Zwavelzuur – bijtend bloed van de industrie

De constante vraag naar deze chemische stof bewijst hoe onmisbaar het is voor de wereldeconomie. H ₂ SO ₄ is het corrosieve bloed van de industrie, pulserend in talloze productie-installaties over de hele wereld. Het zwavelzuur wordt verwerkt door professionals die in verschillende industrieën actief zijn. Wetenschappers gebruiken het voor tal van onderzoeken en experimenten, en met zijn hulp doen studenten kennis op in chemische laboratoria. Tegenwoordig is het functioneren van de moderne economie moeilijk voor te stellen zonder zwavelzuur . Zijn eigenschappen maken het een onvervangbare grondstof en reagens, moeilijk te vervangen, zelfs door de meest innovatieve chemicaliën die door chemische fabrikanten op de markt worden gebracht.

Kenmerken en eigenschappen van H ₂ SO ₄

Zwavelzuur is een van de krachtigste minerale zuren. Het is een olieachtige, zware en kleurloze vloeistof met extreem sterke hygroscopische eigenschappen. In geconcentreerde vorm heeft het ook sterk oxiderende eigenschappen. Zwavelzuur lost in alle verhoudingen uitstekend op in water en geeft veel warmte af. Om deze reden is het bij het verdunnen absoluut belangrijk om het zuur in het water te gieten en niet andersom. Het is mogelijk om zwavelzuur te produceren , zelfs bij een concentratie van 99%, maar het verlies van zwaveloxide rond het kookpunt zorgt ervoor dat een azeotroop met 98,3%water wordt geproduceerd. Om deze reden wordt geconcentreerd zwavelzuur meestal opgeslagen in de vorm van een 98%-oplossing. Natuurlijk kan H ₂ SO ₄ in veel concentraties voorkomen. De meest gebruikte waterige oplossingen van zwavelzuur zijn:

– 10%- zogenaamd sterk verdund zwavelzuur , meestal gebruikt als dehydratatiemiddel, pH-regelaar en laboratoriumreagens,

– 29-32%- gebruikt in populaire loodzuuraccu’s,

– 62-70%- fungeert als het zogenaamde kunstmestzuur,

– 77-80%- gebruikt bij het verkrijgen van H ₂ SO ₄ door de kamermethode en gebruikt voor de productie van glauberzout, dwz natriumsulfaat (Na ₂ SO ₄ ),

– 98%- het eerder genoemde geconcentreerde zwavelzuur.

Bereiding van zwavelzuur

Industrieel wordt zwavelzuur verkregen door de contactmethode door oxidatie van zwaveldioxide, dat voornamelijk afkomstig is van de verbranding van zwavel of metaalsulfiden (bijv. pyriet). Het productieproces van zwavelzuur waarbij zwavel wordt gebruikt, kan in drie fasen worden verdeeld. De eerste hiervan betreft de productie van zwaveldioxide. Vervolgens wordt zwaveldioxide geoxideerd tot zwaveltrioxide. De laatste fase omvat de omzetting van zwaveloxide (VI) in zwavelzuur. Zwavelverbranding wordt uitgevoerd in een overmaat aan lucht om volledig te reageren bij een druk van ongeveer 0,5 MPa. Het hele proces wordt uitgevoerd bij een temperatuur van ongeveer 150 ^o C in tanks bekleed met een dikke laag vuur- en zuurbestendige baksteen. Gesmolten zwavel wordt gefilterd om onzuiverheden te verwijderen (het zijn voornamelijk ijzer en organische verbindingen). Vaak wordt ook kalk in het proces geïntroduceerd om de zuurgraad van gesmolten zwavel te verminderen, waardoor de corrosieve eigenschappen ervan worden beperkt. Gesmolten zwavel wordt naar de brander gepompt, waar het vervolgens wordt verbrand. Het mengsel van zwaveldioxide en lucht dat uit de brander komt, wordt vervolgens door een filter geleid en alle onzuiverheden worden verwijderd. In de volgende fase wordt zwaveldioxide omgezet in zwaveltrioxide door reactie met zuurstof in aanwezigheid van een katalysator. De algemeen gebruikte katalysator is _{vanadiumpentoxide} ( _V205 ), en als drager wordt gedispergeerd kaliumsulfaat gebruikt. De ondersteunende functie van deze katalysator is meestal gemaakt van silica of aluminosilicaten, die worden gekenmerkt door een zeer hoge porositeit, waardoor een groot oppervlak wordt verschaft om de reactie te laten verlopen. De snelheid van het proces is ook afhankelijk van de temperatuur. In de praktijk wordt het binnen ongeveer 500°C gehouden om een adequate reactiesnelheid met de hoogst mogelijke omzetting te verzekeren. De laatste stap in de productie van zwavelzuur omvat de absorptie van SO ₃ in geconcentreerd H ₂ SO ₄ of oleum, om de vorming van een moeilijk te condenseren zogenaamde zwavelzuurnevel te voorkomen. Zwavelzuur met een concentratie van 98%circuleert met een zodanige snelheid dat het nieuw geabsorbeerde SO ₃ een zeer kleine verhoging van zijn concentratie veroorzaakt. Het hele proces wordt uitgevoerd bij een temperatuur van ongeveer 70 ^o C, waardoor de S03 _– absorptie-efficiëntie wordt gemaximaliseerd. Bovendien wordt water aan de zuurtank toegevoegd om het zuur tot de juiste concentratie te verdunnen. De zwavelzuurstroom wordt continu afgevoerd en gekoeld door platenwarmtewisselaars voordat deze in opslagtanks wordt geplaatst. De totale omzetting van zwavel in zwavelzuur is ongeveer 99%.

