2.25 43.1 56.9 6.20×10−4 2.33×10−14
10−3 3.05 10.6 89.3 6.20×10−3 1.48×10−12
10−4 4.01 1.30 98.6 6.19×10−2 1.34×10−10
10−5 5.00 0.133 99.3 0.612 1.30×10−8
10−6 5.97 1.34×10−2 94.5 5.50 1.11×10−6
10−7 6.74 1.80×10−3 74.5 25.5 3.02×10−5
10−10 7.00 8.24×10−4 61.7 38.3 8.18×10−5
 Fonte: Wikipédia (en)
 

Para altas concentrações, a solução é principalmente composta  de H3PO4. For [A] = 10−2, o pH é próximo a pKa1, dando uma mistura equimolar de H3PO4 e H2PO4. Para [A] abaixo de 10−3, a solução é principalmente composta de H2PO4 com [HPO42−] tornando-se não negligenciável para soluções muito diluídas. [PO43−] é sempre negligenciável.

5.4.Derivados diretos

 
A partir do ácido fosfórico derivam-se o ácido difosfórico ou pirofosfórico, o ácido metafosfórico e o ácido polifosfórico.

6.Aplicações

 

Principais usos

 
Destacam-se, genericamente, os seguintes usos para o ácido fosfórico:
 
  • Indústria de fertilizantes
  • Industria de produção de sal mineral para alimentação animal
  • Indústria de bebidas
  • Usina de chocolate
  • Indústria farmacêutica
  • Formulação de detergentes
  • Abrilhantador de alúminio
  • Decapante

 

Trataremos mais pormenorizadamente das seguintes aplicações:
 

6.1.Preparação de haletos de hidrogênio

Ácido fosfórico reage com haletos para formar o gás haleto de hidrogênio correspondente (fumos vaporosos são observados quando do aquecimento da mistura de reação). Esta é uma prática comum para a preparação laboratorial de haletos de hidrogênio.
 
    NaCl(s) + H3PO4(l) → NaH2PO4(s) + HCl(g)
 
    NaBr(s) + H3PO4(l) → NaH2PO4(s) + HBr(g)
 
    NaI(s) + H3PO4(l) → NaH2PO4(s) + HI(g)

 

6.2.Remoção de ferrugem

O ácido fosfórico pode ser usado por aplicação direta a ferro enferrujado, ferramentas de aço, ou superfícies de maneira a converter óxido de ferro (III) (a popular ferrugem) em um composto fosfato solúvel em água. É normalmente disponível como um líquido esverdeado, disponível para imersão (banho ácido), mas é geralmente mais usado como um componente de um gel, comumente chamado em inglês de naval jelly (geléia naval). Como um gel espesso, pode ser aplicado em superfícies inclinadas, verticais, ou “sobre a cabeça”. Algumas vezes vendido com outros nomes, tais como “removedor de ferrugem” ou ”rust killer“ (em inglês, “matador de ferrugem”). 
 
Cuidados devem ser tomados para evitar queimaduras pelo seu caráter corrosivo ácido à pele e especialmente aos olhos, mas os resíduos são facilmente diluídos com água. Quando suficientemente diluídos, pode ser nutritivo à vida vegetal, contendo os nutrientes essenciais fósforo e ferro. Não deve ser diretamente derramado na água de superfície tal como ralos ou em drenos, entretanto.
 
Após tratamento, o óxido de ferro castanho-avermelhado será convertido ao revestimento de composto fosfato de ferro preto que pode ser removido por atrito. Por esta razão, nos processos de decapagem com ácidos clorídrico ou sulfúrico é evitada pela tratamento das peças decapadas com ácido fosfórico diluído.
 
Tanque de fosfatização (www.ultrapoxi.com.br). 
 
Múltiplas aplicações de ácido fosfórico podem ser necessárias para remover toda a ferrugem. O composto preto resultante pode prover posterior resistência à corrosão (tal proteção é algo provido pelos superficialmente similares processos de revestimento por conversão eletroquímica fosfatização, “parkerizing”, e “ao azul”). Após a aplicação e remoção da ferrugem usando compostos de ácido fosfórico, o metal deve ser “oleado”, receber a aplicação de um óleo protetivo, (se para ser usado sem revestimento, como em uma ferramenta) ou apropriadamente pintado, por aplicação de um processo de múltiplas camadas de “primer“, intermediários, e revestimentos finais.
 

