2.1.4 – PROCESSOS DE FORMAÇÃO DO FOSFOGESSO

2.1.4.1 – PROCESSO DI-HIDRATADO

Por causa da sua relativa simplicidade, o processo di-hidratado é o mais usado no mundo. Segundo Cekinski et al.(1990), esse é o mais difundido no Brasil. Nessa forma de produção de fosfogesso, as reações de ataque desenvolvem-se em temperaturas entre 70 a 85oC, podendo ser consideradas baixas quando comparadas aos demais processos. Além de apresentar uma grande flexibilidade por usar vários tipos de rochas fosfáticas, esse processo tem como vantagens o menor investimento inicial e um baixo custo operacional. Com esse método, é possível produzir um fosfato do qual o urânio pode ser extraído. A produção de fosfogesso seco é de cerca 4,9 toneladas por tonelada de P2O5 produzido. Entretanto, o

processo di-hidratado tem como maior desvantagem o fato de produzir o fosfogesso com maior teor de impurezas, além da menor produtividade, situada entre 28 e 30% em P2O5

(Kouloheris, 1980).

Nesse processo, a rocha fosfática moída é pré-misturada com um reciclado de ácido fosfático fraco. Depois um ácido sulfúrico forte é adicionado à precedente mistura, provocando uma reação exotérmica acompanhada da evaporação da água e da volatilização dos tetrafluoreto de silício (SiF4) e ácido fluorídrico (HF). Geralmente, essa reação é realizada num reator dotado

de um sistema de resfriamento a vácuo. Esse sistema serve para controlar a temperatura da reação (entre 70 a 85oC) e permitir que o SiF4 e HF possam ser recuperados no estado líquido

e utilizados para outras finalidades. Depois da reação, a mistura é deixada em repouso por um período de 1,5 a 12 horas. Essa etapa permite a cristalização do sulfato de cálcio. A polpa resultante dessa fase contém 29% de P2O5 e 38 a 40% de matéria sólida. Em seguida, essa

polpa é levada para um filtro. Esse filtro tem como função separar o fosfogesso do ácido fosfórico, assim como os demais materiais insolúveis, da forma mais eficiente e econômica possível. Durante o processo de filtragem, o ácido fosfórico é primeiramente coletado pela aplicação de um sistema de aspiração a vácuo e segue para a estocagem. Sua concentração é de 28 a 30% de P2O5. Esse ácido pode ser submetido a um processo de evaporação para

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aumentar sua concentração de forma a atingir 50 a 54% de P2O5. A polpa é lavada duas a três

vezes para completar a extração de ácido fosfórico (fraco) do subproduto sólido. Esse subproduto é um fosfogesso di-hidratado (CaSO4.2H2O). A última lavagem é feita com água

limpa e o fosfogesso gerado é armazenado em depósitos. Várias soluções fracas de ácido fosfático são coletadas nas seções de lavagem. A última é utilizada para a lavagem da etapa anterior. A solução obtida na primeira etapa é finalmente redirecionada para o reator onde é misturada novamente com a rocha fosfática moída e o processo reinicia-se (UNIDO & IFDC, 1998).

2.1.4.2 – PROCESSO HEMI-HIDRATADO

Kouloheris (1980) reporta que o processo hemi-hidratado é muito empregado na Europa, no Japão e na África. Esse processo ocorre em duas fases distintas. Portanto, é necessário que haja uma separação do reator em dois compartimentos. A razão volumétrica entre os tanques de reação é de 2:1. A primeira zona de reação ainda é dividida em dois compartimentos idênticos 1A e 1B. A rocha fosfática é colocada no compartimento 1A. O ácido sulfúrico e o ácido fosfático fraco proveniente da filtragem são colocados no reator 2. A polpa contida nesse reator é reciclada, depois resfriada e enviada para o compartimento 1A. A rocha fosfática presente nesse compartimento reage com íons sulfatos em condições controladas. A polpa do tanque 1A é encaminhada para o tanque 1B. O calor liberado é removido por um sistema de resfriamento a vácuo de forma a manter a temperatura de reação entre 98 a 100oC. O ácido fosfático obtido cujo teor em P2O5 situa-se entre 40 a 50% é separado do fosfogesso

hemi-hidratado por um filtro a vácuo horizontal. O ácido extraído da filtragem é diretamente armazenado e já pode ser utilizado como concentrado fosfático, sem precisar passar por uma fase de clarificação, de remoção de sólidos ou de evaporação. Por seguinte, a polpa é submetida a três estágios de lavagem. Da mesma forma que no processo di-hidratado, na última lavagem é utilizada uma água limpa. O filtrado dessa etapa contém uma baixa concentração em ácido e é utilizado para a lavagem anterior. A solução recolhida na primeira lavagem é redirecionada para o reator 2. O fosfogesso hemi-hidratado gerado pelo processo é armazenado em pilhas (UNIDO & IFDC, 1998).

