“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACI ÓN”
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA
DOCENTE
: Segundo Caballero Cárdenas
CURSO
: Procesos Unitarios I
TEMA
: Fosfatos De Bayóvar
ALUMNA
CICLO
: Godos Chumacero Indira Gabriela Mercedes
: 2015-I
FOSFATOS DE BAY ÓVAR Ubicación del Proyecto Bayóvar:
El yacimiento Bayóvar se ubica en el distrito y provincia de Sechura, departamento de Piura, aproximadamente a. 1 000 km. al norte de la capital Lima y a 110 km. al sur de Piura a 30 km. del Océano Pacifico. El borde costero de este departamento está formado por algunas bahí as con playas de arena y sectores de borde costero rocoso. El Proyecto Bayóvar se ubica en el sector sur de la bahí a de Sechura, la cual tiene aproximadamente 100 km. de desarrollo. El poblado más cercano es la caleta de Puerto Rico ubicada aproximadamente a 40 km. de la zona de la mina. Existen dos yacimientos de considerable valor económico: el Área I, en la parte baja del Cerro La Puntilla y el Área II, en el fondo de La Depresión Salina Grande. El mineral fosfatado se presenta en capas estratificadas ricas en P 205, consistentes principalmente en oolitos o bajo la forma de restos orgánicos fosfatados (algas, escamas, huesos de peces, dientes de tibur ón, etc.), en una matriz arcillo - diatomácea. Dichas capas se encuentran interestratificadas con horizontes de diatomita con contenidos menores de P 205. Área I.- Este yacimiento consiste en tres capas de roca fosf órica dentro del miembro superior de la formación Zapallal, donde se ha estimado una reserva de 46 Mt con leyes de cabeza hasta 23% de P 205. Área II.- Es uno de los mayores depósitos del mundo, constituido por siete capas de roca fosf órica dentro del miembro inferior de la Formación Zapallal. En esta área se encuentra localizado el yacimiento de fosfato de Bay óvar. El fosfato más común es del grupo de la apatita. Como impurezas se tienen fragmentos de diatomitas, vidrio volcánico, cuarzo, feldespato, espí culas de esponjas y micas, además de sales solubles de sodio y potasio entre otros. Objetivos:
El objetivo principal de la Mina Fosfatos Bayóvar es la extracción y concentración del yacimiento de fosfatos más grande de Sudamérica.
El proyecto contempla nueve componentes: 1.- Mina 2.- Planta concentradora 3.- Carretera Industrial 4.- Zona de descarga de camiones 5.- Faja transportadora sobre terreno 6.- Zona de secado y almacenamiento 7.- Puerto 8.- Lí nea de impulsión agua de mar 9.- Lí neas de transmisión Yacimiento de fosfatos
El yacimiento de fosfatos de Bayóvar fue descubierto en 1955, durante un programa de prospección petrolí fera. Desde entonces, se hicieron programas de exploraci ón con el objetivo de definir las caracterí sticas y la magnitud del depósito. Los resultados de estos trabajos permitieron la selecci ón de la denominada Área II, denominada Bayovar II, como la de mejor potencial económico-area donde Vale invirtió en la búsqueda mineral. El Deposito de Fosfatos de Bayovar presenta algunas caracter í sticas geológicas que lo vuelven singular, como la composici ón quí mica del mineral (fluor-hidroxi.carbonato apatito) y la asociación de capas casi horizontales de fosforitos y diatomitas como rocas que contienen el mineral. Fósforo
Nombre: Fósforo Número atómico:15 Valencia: +3,-3,5,4 Estado de oxidación: +5
Electronegatividad : 2,1 Radio covalente (Å): 1,06 Radio iónico (Å): 0,34 Radio atómico (Å): 1,28
Configuración electrónica: [Ne]3s23p3 Primer potencial de ionización (eV):11,00 Masa atómica (g/mol): 30,9738 Densidad (g/ml): 1,82 Punto de ebullición (ºC):
280
Punto de fusión (ºC): 44,2 Descubridor: Hennig Brandt en 1669
El f ósforo es el elemento esencial para todo ser vivo y representa el und écimo elemento más abundante en la corteza terrestre (zona más superficial compuesta por rocas, sedimentos y suelos). El f ósforo se encuentra en todos los tipos de materiales geol ógicos, normalmente en concentraciones menores que 0.01%, sin embargo existen tipos de rocas que presenta concentraciones significativamente mayores, como por ejemplo en algunas rodas í gneas especiales y en rocas sedimentarias marinas. La mayor parte de la producción mundial de roca fosf ática es destinada a la industria de fertilizantes, principalmente a la de ácido fosf órico. Lo restante es aprovechado para industrias diversas, como por ejemplo, la de suplementos alimenticios para animales y la industria de detergentes. También encontramos elevados í ndices de f ósforo en las acumulaciones naturales de guano (excremento de aves marinas, de murci élagos y otros mamí feros habitantes de aperturas subterráneas). El nombre roca fosf órica es un término impreciso aplicado para una gran variedad de rocas portadoras de minerales fosfatados. Las rocas sedimentarias son formadas por la acumulación y consolidación de materia mineral pulverizada, depositada por la acción del agua, del viento o del hielo. ¿Qué son los fosfatos?