6.3.Uso no processamento de alimentos

Ácido fosfórico de grau alimentício (frequentemente tratado com o Número E E338) é usado para acidificar alimentos e bebidas tais como vários refrigerntes a base de cola, mas não sem controvérsia considerando seus efeitos para a saúde. Ele provê um a gosto ácido ou azedo e, sendo um produto químico de produção em massa, é disponível a baixo custo em grandes quantidades, onde representa aproximadamente 25% de todos os ácidos usados na indústria alimentícia.[3] O baixo custo e a disponibilidade massiva é um diferencial de mais caros aditivos acidificantes naturais que dão sabores comparáveis, tais como o ácido cítrico, o qual também é obtido do limão e das limas. (Entretanto a maior parte do ácido cítrico na indústria de alimentos não é extraída das frutas cítricas, mas obtido por fermentação pelo fungo Aspergillus niger de resíduos de melaço e de amidos hidrolisados e ácido fosfórico.[4][5][6][7][8])
 
Ver abaixo a questão do ácido fosfórico e a densidade óssea e a saúde do fígado.

 

6.4.Uso médico

 

Em odontologia

Ácido fosfórico é usado em odontologia e ortodontia como um corrosivo, para limpar e tornar ásperas as superfícies dos dentes onde serão aplicados dispositivos ortodônticos ou colocados obturações. A técnica de preparação do esmalte dentário pr ataque ácido para a posterior aplicação de resinas fotopolimerizntes é chamada de condicionamento ácido do esmalte dental.[9] Aplica-se o ácido fosfórico para as cimentações das restaurações indiretas metálicas. Nestas aplicações, o ácido fosfórico é utilizado em concentrações que variam de 10 a 37% (3 M).[10] Utiliza-se o ácido fosfórico numa técnica de microabrasão, em concentração de 37% em substituição ao ácido clorídrico.[11][12]
 
Este ácido é também usado em muitos branqueadores dentários para eliminar a placa que pode estar sobre o dente antes da aplicação.
 

Em medicamentos

 
Ácido fosfórico é também um ingrediente em medicamentações anti-náusea de venda livre que também contém altos níveis de açúcar (glucose e frutose). Ele não deve ser usado por diabéticos sem consulta médica.

6.5.Produção de tampões

Por causa da dissociação triprótica do ácido ortofosfórico, suas bases conjugadas (os fosfatos mencionado acima) cobrem uma larga faixa de pH, e por causa que soluções de ácido fosfórico/fosfatos são, em geral, não tóxicas, misturas destes tipos de fosfatos são frequentemente usadas para produzir agentes de tamponação, onde o pH desejado depende das proporções dos fosfatos nas misturas. O sistema tampão a base de fosfato, formado pelo fosfato de sódio e ácido fosfórico é eficaz em sua aplicação ao plasma sanguíneo, no líquido intracelular e nos túbulos renais onde se concentra em grande quantidade.[13] Similarmente, os não tóxicos sais do também triprótico ácido cítrico, orgânico, são também frequentemente usados para produzir tampões.

6.6.Outras aplicações

 
  • Ácido fosfórico é usado como o eletrólito em células combustíveis de ácido fosfórico. É também usado como um padrão externo para ressonância magnética nuclear (RMN) para fósforo 31.
        Esquema de uma célula combustível com ácido fosfórico (www.grossepointepersonaltrainer.org):
 