Por não necessitar de uma fase de evaporação, esse processo apresenta a vantagem de eliminar os gastos para a aquisição e a manutenção de um equipamento suplementar para a evaporação. Como outra vantagem, observa-se que o processo hemi-hidratado produz um

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ácido mais puro, além de permitir um melhor aproveitamento da rocha fosfática. Para uma tonelada de P2O5,são produzidas 4,3 toneladas de fosfogesso. É importante ressaltar que, esse

processo é mais rápido do que o precedente (UNIDO & IFDC, 1998). Apesar do seu bom rendimento, o processo hemi-hidratado apresenta algumas desvantagens que provavelmente limitam sua popularidade em comparação ao processo di-hidratado. Dentre estas, observa-se que os cristais hemi-hidratados são mais finos que os di-hidratados, o que dificulta bastante a filtragem da polpa hemi-hidratada. Nesse processo, a retenção do ácido fosfático na polpa, tanto na sua forma solúvel quanto cristalizada, é maior por causa de uma concentração em P2O5 mais elevada. Isso conduz a uma maior perda em ácido ou a maiores gastos em água de

filtragem. Por outro lado, o fosfogesso hemi-hidratado, por ser uma forma de sulfato de cálcio instável, tende sempre a se transformar em fosfogesso di-hidratado antes da filtragem. Essa situação é ainda mais grave durante a lavagem por causa da hidratação do fosfogesso, o que gera problemas no dimensionamento dos equipamentos. Enfim, por causa das altas temperaturas envolvidas nas reações e da elevada concentração de P2O5, ocorre uma maior

corrosão dos equipamentos, em particular dos agitadores e das bombas (UNIDO & IFDC, 1998).

2.1.4.3 – PROCESSOS HEMI-DIHIDRATADOS

Existem genericamente três processos hemi-dihidratados: sem filtração intermediária, com filtração intermediária e di-hidratado/hemi-hidratado. Em geral, esses processos tiram proveito das vantagens dos processos di-hidratado e hemi-hidratado. O processo hemi- dihidratado sem fase de filtração intermediária ou hemi-hidratado com cristalização é amplamente utilizado nos países da Ásia oriental e Oceania. O formato das plantas desse processo é parecido ao do processo di-hidratado. A diferença é que o reator onde ocorre o ataque funciona nas condições que permitem a formação de um fosfogesso hemi-hidratado. Os reatores seguintes funcionam de forma a favorecer a geração de um fosfogesso di- hidratado por hidratação do hemi-hidratado. O objetivo dessa fase é obter cristais di- hidratados durante a filtragem. O ácido fosfórico produzido é ligeiramente menos concentrado do que o obtido no processo di-hidratado, mas o fosfogesso produzido é mais puro e, portanto, de maior uso como material de construção ou na indústria cimenteira. Esse processo apresenta uma vantagem importante para países onde os recursos em gesso natural são escassos como no Japão. O custo elevado e a complexidade desse processo são suas principais desvantagens (UNIDO & IFDC, 1998).

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No processo hemi-hidratado com filtragem intermediária, a primeira fase é idêntica ao processo hemi-hidratado sem filtração, incluindo a recuperação do ácido fosfático por filtragem. Depois dessa fase, o fosfogesso hemi-hidratado é descarregado do filtro e depois enviado para os tanques de agitação. As operações são controladas de forma a garantir a transformação total do fosfogesso hemi-hidratado em di-hidratado, assim como sua cristalização. A fase de transformação é acelerada pela adição de uma pequena quantidade de ácido sulfúrico na polpa. Quase todo o P2O5 precipitado com o fosfogesso hemi-hidratado é

liberado na fase líquida. Por seguinte, o fosfogesso di-hidratado é filtrado e a polpa lavada com a água do processo. O filtrado e o P2O5 recuperado são redirecionados para o estágio de

reação hemi-hidratada e usados como água da última lavagem. A filtragem intermediária aumenta o custo e a complexidade da produção, mas essa desvantagem é compensada pela eliminação da fase de concentração por causa do alto teor de P2O5 situada em torno de 40%.

O fosfogesso obtido é mais puro do que o obtido no processo di-hidratado e hemi-hidratado e pode ser utilizado na produção dos materiais de construção (UNIDO & IFDC, 1998).

Já no processo di-hidratado/hemi-hidratado, as primeiras reações são realizadas nas condições di-hidratadas, sem intenção de produzir um ácido fosfórico de alta concentração porque as etapas sucessivas de desidratação necessitam entre 20 a 30% de P2O5 e 10 a 20% de H2SO4.

Uma centrífuga é instalada junto com o filtro para produzir uma fina espessura de polpa de fosfogesso e corrigir as concentrações. No final do processo, é possível produzir um ácido sulfúrico com 35% de P2O5, comparado ao máximo de 32% obtido no processo di-hidratado.

Esse processo apresenta as mesmas vantagens e desvantagens que os hemi-hidratado-di- hidratado, exceto o fato que o fosfogesso hemi-hidratado produzido tem uma maior aplicabilidade (UNIDO & IFDC, 1998).