Es un compuesto que tiene como elemento basico el f ósforo. Los fosfatos permiten a los seres vivos los procesos de transferencia de energia, facilitan el metabolismo, la fotosintesis, la funcion nerviosa y la accion muscular. Los acidos nucleicos, que forman el material hereditario (los cromosomas), son fosfatos. Tambien los encontramos en coenzimas. Los esqueletos de los animales estan formados por fosfatos de calcio.
Origen de los fosfatos
Los fosfatos de Bayovar son de origen sedimentario marino. Se trata de depositos de sedimentos de origen animal y vegetal: peces y algas acumulados hace millones de años. El depositos de Sechura representa capas sedimentarias, casi horizontales y proximas a la superficie, lo que facilita la extraccion de rosa fosforicas.
PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DEL PRODUCTO El yacimiento de fosfato de Bayóvar es de origen orgánico y se ha formado como consecuencia de ingresos sucesivos del mar a la costa. Este yacimiento est á compuesto por capas de roca fosf órica de uno a dos metros de espesor denominadas “mineral” e intercaladas con diatomita fosf ática de dos a siete metros de espesor denominadas “estéril”. El espesor total del yacimiento es de aproximadamente 38 m. Existen dos yacimientos de considerable valor económico: el Área I, en la parte baja del Cerro La Puntilla y el Área II, en el fondo de La Depresión Salina Grande. El mineral fosfatado se presenta en capas estratificadas ricas en P205, consistentes principalmente en oolitos o bajo la forma de restos orgánicos fosfatados (algas, escamas, huesos de peces, dientes de tibur ón, etc.), en una matriz arcillo - diatomácea. Dichas capas se encuentran interestratificadas con horizontes de diatomita con contenidos menores de P205. Área I.- Este yacimiento consiste en tres capas de roca fosf órica dentro del miembro superior de la formación Zapallal, donde se ha estimado una reserva de 46 Mt con leyes de cabeza hasta 23% de P205. Área II.- Es uno de los mayores depósitos del mundo, constituido por siete capas de roca fosf órica dentro del miembro inferior de la Formación Zapallal. En esta área se encuentra localizado el yacimiento de fosfato de Bayóvar. El fosfato más común es del grupo de la apatita. Como impurezas se tienen fragmentos de diatomitas, vidrio volcánico, cuarzo, feldespato, espí culas de esponjas y micas, además de sales solubles de sodio y potasio entre otros. Casi el 80% de todo el fosfato que se produce se emplea como fertilizantes y se transforma quí micamente en formas más utilizables. •
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El fosfato se usa también en forma de ácido fosf órico y fosforosos para obtener compuestos de f ósforos Se emplea en la industria siderometalúrgica Para revestimiento contra la herrumbre Exterminadores de insectos
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Fuegos artificiales Cerámicas Bombas, granadas, balas , trazadoras Cortinas de humo, señales de auxilio Medicamentos Bebidas suaves Cementos Levaduras Harinas artificiales Fermentos Artefactos para fotograf ía s