 
  • Ácido fosfórico é usado como um limpador por construtores para remover depósitos minerais, manchas de cimento, e manchas causadas por água dura. Também é usado como um quelante em alguns limpadores domésticos em tarefas similares de limpeza.
  • Ácido fosfórico quente é usado na microfabricação para gravar em nitreto de silício (Si3N4). O ácido fósfórico é altamente seletivo na gravação de Si3N4 contra o dióxido de silício, SiO2.[14]
  • Ácido fosfórico é usado como um fluxo por hobbistas (tal como modelistas de estradas de ferro, ou “miniaturas de trens”) como um auxílio à brasagem (soldagem com metal ou liga diversa dos metais base).
  • Ácido fosfórico também é usado em soluções para o ajuste de pH para hidroponia para baixar o pH de soluções nutrientes. Enquanto outros tpos de ácidos até podem ser usados, o fósforo é um nutriente usado por plantas, especialmente durante a floração, tornando o ácido fosfórico particularmente desejável. Em hidroponia soluções líquidas gerais para abaixar-se o pH contém ácido fosfórico em adição ao ácido cítrico e bissulfato de amônio com tamponadores para manter um pH estável na reserva de nutrientes.
  • Ácido fosfórico é usado como um ajustador de pH em cosméticos e produtos para tratamento de pele.[15]
  • Ácido fosfórico é usado como um agente químico oxidante para a produção de carvão ativado.[16]
  • Ácido fosfórico é também usado para cromatografia líquida de alta pressão (HPLC, High Pressure Liquid Chromotography).
  • Ácido fosfórico pode ser usado como um aditivo para estabilizar soluções aquosas dentro de uma faixa de pH desejada e específica, como se faz em aquariamo, em que produtos como os “redutores de pH” são baseados num tampão de ácido fosfórico. O ácido fosfórico tende a manter o pH em 6,5 dependendo da quantidade usada. Mas o uso de ácido fosfórico tem o significativo efeito colateral de aumentar o nível de fosfatos nos aquários, estimulando o crescimento de algas (eutrofização), sendo difícil controlar o crescimento de algas num aquário com elevados níveis de fosfatos. A única vantagem sobre o ácido clorídrico nesta aplicação é que o pH fica estabilizado com a capacidade tampão no seu valor mais baixo.
 

7.Apresentações comerciais e usuais e seus fins

Soluções aquosas a 75-85% (as mais comuns) são claras, inodoras, não voláteis, um tanto viscosas, líquido xaroposos, mas ainda sim fluidos. Ácido fosfórico é muito comumente usado e comercializado como uma solução aquosa de ácido fosfórico a 85% (85% de H3PO4).

Por causa da alta percentagem do ácido fosfórico neste reagente, pelo menos algo de ácido fosfórico é condensado em ácidos polifosfóricos em um equilíbrio independente da temperatura, mas, para a rotulagem e a simplicidade, os 85% representam H3PO4 como se eles fossem todos ácido ortofosfórico. Outras porcentagens são possíveis também, mesmo acima de 100%, onde os ácidos fosfóricos e água estarão num equilíbrio não específico, mas o conteúdo molar total deverá ser considerado específico (similarmente ao ácido sulfúrico fumegante, ou oleum). Quando soluções aquosas de ácido fosfórico e/ou fosfato são diluídas, elas estão ou irão alcançar um equilíbrio após um ponto onde praticamente todas as unidades fosfórico/fosfato estão na forma orto-.

 

8.Segurança e saúde


8.1.Toxidez e corrosividade

O ácido ortofosfórico não é tóxico, mas na forma de soluções aquosas concentradas pode ser corrosivo.
 

8.2.Efeitos Biológicos no cálcio ósseo e saúde do fígado

 
Ácido fosfórico, usado em muitos refrigerantes e sucos (principalmente “colas”), tem sido relacionado a baixa densidade óssea e estudos epidemiológicos. Estudos sobre a ação do ácido fosfórico e sua ação da desmineralização óssea tem sido realizados em ratos, visando s associação de sua ação com a ocorrência de fraturas.[17] Um estudo usando  absorciometria de raio X de energia dupla (dual-energy X-ray) um pouco mais de que um questionário sobre a ruptura, proporciona razoável evidência que apoia a teoria que beber refrigerantes a base de cola resulta em baixa densidade óssea. Este estudo foi publicado no American Journal of Clinical Nutrition. Um total de 1672 mulheres e 1148 homens foram estudados entre 1996 e 2001. Informação sobre dietas foi coletada usando um questionário de frequência alimentar que tinha questões específicas sobre o número de ingestão de bebidas a base de cola e outras bebidas carbonatadas e que também faziam uma diferenciação entre bebida regular, sem cafeína e bebidas dietéticas (diet). O artigo cita significativas evidências estatísticas mostrando que mulheres que consumiram bebidas a base de cola diariamente tinham mais baixa densidade óssea.[18] A ingestão total de fósforo não foi significativamente mais alta em consumidores diários de bebidas a base de cola que em não consumidores; entretanto, a razão cálcio-fósforo foi mais baixa. O estudo também sugere que pesquisa posterior é necessária para confirmar os resultados.
 
Imagens de ossos normais e com osteoporose, ilustrando a diferença de densidade,
mas não associadas ao consumo de ácido fosfórico alimentício, necessariamente. 
 
