Enxofre e ácido sulfúrco

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATA S E DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
ENXOFRE E ÁCIDO
SULFÚRICO
Jaqueline Ruiz
Luciana S. Gulhote
Paula F. M. da Costa
Wania Ap. Christinelli
ENXOFRE
Histórico:
• O enxofre (do latim sulphur, -ŭris) é
conhecido desde a antiguidade;
• No século XII os chineses inventaram a
pólvora;
• Na Idade Média utilizava-o em ritos
pagãos antigos;
• Década de 1770 a comunidade científica
convenceu-se, através de Antoine Lavoisier,
de que o enxofre era um elemento químico
e não um composto.
PROPRIEDADES
O enxofre (S) é um não-metal insípido e
inodoro, facilmente reconhecido na forma de
cristais amarelos ;
• O enxofre é um elemento químico essencial;
É utilizado na produção:
-Ácido Sulfúrico
-Borracha
-SO2
• Insolúvel em água;
•
•
ENXOFRE

É um dos poucos não-metais que pode ser
encontrado livre na natureza;
PAPEL BIOLÓGICO E IMPACTO
AMBIENTAL
As plantas absorvem o enxofre do solo
como íon sulfato;
•Está presente em aminoácidos, formandose as pontes dissulfeto
•
CHUVA ÁCIDA

A queima de carvão e petróleo liberam sulfatos na
atmosfera;

Estes sulfatos reagem com o oxigênio e formam
óxidos de enxofre;
2SO2(g)+O2 -> 2SO3(g)
SO3(g)+H2O(l) -> H2SO4(aq)

COMPOSTOS DE ENXOFRE

Algumas das utilidades do enxofre na indústria:

Produção de ácido sulfúrico

Indústria da Borracha, como agente vulcanizante

Fertilizantes

Usinas de cana-de-açúcar, no processo de
clarificação do caldo
UTILIDADES DO SO2
Produção de açúcar:
DURANTE O TRATAMENTO DO CALDO É
REALIZADA A SULFITAÇÃO,QUE CONSISTE NA
AÇÃO DO SO2 SOBRE O CALDO DE CANA,
OCORRE 3 AÇÕES PRINCIPAIS
SULFITAÇÃO

Ação Fluidificante: Precipita alguns colóides,
aumentando a fluidez do caldo

Ação Descorante: Propriedades redutoras do SO2
transforma compostos férricos(coloridos) em
compostos ferrosos(incolores)

Ação Preceptiva: Ação produzida após a calagem,
na qual se forma CaSO3, que ao precipitar-se
arrasta muitas impurezas
PRODUÇÃO DE VINHO
•
O anidrido sulfuroso é usado na vinificação;
Era utilizado para a desinfecção das tinas de
madeira, dos locais e dos ambientes das
cantinas de vinho;
•
A principal ação: Propriedade anti-séptica e
antioxidativa.
•
PRODUÇÃO DA BORRACHA
Charles Goodyear inventou o processo de
vulcanização;
•
As moléculas do polímero independente se
transformam numa rede elástica tridimensional.
•Agentes
vulcanizantes: enxofre é o mais
importante;
OBTENÇÃO DE ENXOFRE
-Refino de petróleo: PROCESSO DE CLAUS
-Metalurgia: USTULAÇÃO
-Mineração convencional
-PROCESSO FRASCH
PROCESSO DE CLAUSS
O processo “Claus” para recuperação de enxofre é
baseado em duas reações:
•
H2S + 3/2 O2 -> SO2 + H2O
SO2 + H2S  3 S + 2 H2O
É o método mais utilizado na indústria para
recuperação de enxofre residual.
•
ALBERTO PASQUALINI – REFAP S/A
Conversão de 99,5% de carga sulfídrica em
enxofre elementar.
METALURGIA: PROCESSO DE USTULAÇÃO
Ustulação de sulfetos de Cu, Zn, Ni:
obtém-se o anidrido sulfuroso
•
“Empregado na produção de ácido
sulfúrico de forma direta ou reduzido a
enxofre elementar”
Alguns Minerais Utilizados

