O Ácido Sulfúrico é um ácido inorgânico forte, de fórmula molecular H2SO4. É completamente solúvel em água e tem densidade de cerca de 1,85 g/cm³. É o ácido mais fabricado em todo o mundo. Utilizado principalmente na indústria de fertilizantes (cerca de 80%), além de ajuste de pH em processos (como tratamento de efluentes), fabricação de produtos inorgânicos, corantes, decapagem de ferro e etc.
Segundo o diamante de Hommel, apresenta altíssimo risco à saude (3), alta reatividade (2), inflamabilidade nula (0), além de ser corrosivo.
O Ácido Sulfúrico é obtido através do processo de contato a partir do dióxido de enxofre (SO2). Esse dióxido de enxofre pode vir de duas fontes: da ustulação direta de rochas sulfetadas, ou de enxofre sólido (S) que precisa ser oxidado a SO2.
Basicamente, essa tecnologia envolve apenas três etapas:
- Obtenção do dióxido de enxofre – No caso de mineradoras, por exemplo, o SO2 já vem direto da ustulação, por isso não é necessário nenhum tratamento para se obter o SO2.
- Oxidação do dióxido de enxofre em trióxido de enxofre. SO2 + 1/2O2→ SO3
- Absorção do trióxido de enxofre. SO3 + H2SO4 +H2O → 2H2SO4
Obtenção do dióxido de enxofre
No Brasil a indústria do enxofre é basicamente voltada a atender a demanda da indústria do ácido sulfúrico. Esse enxofre chega sólido às indústrias, porém por questões cinéticas, é necessário fundi-lo para facilitar sua oxidação em meio a uma corrente de oxigênio.
S(g) + calor → S(l) + SH-
O bissulfito é gerado devido a presença de bactérias e precisa ser neutralizado com cal virgem e filtrado antes de seguir para o queimador (onde o SO2 será oxidado a SO3).
Por sua vez, o ar usado na oxidação do enxofre líquido precisa ser previamente tratado para não carrear material particulado ao sistema e bloquear sítios ativos do catalisador presente na fase de conversão.
O tratamento do ar é feito primeiramente com uma torre de secagem passando ácido sulfúrico em contra-fluxo, para evitar levar umidade na corrente e gerar ácido sulfúrico na fase fusão do enxofre (o que geraria um ambiente altamente corrosivo). Após, é passado em um eliminador de névoas e por fim um filtro simples. Assim, a oxidação do enxofre líquido é feita:
S(l) + O2(g) → SO2(g) + calor
Ainda, é necessário controlar a temperatura e o tempo de residencia dessa operação, para evitar a formação de SO3 nesta etapa, pois seria extremamente corrosivo.
Oxidação do dióxido de enxofre em trióxido de enxofre
A conversão de SO2 em SO3 é reversível e muito exotérmica, por isso é necessário um controle minucioso na condições de operação do processo: temperatura, pressão, relação SO2/O2 e concentração de SO3.
A temperatura deve estar entre 430 e 450 graus, onde o equilíbrio químico é favorável, todavia não pode exceder 600 graus devido a sinterizar o catalisador.
A pressão costuma ser de 5 a 8 bar.
A concentração de SO2 deve ser de no máximo 12% na entrada do conversor, devido aumento excessivo de temperatura.
A concentração de SO3 aumenta a medida que aumenta conversão, até chegar próximo ao equilíbrio químico e “cessar” a reação. Assim, é necessário o uso de um absorvedor intermediário para retirar uma corrente de SO3 do sistema e “reiniciar” o equilíbrio químico.
SO2(g) + 1/2 O2(g) ⟺ SO3(g)
O conversor o separado (quase sempre) em 4 leitos. Entre cada um deles há uma torre de resfriamento para descolar o equilíbrio e ganhar em conversão. Esse resfriamento gera energia elétrica, que muita das vezes é vendida para o governo. Na maioria as plantas a absorção intermediária é feita após o segundo ou terceiro leito, onde há uma maior concentração de SO3 para se retirar.
Fase de absorção
Nesse estágio o SO3 é borbulhado em contra corrente com ácido sulfúrico “diluído” para formar um mais concentrado.
SO3(g) + H2SO4(l) + H2O (l) → 2H2SO4(l)
Para uma absorção ideal, a pressão de vapor dentro do leito precisa ser o mais baixo possível, de maneira a descolocar o equilíbrio para fase líquida. Dessa maneira, é possível ter um produto de 99% de pureza no absorvedor final.
O absorvedor intermediário produz um ácido sulfúrico um pouco mais diluído, porém ainda de valor comercial. Ou mesmo pode ser usado na própria planta para secagem do ar diluído no absorvedor final.
Por último, ainda há um eliminador de névoa para condensar ácido sulfúrico vaporizado.
O gás residual do processo é neutralizado em meio básico com barrilha, cal ou soda e então liberado para atmosfera.
Produção a partir de ustulação
Esse processo é mais simples, porém só é economicamente viável para uma mineradora que tem como produto principal o minério, sendo o SO2 um subproduto.
A queima de minérios sulfetados gera não apenas SO2, mas outros gases junto, como NOx, CO2, CO e ar. Assim, é necessário tratar essa corrente antes de levar ao conversor.
O tratamento é feito inicialmente com uma lavagem alcalina (com soda geralmente) e após é usado um precipitador eletrostático. Por último, ainda é necessário uma torre de secagem com ácido sulfúrico para evitar levar umidade para o conversor. Por fim, o processo segue idêntico.
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Referências: material de processos inorgânicos Prof. Armando Cunha – UFRJ.