Por outro lado, um estudo financiado pela Pepsi sugere que baixa ingestão de fósforo conduz a mais baixa densidade óssea. O estudo não examina o efeito do ácido fosfórico, o qual liga-se com magnésio e cálcio no trato digestivo formando sais que não são absorvidos, mas, minimamente, ele trata da ingestão genérica de fósforo.[19] Entretanto, um bem controlado estudo clínico por Heaney e Rafferty usando métodos de balanço de cálcio não encontrou impacto de bebidas carbonatadas contendo ácido fosfórico e a excreção de cálcio.[20] O estudo comparado ao impacto da água, leite, e várias bebidas sem álcool (duas com cafeína e duas sem; duas com ácido fosfórico e duas com ácido cítrico) sobre o balanço de cálcio de mulheres de 20 a 40 anos de idade que costumeiramente consumiam ~3 ou mais xícaras (680 ml) de uma bebida sem álcool carbonatada por dia. Eles encontraram que, relativamente à água, somente leite e duas bebidas sem álcool contendo cafeína aumentaram o cálcio na urina, e que a perda de cálcio associada com consumo de bebida sem álcool cafeinada era aproximadamente igual aquele previamente encontrado para a cafeína isolada. Ácido fosfórico sem cafeína não tem impacto no cálcio da urina, nem aumentou a perda de cálcio pela urina relacionada à cafeína. Por causa de estudos tem-se mostrado que o efeito da cafeína é compensado for perda de cálcio reduzida tardiamente no dia,[21] Heaney e Rafferty concluíram que o efeito de rede de bebidas carbonatadas – incluindo aquelas com cafeína e ácido fosfórico – é negligenciável, e que o efeito esquelético do consumo bebida sem álcool carbonatada seja provavelmente devido primariamente a modificação no consumo de leite.
Outros compostos químicos tais como a cafeína (também um componente significativo de bebidas comuns e populares a base de cola) são também suspeitos como possíveis contribuidores para baixa densidade óssea, devido ao conhecido efeito da cafeína na calciúria (presença de cálcio na urina). Outro estudo, compreendido por 30 mulheres no período de uma semana, sugere que ácido fosfórico em colas não tem tal efeito, e postula que a cafeína tem somente um efeito temporário, o qual é posteriormente revertido. Os autores deste estudo concluem que os efeitos esqueléticos do consumo de bebida carbonatada são provavelmente devidos principalmente a lateração do consumo de leite.[20] (Outro possível “fator parasita” – uma variável que altera os resultados e suas relações com determinados fatores - pode ser uma associação entre consumo elevado de bebidas sem álcool e um estilo de vida sedentário.)

Consumo de bebidas a base de cola tem também sido relacionados a doenças crônicas de fígado e “pedras” (cálculos) no fígado através de pesquisa médica.[22] Este estudo diferencia entre os efeitos de bebidas de cola (que geralmente contém ácido fosfórico), bebidas não a base de cola carbonatadas (ácido cítrico como substituinte) e café (controle para cafeína), e encontrou que bebendo-se 2 ou mais bebidas a base de cola por dia mais que dobraram a incidência de moléstias do fígado.

 

9.Questões ambientais

 
Como todo composto que possui fósforo e produz fosfatos por reações químicas, o ácido fosfórico pode ser associado à eutrofização das massas d’água.
 

10.Produção

 

É o derivado do fósforo mais importante comercialmente, respondendo por mais de 90% da rocha fosfática que é extraída.
 

Na indústria, o ácido fosfórico pode ser feito por três métodos:
 
  • via úmida;
  • via seca (ou térmica);
  • processo Kiln

 

10.1.Via úmida

 
A via úmida é responsável pela maior parte da produção industrial de ácido fosfórico. Nesse processo, rochas sedimentares ou magmáticas contendo fosfatos de cálcio, como as portadoras do mineral apatita  (Ca4(PO4)3(X2), sendo X = F, OH ou Cl, reagem com ácido sulfúrico. Os subprodutos do processo são o CaSO4 (gesso, anidrita ou gipsita) e o H2SiF6.
 
Quanto à hidratação do gesso obtido como subproduto do processo o processo a úmido é classificado em processo dihidratro (Di), memihidrato (Hemi) e processo hemi-dihidrato (Hemi-Di), sendo o processo dihidrato o processo dominante na maior parte do século XX.[48]
 

A reação simplificada é (processo dihidrato):

    3 H2SO4 + Ca3(PO4)2 + 6 H2O ↔ 2 H3PO4 + 3 CaSO4.2H2O
 
Fluxograma da produção de ácido fosfórico a partir da reação de
ácido sulfúrico com fosfatos minerais (editado de www.fao.org).