Propiedades quí micas El ion fosfato es un ión poliatómico con la f órmula empí rica PO 3-4 y una masa molar de 94.97 g/mol. Se compone de un átomo de f ósforo central rodeado por cuatro átomos de oxí geno en una disposición tetraédrica. El ión fosfato lleva una carga formal negativa de tres y es la base conjugada del ion fosfato de hidr ógeno, HPO2-4, que es la base conjugada de H 2PO-4, el ion fosfato dihidrógeno, que a su vez es la base conjugada de H3PO4, fosf órico ácido. Forma una sal de fosfato cuando un ion cargado positivamente se une a los átomos de oxí geno cargados negativamente del ión, formación de un compuesto iónico. Muchos fosfatos no son solubles en agua a temperatura y presi ón estándar. El sodio, potasio, rubidio, cesio y fosfatos de amonio son todos solubles en agua. La mayorí a de los otros fosfatos son s ólo ligeramente solubles o son insolubles en agua. Como regla general, el hidrógeno y el dihidrógeno fosfatos son un poco más soluble que los fosfatos correspondientes. Los pirofosfatos son principalmente agua soluble. Existe fosfato acuoso en cuatro formas. En condiciones fuertemente b ásicas, el ion fosfato predomina, mientras que en condiciones d ébilmente básicas, el ion fosfato de hidrógeno es prevalente. En condiciones d ébilmente ácido, el ion fosfato dihidrógeno es más común. En condiciones fuertemente ácidas, trihydrogen fosfato es la forma principal. • • • •
H3PO4 ácido fosf órico H2PO-4 dihidrógeno fosfato HPO2-4 Hidrógeno fosfato PO3-4 fosfato En concreto, teniendo en cuenta las tres reacciones de equilibrio siguientes: H3PO4 H H2PO H2PO-4-4 H HPO2 HPO2-4-4 H PO3-4 las constantes correspondientes a 25C son:
El diagrama de especiación obtenido utilizando estos valores de pK muestra tres regiones distintas. En efecto H3PO4, H2PO-4 y HPO2-4 se comportan como ácidos débiles separadas. Esto es debido a que los valores de pK sucesivos difieren por m ás de 4 - Para cada ácido el pH en un medio de neutralización-es igual al valor de pKa del ácido. La región en la que el ácido está en equilibrio con su base conjugada se define por el pH pK 2 - Así , las tres regiones de pH es de aproximadamente 0-4, 5-9 y 10-14 Este es idealizado ya que asume la fuerza i ónica constante , lo cual no impedir á, en realidad, en valores muy bajos y muy altos de pH. Para obtener un pH neutro como en el citosol, pH = 7,0 de modo que sólo H2PO-4 y HPO2-4 iones están presentes en cantidades significativas, esta proporción se invierte. Fosfato pueden formar muchos iones poliméricos tales como difosfato, P2O4-7, y trifosfato, P3O5-10. Los varios iones de metafosfato tienen una f órmula empí rica de PO -3 y se encuentran en muchos de los compuestos. Bioquí mica de fosfatos
En los sistemas biológicos, el f ósforo se encuentra como un ion fosfato libre en la solución y se llama fosfato inorgánico, para distinguirlo de fosfatos unidos en diversos ésteres de fosfato. Fosfato inorgánico se denota generalmente Pi y a pH fisiol ógico se compone principalmente de una mezcla de HPO2-4 y H2PO-4 iones. Fosfato inorgánico puede ser creado por la hidrólisis del pirofosfato, que se denota PPi: P2O4-7 H2O 2 HPO2-4 Sin embargo, los fosfatos se encuentran más comúnmente en la forma de fosfatos de adenosina, y en el ADN y ARN y pueden ser liberados por la hidr ólisis de ATP o ADP. Existen reacciones similares para los otros nucleósidos difosfato y trifosfato. Bonos fosfoanhí drido en ADP y ATP, u otros nucle ósidos difosfatos y trifosfatos, contienen altas cantidades de energí a que les dan su papel vital en todos los organismos vivos. Se conocen en general como fosfato de alta energ í a, como son los fosf ágenos en el tejido muscular. Compuestos tales como fosfinas sustituidas tienen usos en la quí mica orgánica, pero no parece tener ninguna contrapartes naturales. La adición y la eliminación de fosfato a partir de proteí nas en todas las células es una estrategia fundamental en la regulación de los procesos metabólicos. Los rangos de referencia para los análisis de sangre, que muestran f ósforo inorgánico en púrpura a la derecha, siendo casi idéntica a la concentración molar de fosfato.
