Ácido fosfórico por vía húmeda

El ácido fosfórico por vía húmeda designa la producción de ácido fosfórico (H3PO4) mediante la descomposición de minerales fosfatados con un ácido mineral. A diferencia de la vía térmica, que parte del fósforo elemental obtenido por reducción electrotermia de la roca fosfática, la vía húmeda realiza directamente el ataque ácido del mineral. En la Unión Europea, esta filial representa aproximadamente el 95 % de la producción total de ácido fosfórico^[1]. La preferencia por la purificación mediante extracción con disolvente en lugar de la vía térmica se explica por los costes energéticos^[1]. El ácido sulfúrico constituye el agente de ataque preferido debido a su volumen de producción; el ácido nítrico o el ácido clorhídrico solo tienen una aplicación marginal^[1].

Principales variantes de proceso

El ataque con H2SO4 da origen a diversas tecnologías diferenciadas principalmente por la forma cristalina del sulfato de calcio coproducido. El proceso dihidratado (DH) cristaliza el yeso en forma de dihidrato (CaSO4·2H2O) y constituye la técnica más extendida. Entrega una solución de ácido relativamente diluida, con un título de 26 a 32 % de P2O5, y presenta un rendimiento en P2O5 de 94 a 96 %^[2]. El proceso hemidratado (HH) forma sulfato de calcio semihidratado (CaSO4·0,5H2O). Los procesos de recristalización combinan varias etapas para mejorar el rendimiento. Las técnicas de doble filtración o repulpación permiten reducir las pérdidas de P2O5 contenidas en el yeso filtrado^[3]. Una versión modificada del proceso dihidratado, con doble ataque y prolongación del tiempo de residencia, alcanza un rendimiento medio superior al 97,5 %^[2].

Consumos y rendimientos

La fabricación de una tonelada de P2O5 por vía húmeda consume generalmente de 2,6 a 3,5 toneladas de roca fosfática según la composición del mineral^[4]. El ácido sulfúrico requerido se sitúa en un rango de 2,4 a 2,9 toneladas por tonelada de P2O5^[4]. Para el agua de proceso, una instalación determinada utiliza 3,6 a 4 metros cúbicos por tonelada de P2O5, excluyendo el agua de lavador; otras configuraciones consumen 4 a 7 metros cúbicos según la concentración del ácido débil obtenido en el filtro^[4]. Las instalaciones existentes deben aspirar a un rendimiento en P2O5 de 94,0 a 98,5 %, mientras que las unidades nuevas deben alcanzar el 98,0 % como mínimo, preferiblemente mediante recristalización con doble filtración^[3]. Según el documento de referencia europeo, la concentración comercial principal del ácido se sitúa en 52-54 % de P2O5^[5].

Coproductos y medio ambiente

El principal subproducto del proceso es el fosfoyeso, sulfato de calcio procedente de la reacción, que se presenta en forma de dihidrato o hemidrato según la tecnología elegida. Este material, que aún contiene trazas de P2O5 e impurezas metálicas provenientes de la roca, es objeto de un almacenamiento específico. El reciclaje de las aguas de drenaje del depósito de fosfoyeso hacia el proceso constituye una práctica habitual en la industria^[2]. Las emisiones de P2O5 a la atmósfera se controlan mediante separadores de arrastre, especialmente en enfriadores por expansión al vacío y evaporadores al vacío, así como por bombas de anillo líquido con reciclaje del líquido de sello^[3]. La selección de la roca fosfática y la molienda previa influyen directamente en el rendimiento del proceso y en la calidad del ácido obtenido^[3].

Integración en la cadena de los fosfatos

El ácido fosfórico por vía húmeda constituye el intermediario imprescindible de los principales fertilizantes fosfatados. El DAP (18 % N, 46 % P2O5), el MAP (11 % N, 52 % P2O5) y el TSP (46 % P2O5) derivan todos de él, por reacción con amoníaco o roca fosfática^[6]. En 2023, la producción mundial de roca fosfática ascendió a 216 Mt, de las cuales 30 Mt fueron exportadas; la producción de ácido fosfórico alcanzó 85 Mt^[6]. En Estados Unidos, más del 95 % de la roca fosfática extraída alimenta la producción de ácido fosfórico por vía húmeda y de ácido superfosfórico, a su vez transformados en fertilizantes fosfatados amoniacales granulados o líquidos y en suplementos alimentarios para animales; aproximadamente el 25 % del ácido producido se exporta en forma de DAP, MAP, ácido comercial u otros productos fosfatados^[7]. El ácido purificado por extracción con disolvente sirve para la fabricación de fosfatos alimentarios y fosfatos industriales (sales de sodio, potasio, calcio, amonio), aunque esta vía está hoy poco representada en Europa^[8].