 

O ácido obtido por via úmida pode ser purificado pela remoção de flúor para produzir ácido fosfórico de grau veterinário, ou por extração por solvente e na remoção de arsênio para produzir ácido fosfórico de grau alimentício.
 
Fluxograma da purificação do ácido fosfórico obtido por via úmida
 
Nos anos recentes, e até a atualidade, a expressão rápida da fabricação de ácido fosfórico por via úmida foi consequência do aumento da demanda de fertilizantes com alto teor de fósforo, da demanda de superfosfato triplo e de fosfatos de amônio e de cálcio.[23] 
 
Em épocas anteriores, a maior parte do ácido ortofosfórico produzido era preparada pela ação do ácido sulfúrico diluido, a 50°Be, sobre rocha fosfática moída ou sobre ossos. Esse método foi suplantado pelo processo Dorr[24], a ácido concentrado que leva a produção de um ácido concentrado e barato.[23]
 

O equipamento deve ser revestido com chumbo, ou aço inoxidável ou tijolo à prova de ácido, e deve ser suficiente o tempo de residência nos diversos agitadores, afim de que a reação se complete.
 
A temperatura do digestor deverá ser suficientemente baixa para assegurar a precipitação do gesso (CaSO4.2H2O) e não da anitrita (sulfato de cálcio anidro). Quando e forma esta substância, sua posterior hidratação provoca o entupimento das tubulações. O ácido obtido mediante este processo é usado quase que inteiramente na produção de fertilizantes, onde as impurezas não tem importância, ou na produção de diversos fosfatos de sódio, depois de uma certa purificação. O ácido puro é obtido a partir do fósforo elementar, no processo do forno elétrico.[23]
 
Em diversas publicações encontra-se descrito o processo do ácido fosfórico por via úmida.[25][26][27][28][29][30]
 

As reações essenciais são: 
 
 CaF2.3Ca3(PO4)2 + 10 H2SO4 + 20 H2O → 10 CaSO4.2H2O + 2 HF + 6 H3PO4 
 
ou, simplificadamente
 
    Ca3(PO4)2(s) + 3 H2SO4(l) + 6 H2O → 3 CaSO4.2H2O(s) + 2 H3PO4(l)
 
        ΔH= -76,6 kcal
 
É frequente que o ácido do processo por via úmida seja concentrado, mas é necessário o cuidado de impedir a incrustração nos tubos, para reduzir o tempo ocioso de limpeza, por mio de circulação forçada ou outro expediente.[23][31][32]
 


Passos

 
    -A rocha fosfática é finamente moída e misturada num tanque com o H3PO4 de reciclagem do resfriador de lama. 
    -O sobrenadante do tanque de misturação reage com o H2SO4 e com o H3PO4 de reciclagem num sistema digestor agitado, formando cristais de gesso e H3PO4.
    -A massa de lama é reciclada pelo resfriamento de lama.
    -O resto da lama vai para o tanque de carga do filtro e para a unidade de filtração, a bandejas basculantes, rotatória, do tipo Bird-Prayon. É utilizado alternativamente o processo de bandejas rolantes Dorr-Oliver.[46][47] 
    - Na ação sucessiva e basculante das bandejas deste filtro, o H3PO4 é separado do gesso, usando-se três estágios de lavagem em contra corrente.
 
 
Filtros de bandeja inclinável ou de bandejas vasculantes (Bird – Prayon)www.metalcraftservices.com
 

Detalhe de uma bandeja (www.metalcraftservices.com).

 
    - O gesso é automaticamente recolhido.
    - Os gases expelidos são lavados, para remoção do flúor, antes da descarga.
    - O H3PO4 pode se usado diretamente (30 a 32% de P2O5) ou concentrado.[23]

 
A tecnologia das bandejas basculantes rotatórias do tipo Bird-Prayon, desenvolvida em 1950, são a tecnologia dominante no mercado, produzindo atualmente entre 50 e 60% do ácido forfórico do mundo, em mais de 120 plantas, incluindo as maiores, com capacidade variável de 25 a 1500 toneladas por dia de P2O5. O processo tem sido modificado ao longo do tempo, estando atualmente em sua quarta geração, como o processo da empresa KEMWorks Inc. chamado Processo Dihidrato Prayon Mark IV (Prayon Mark IV Dihydrate Process).[43][44]
 

10.2.Via seca

 
A via seca ou térmica consiste, resumidamente, na queima de fósforo branco ao ar, com a formação de P4O10 e sua hidrólise subsequente. O ácido fosfórico produzido dessa forma atinge o grau farmacêutico.