El fosfato es útil en las células animales como un agente tampón. Las sales de fosfato que se utilizan comúnmente para la preparación de soluciones tampón a valores de pH de células incluyen Na2HPO4, NaH2PO4, y las correspondientes sales de potasio. Un suceso importante de fosfatos en los sistemas biológicos es como el material estructural del hueso y de los dientes. Estas estructuras están hechos de fosfato de calcio cristalino en forma de hidroxiapatita. La densa dura de esmalte de dientes de los mamí feros consta de fluorapatita, un fosfato de calcio hidroxi donde algunos de los grupos hidroxilo han sido reemplazados por iones fluoruro.
USOS DE LOS FOSFATOS
Los fosfatos tienen multitud de aplicaciones tanto domésticas como industriales: Na3PO4: •
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Agente de saponificación de grasas Decapante de pinturas debido a que en medio acuoso da disoluciones muy básicas. Se utiliza a nivel industrial para limpiar metales. Mezclado con NaClO, se utiliza en maquinas de lavado.
Na2HPO4: •
En alimentación. Fabricación de quesos, emulsionante.
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Aditivo al jamón, evita pérdida de agua.
NaH2PO4: •
En procesos de fosfatización de metales. Tratamiento anticorrosión previo a la pintura.
Ca(H2PO4)2: •
Se utiliza como levadura artificial en panader í a (mezclado con NaHCO 3). Se aprovechan sus propiedades ácidas. En agua, los iones dihidr ógeno fosfato ceden protones al bicarbonato. La reacción produce CO 2 que al desprenderse y quedar ocluí do en la masa, la hace más ligera: H2PO4-+ HCO3-
CO2 + HPO4-2+ H2O
Ca(H2PO4)2 + 2 NaHCO 3
2 CO2 + Na2Ca(HPO4)2
Na2H2P2O7: También se utiliza como acidulante para la preparación de la masa del pan. Su ventaja respecto del anterior es que no reacciona con el bicarbonato a menos que se caliente. Eso permite preparar grandes cantidades de masa y almacenarlas sin que se inicie el crecimiento de la misma de forma prematura. CaHPO4: •
Se utiliza como abrasivo en pastas de dientes.
Ca2P2O7: •
Se añade en pastas de dientes con fl úor. El difosfato es el más inerte de los fosfatos. Se utiliza como abrasivo puesto que no interfiere con los compuestos que contienen flúor.
Na5P3O10: •
Se obtiene por calentamiento controlado de una mezcla estequiom étrica de los fosfatos monobásico y dibásico: NaH2PO4 + 2Na2HPO4
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Na5P3O10 + 2H2O
Se ha utilizado en detergentes (Calgón®) para ablandar el agua ya que forma complejos solubles con Ca +2, Mg+2y Fe+3. Na5P3O10---> P3O105-+ Na+
NaP3O104-
P3O105-+ Ca2+
CaP3O103-
P3O105-+ Mg2+
MgP3O103-
Evita que se formen espumas insolubles de jabón cuando se lava con aguas duras. Debido a los efectos dañinos de los fosfatos en las aguas residuales al estimular el crecimiento indeseable de las algas, el uso del tripolifosfato ha disminuido radicalmente. Este trifosfato se utiliza como dispersante en fabricación de cementos y ladrillos. Disminuye la cantidad de agua precisa para hacer las pastas; tambien en perforaciones petrolí feras para mejorar las propiedades mecánicas de los suelos. Además, los fosfatos tienen un uso intensivo en la industria alimenticia.
Fosfatos en los detergentes. Eutroficación
Los fosfatos se han venido utilizando en las formulaciones de detergentes desde los años 30. Su papel es complejar los cationes responsables de la dureza del agua (Ca +2 y Mg+2) formando con ellos complejos solubles. Esto evita que se formen espumas insolubles en el agua y permite que los surfactantes trabajen más eficazmente impidiendo que la suciedad vuelva a depositarse sobre lo lavado. El fosfato m ás utlizado para ello es el trpolifosfato sódico Na5P3O10. Su excesivo uso puede llevar al problema de la eutrofizaci ón. Uno de los sustituyentes de los fosfatos en los detergentes fue el NTA N(CH 2CO2)3-3. Sin embargo se ha demostrado que este compuesto es carcer í geno y por eso no se utiliza en la actualidad. El descubrimiento de que las zeolitas son eficaces intercabiadores iónicos hace de estos compuestos buenos sustitutos de los fosfatos alli donde la legislación prohibe su uso. Sin embargo las zeolitas tienen tambien inconvenites: •
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su coste mucho mayor que los fosfatos son materiales sólidos insolubles. Se utilizan en suspensi ón. Necesitan de otros compuestos que faciliten la dispersión de las zeolitas, para controlar el pH y para prevenir la redeposición de la suciedad. Para ello se a ñaden ácidos carboxí licos de cadena larga.
