Extracción del fósforo
El fósforo es un elemento altamente reactivo, por lo que se hace necesario utilizar diferentes métodos de extracción para poder extraerlo de sus compuestos sin peligro. Se usa fosfato de calcio como materia prima. Hay grandes depósitos de este compuesto en el centro de Florida, o en regiones como el Sahara Marroquí, o la isla de Nauru. A pesar de conocerse los depósitos, no se conoce el origen de éstos, pero se cree que pueda ser debido a la interacción entre el carbonato de calcio presente en los arrecifes de coral, con las deyecciones de las aves marinas, las cuales son ricas en fosfatos a través del paso de cientos de años.
Para procesar la roca fosfórica es necesaria mucha energía eléctrica, por lo cual, la mena se envía a ser procesada a países que cuentan con bastante energía eléctrica a bajo coste. La conversión de la roca hacia el elemento, se realiza en un horno muy grande de tipo eléctrico el cual contiene electrodos de carbono de unas 60 toneladas. En el proceso, de tipo electrotérmico, el horno está lleno de una mezcla formada por mena, arena, y coque, a la que se le aplica una corriente de entorno a 500V (o 180000 A), entre sus electrodos. A una temperatura de 1500ºC en el horno de operación, el fosfato de calcio tiene una reacción con el monóxido de carbono con la finalidad de dar óxido de calcio, dióxido de carbono y tetrafósforo en forma de gas:
2 Ca3(PO4)2 (s) + 10 CO (g) → 6 CaO (s) + 10 CO2 (g) + P4 (g)
Así, el coque se reduce el dióxido de carbono a monóxido:
CO2 (g) + C (s) → 2 CO (g), al aplicar calor.
Una parte del gas se usa nuevamente, pero el resto se escapa del horno. El óxido de calcio que reacciona con el dióxido de silicio o arena, con el fin de dar silicato de calcio (también conocido como escoria):
CaO (s) + SiO2 (s) → CaSiO3 (l)
El monóxido de carbono que se escapa se quema y el calor se usa para secar las materias primas:
2 CO (g) + O2 (g) → 2 CO2 (g)
Finalmente, cuando se condensa el tetrafósforo gaseoso, lo bombeamos a una torre donde se rociará con agua. El fósforo que ha sido licuado, se recoge en el fondo de dicha torre, drenándose hacia los tanques donde se retendrá y acumulará. Un horno producirá como promedio entorno a 5 toneladas de tetrafósforo a la hora.
La mena fosfórica tiene entre sus componentes, dos impurezas principalmente. La primera de ellas consiste en una serie de cantidades muy pequeñas de fluorapatita ( Ca5 (PO4)3 F ), el cual reacciona cuando se le somete a altas temperaturas, produciendo tetrafluoruro de silicio, el cual es altamente tóxico y corrosivo. Este contaminante es eliminado de los gases de salida gracias al tratamiento con una solución de carbonato de sodio. Dicho proceso producirá hexafluorosilicato de sodio ( Na2SiF6), el cual es un producto con utilidad comercialmente hablando.
La segunda de las impurezas es el óxido de hierro (III), el cual reacciona con el compuesto, tetrafósforo, para dar la formación de ferrofósforo, que es un líquido de alta densidad, que se extrae de la parte baja del horno bajo la capa de escoria líquida formada.
El ferrofósforo se usa para fabricar productos de acero específico, como pueden ser los frenos de los trenes. Otro producto secundario del proceso, es la escoria, el silicato de calcio, el cual tiene poco valor más allá de su uso para rellenar caminos.
Es un proceso muy costoso, y no solamente por el claro consumo de energía, sino por la masa total de todos los materiales que intervienen en él.
El proceso además genera una serie de contaminantes en polvo, gases de combustión, agua procedente de las torres de enfriamiento, y lodos. Antiguamente las plantas de extracción eran ambientalmente muy malas, pero gracias al gran cambio en las tecnologías, se han construido nuevas plantas más ecológicas.
La demanda y necesidad del fósforo está menguando debido al gran coste que supone, así como también ha bajado la demanda en lo que a detergentes a base de fosfatos se refiere, debido a causas ecológicas. Sin embargo, El fósforo de tipo elemental, es aún un preferente para la preparación de diferentes compuestos del fósforo de pureza, como puedan ser por ejemplo, los insecticidas.