Este ácido fosfórico de alta pureza é obtido por queimar-se fósforo elementar para produzir pentóxido de fósforo e dissolvendo-se o produto em ácido fosfórico diluído, devido a extrema exotermicidade da reação. Isto resulta em um ácido fosfórico muito puro, desde que as principais impurezas presentes nas rochas tenham sido removidas quando da extração de fósforo em um forno. O produto final é um ácido de grau alimentício, ácido fosfórico de processo térmico; entretanto, para aplicações críticas, processamento adicional para remover o os compostos de arsênio pode ser necessário.

 

Passos

 

    - A rocha fosfática é moída e classificada.

    - A rocha e a areia, misturadas com o coque e sinterizados, são introduzidos no forno elétrico.

    - A mistura é aquecida e reduzida a uma temperatura elevada.

    - A escória e o ferro fosforoso são sangrados separadamente.

    - O vapor de fósforo e o CO são extraídos e o fósforo é condensado.

    - O fósforo é transportado em carros-tanque até os centros consumidores.

    - O fósforo é fundido e nebulizado numa torre de oxidação em ácido inoxidável.

    - O fósforo é oxidado a P2O5.

    - O P2O5 é resfriado e hidratado num hidratador em aço inoxidável, ou numa torre, com água ou com H3PO4 diluído.

    - A névoa de H3PO4 é precipitada num precipitador eletrostático ou num eliminador de névoa Brink.

 

A instalação Brink original, 1960. (Brink® Mist Eliminators
 
 

    - O H3PO4 é filtrado e purificado.[23]

O processo de forno elétrico foi usado pela primeira vez em 1920.[33][34][35][36][37] Este processo possibilita o uso de rocha de pior qualidade que a do processo por via úmida, pois a escória arrasta as impurezas. Na verdade, prefere-se frequentemente as rochas de grau inferior, pois nelas é mais favorável a razão CaO/SiO2 para a formação de escória. A principal exigência é o custo de energia elétrica.[23]

 

10.3.Processo Haifa – Ácido Fosfórico via Ácido clorídrico

 
Este processo usa o ácido clorídrico para acidular (em ligeiro excesso, para impedir a formação de fosfato monocálcico), um solvente orgânico (um álcool primário em C4 ou C5, como o n-butanol ou o n-pentanol), para extrair o ácido fosfórico; a água, para extrair o ácido fosfórico com pequeno teor de solvente e ácido clorídrico; e a concentração, para eliminar pequenos traços de solvente e de ácido clorídrico e levar a um produto concentrado, ácido ortofosfórico a 59, 75 ou 85%. Este processo foi desenvolvido em Israel e adotado no Japão e nos EUA. A calcinação da rocha fosfática, e/ou a purificação por troca iônica, melhora a qualidade deste ácido.[23][38][39]  
 
    Pentóxido de fósforo
 
        4 P + 5 O2 → 2 P2O5   ΔH= -720 kcal
 
    Ácido Ortofosfórico
 
        P2O5 + 3 H2O → 2 H3PO4   ΔH= -45 kcal

10.4.Processo Kiln

 
A tecnologia de processo para o ácido fosfórico Kiln (KPA, Kiln Phosphoric Acid) é a mais recente tecnologia. Chamado de processo rigoroso melhorado (Improved Hard Process)[40], esta tecnologia irá tanto fazer viáveis reservas de rocha fosfática de baixo teor comercialmente como irá aumentar a recuperação de P2O5 das reservas de fosfatos existentes. Isto irá estender significativamente a viabilidade comercial das reservas de fosfato.
 

10.5.Produção ácido fosfórico deuterado

 
O ácido fosfórico deuterado, D3PO4 é preparado pelo método de Simon e Schulze[41] pela reação de água pesada e P2O5 no vácuo.[42] 
 

13.Biologia

 
Fosfatos são amplamente encontrados em biologia, especialmente nos compostos derivados de açúcares fosforilados, tais como  DNA, RNA (nos quais tem grande importância, estruturadas por moléculas de açúcares e fosfato intercalados unidos por ligações fosfodiéster), e nas moléculas energéticas como o trifosfato de adenosina (ATP, do inglês adenosine triphosphate). O ácido fosfórico atua na fosforilação de proteínas.
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