No está claro que el uso de las zeolitas tenga un menor impacto ambiental que los fosfatos. La actividad minera (extracción de Al) y las operaciones necesarias para su obtenci ón globalmente consideradas hacen que su impacto ambiental sea semejante. Adem ás es relativamente f ácil eliminar los fosfatos del agua mientras que es dificil la recuperaci ón de zeolitas de las aguas residuales. APLICACIONES Alimentos o bebidas que contienen fosfato
Los fosfatos estan presentes en alimentos y bebidas. Por ejemplo en: quesos, pasteles, galletas, panes, galletas de agua, alimentos en polvo, embutidos, pescado seco y salado, cereales para el desayuno, papas deshidratadas, mantequillas, chocolates y bebidas gaseosas, La mayoria, sin embargo, proviene de las carnes y de los productos lacteos. Aplicación industrial de los fosfatos
Cerca de tres cuartas partes del f ósforo total( en todas sus formas quimicas), se emplean como fertilizantes. Tambien se les utiliza en elaboracion de detergente, en alimentos
para animales, ablandadores de agua, aditivos para alimentos y farmacos, en el tratamiento de superficies metalicas, aditivos en metalurgia, plastificantes, insecticidas y aditivos de productos petroleros. ¿Por qué se puede aplicar directamente en la agricultura?
Normalmente en cada cosecha se extraen los nutrientes del suelo. Estos nutrientes tienen que ser repuestos continuamente para evitar el empobrecimiento y la perdida de la fertilidad de las tierras. A esta necesaria reposicion contribuyen los fosfatos. El f ósforo forma parte de la celula, de los nucleotidos, de las lecitinas y las enzimas. ¿Qué efectos tiene el f ósforo en la salud humana?
El f ósforo esta presente en el ambiente coomo fosfatos. Los fosfatos son sustancias importants en el cuerpo de los humanos porque ellas son parte del ADN y son fuente de energia. Los fosfatos pueden ser encontrados comunmente en plantas. Los humanos han cambiado el suministro natural de f ósforo radicalmente por la adicion de estiercol rico en fosfatos. El fosfato esta presente en alimentos, como quesos, salsas, jamon. Otras formas de presentacion de los fosfatos
El incremento de la concentracion de f ósforo en las aguas superficiales aumenta el crecimiento de organismos dependientes del f ósfoto, como son las algas. Estos organismos usan grandes cantidades de oxigeno y evitan que los rayos de sol entren en el agua. Esto hace que el agua sea poco adecuada para la vida de otros organismos. El fenomeno es comunmente conocido como eutrofizacion. Este fenomeno se presenta en el rio Chira a consecuencia del embalse de sus aguas. Importancia del f ósforo en nuestro organismo
El f ósforo es un ingrediente esencial del hueso, segundo en importancia despues del calcio. El 80% del fosforo en el cuerpo se localiza en los huesos. El fosfoto se encuentra en casi todos los alimentos, ya que es una parte critica en todas las cosas vivientes. Los alimentos lacteos, las carnes, el pescado son fuentes ricas de este mineral. Tambien se encuentra en nueces, legumbres y granos, pero no es bien absorbido por el cuerpo. VENTAJAS DEL FOSFATO DE BAYOVAR
El desierto de Sechura es rico en fosfatos solubles que se aplican directamente a los suelos acidos. El fosfato fomenta el enriquecimiento del sueloo, facilita la formacion de las raices, estimulas la floracion y la formacion de la semilla. Se trata de fosfato natural mas reactivo y de alto contenido (fosfato de calcio, azufre y fosfato de magnesio). Tiene un alto poder residual, optimo para suelos acidos mejora el pH del suelo. Por su solubilidad en atractivo como abonos natural.