FeS2 Pirita

ZnS Esfalerita ou blenda

CuFeS2 Calcopirita

FeS Pirrotita

FeZnS2 Esfalerita

PbS Galena

HgS Cinabrio
EXEMPLO: PROCESSAMENTO DO COBRE.
2 CuFeS2 + 5 O2
 2 Cu + 2 FeO + 4 SO2
“O gás sulfídrico resultante da fundição é utilizado
como insumo para a produção do subproduto ácido
sulfúrico, visando reduzir o impacto ambiental”
MINERAÇÃO CONVENCIONAL

Para minérios de alto e médio teor de enxofre, faz-se a ustulação
para a geração de SO2 e sua conversão para ácido sulfúrico
(H2SO4). Com minérios de baixo teor, fusão e destilação do enxofre,
obtendo-se o enxofre elementar.
FRASCH
No final da década de 1890, Herman Frasch inventou um
método engenhoso de fundir o enxofre no subsolo, ou em
jazidas submarinas, e bombear o líquido até a superfície.
No processo "Frasch", o enxofre é obtido com pureza entre
99 e 99,9%, sem traços de arsênico, selênio ou telúrio.
APLICAÇÕES DO ENXOFRE
55% aplicado na indústria de fertilizantes;
• inseticidas,
• Fungicidas;
• Agentes alvejantes;
• Corantes;
•
ÁCIDO SULFÚRICO
HISTÓRICO:
Descoberto no século IX pela destilação seca de
minerais;
•
No século XVII, o químico Johann Glauber preparou o
ácido sulfúrico pela queima de enxofre com salitre (nitrato
de potássio, KNO3) na presença de vapor d'água;
•
Em 1746 John Roebuck começou a produzir o ácido
sulfúrico em câmaras recobertas por chumbo;
•
•
•Em
1831 - produção de trióxido de enxofre e ácido
sulfúrico concentrado, conhecido hoje como o processo de
contato.
INTRODUÇÃO TEÓRICA
•
O H2SO4 é um líquido incolor, inodoro, oleoso e pesado;
•
Ácido mineral forte, com alta polaridade;
H2SO4 → H3SO4+ + HSO4-
•
Solúvel na água em qualquer concentração;
•Oxidante
Cu + H2SO4  CuSO4 + SO2 + H2O
•Desidratante;
PRODUÇÃO:
Dois possíveis processos industriais para o
ácido:
•Processo
das câmaras de chumbo
•
•Processo
de contato
PROCESSO DAS CÂMARAS DE CHUMBO:
- TORRE DE GLOVER:
Esfriamento de gases
Concentração de ácido das câmaras
Desnitração de ácido proveniente da torre GayLussac
- SO2 + NO2 → NO +SO3
SO3 + H2O → H2SO4
- (N2O3, N2O4) + H2SO4  NOHSO4 + HNO3 + H2O
- CÂMARAS:
OXIDAÇÃO DE H2SO3 À H2SO4
SO2 + H2O  H2SO3
H2SO3 + NO2  H2SO4·NO
H2SO4·NO H2SO4 + NO
NO + ½ O2  NO2
SO2 + ½ O2 + H2O  H2SO4
- TORRE DE GAY-LUSSAC:
ABSORÇÃO DE ÓXIDOS DE NITROGÊNIO
PROVENIENTES DAS CÂMARAS
NOHSO4 + HNO3  H2SO4 + 2NO2
2 NOHSO4 + H2O  2H2SO4 + NO + NO2
MÉTODO DE CONTATO
-É muito utilizado atualmente;
-Produz ácido 98-99%;
-Oxidação de SO2 a SO3 na reação catalítica
heterogênea; V2O5 como catalisador;
-Três etapas
Depuracão de gases de entrada
Reação catalítica
Absorção de SO3
ESQUEMA DO PROCESSO
MATERIAL DE PARTIDA: SO2
OPERAÇÃO DO 1° CONVERSOR
Esfriamento
entre etapas
Catalisador
V2O5
sobre
zeólitas
SO2 + ½O2  SO3
OPERAÇÃO DO 2° CONVERSOR
Reações catalíticas
SO42- + SO3  S2O722V5+ + O2- + SO2  SO3 + 2V4+
2V4+ + ½O2  2V5+ + O2SO2 + ½O2  SO3
O trióxido de enxofre produzido sofre absorção com
água ou uma solução de ácido sulfúrico, com a
formação de ácido sulfúrico concentrado a 98~99%:
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(l)
EFLUENTES SECUNDÁRIOS

Gases sulfurosos:
SO2, SO3, N2, O2,vapor d'água e gotículas de ácido sulfúrico.

Resíduos sólidos:
Operação de filtração
PROCESSO DE REGENERAÇÃO
-
Subprodutos de sulfato da fabricação do ácido 2-hidroxi-4metil-tiobarbitúrico (HMBA) pela queima dos componentes
oxidáveis;
-
Nesta queima são produzidos gases de combustão contendo
dióxido de enxofre (SO2);
-
Estes gases são resfriados;
-
Produz ácido sulfúrico, que é recirculado para a preparação
de HMBA.
PROCESSO DE REGENERAÇÃO
APLICAÇÕES
-FERTILIZANTES
CA5(PO4)3F + 5 H2SO4 + 10 H2O → 5 CASO4. 2H2O + HF + 3
H3PO4
SIO2 + 6 HF → H2SIF6 + 2 H2O
-SULFATO DE ALUMÍNIO:
AL2O3 + 3 H2SO4 → AL2(SO4)3 + 3 H2O
- BATERIAS:
PLACAS DE CHUMBO E PLACAS DE DIÓXIDO DE CHUMBO,
MERGULHADAS NUMA SOLUÇÃO DE ÁCIDO SULFÚRICO E ÁGUA.
- : Pb  Pb2+ + 2ePb2+ + SO42-  PbSO4
+ : PbO2 + 4H+ + 2e-  Pb2+ + 2H2O
Pb2+ + SO42- = PbSO4
Reação Global: Pb + PbO2 + 2H2SO4  2PbSO4 + 2H2O
Mercado: Enxofre
MERCADO: ENXOFRE
Mercado: Ácido Sulfúrico
ESTIMATIVAS
- Da aplicação de enxofre, pelo menos de 55% do
consumo mundial ocorre na indústria de
fertilizantes; nos EUA, 60% e no Brasil,
65%;
- O Brasil não tem condições geológicas
conhecidas que sejam favoráveis ao atendimento
da demanda de enxofre, o que aumenta, a
cada ano, a dependência externa;
-- A demanda de ácido no Brasil vai
Crescer na taxa de aproximadamente 8% aa.
REFERENCIAS
http://knol.google.com/k/francisco-quiumento/cido-sulfrico-produo/2tlel7k7dcy4s/10#
Gildo de Araújo Sá C. de Albuquerque, Ronaldo Simões L. Azambuja,Fernando A. Freitas Lins,
Agrominerais – Enxofre, cap 6*
http://www.fnquimica.com/quimica-geral-f2/o-acido-sulfurico-t74.htm
Anuário da Indústria Química Brasileira - ABIQUIM, São Paulo - SP, Ácido Sulfúrico, 2000,
pg142.
Enxofre: – Recursos Naturais – Processos de Obtenção, Aristóteles Bersou , 1967.
MB CONSULTORES LTDA, Processos De Fabricação De Ácido Sulfúrico
QUÍMICA NOVA NA ESCOLA, Enxofre N° 16, NOVEMBRO 2002