Gebruik van zwavelzuur

Zwavelzuur is in veel industrieën van groot belang. Het hoogste verbruik van H ₂ SO ₄ wordt waargenomen in de kunstmestindustrie. Dit heeft vooral te maken met de productie van superfosfaten en ammoniumfosfaat en -sulfaat. Zwavelzuur is ook van groot belang voor de productie van andere zuren, zoals zoutzuur, salpeterzuur en fosforzuur. Het wordt ook gebruikt bij de productie van explosieven als een van de grondstoffen voor de productie van TNT. Op zijn beurt _{wordt H2SO4} in de petrochemische industrie vooral gebruikt voor het drogen van oliën, kerosine en paraffine. Het werkt ook als een katalysator bij de reactie om isooctaan te verkrijgen, dat een van de belangrijkste componenten van benzine is. Zwavelzuur wordt ook gebruikt in de mijnbouw en metallurgie, waar het wordt gebruikt in processen voor de verrijking van kopererts. H ₂ SO ₄ is ook een elektrolyt in populaire loodzuuraccu’s. Bovendien wordt zwavelzuur veel gebruikt in de wasmiddelenindustrie (bijv. bij de productie van natriumlaurylsulfaat) en in de cosmetica-industrie, waar het wordt gebruikt voor de productie van grondstoffen en halffabrikaten (bijv. zilvernitraat), als evenals waterstofperoxide of geurstoffen. Een dergelijke brede toepassing betekent dat het zonder zwavelzuur onmogelijk of eenvoudigweg onrendabel zou zijn om veel basale en uiterst belangrijke industriële processen uit te voeren.

Zwavelzuur in de PCC Group

PCC Rokita heeft een stabiele positie als leverancier van 77%zwavelzuur . H ₂ SO ₄ wordt geproduceerd in de Chloor Business Unit door middel van een contactmethode, wat een zeer hoge zuiverheid en herhaalbaarheid van het verkregen product garandeert. Het door de PCC-groep gepresenteerde zwavelzuuraanbod is in de eerste plaats gericht tot producenten van fosfaatmeststoffen, papier en glauberzout, namelijk natriumsulfaat (Na ₂ SO ₄ ). Dit laatste product kan ook worden gebruikt bij de productie van houtpulp, glas, kleurstoffen en wasmiddelen. Natriumsulfaat wordt ook in de geneeskunde gebruikt als laxeermiddel. Zwavelzuur is een grondstof die onmisbaar is in veel technologische processen en de zeer diverse markt staat aan de vooravond van vele uitdagingen. Bezorgdheid over nadelige milieueffecten kan de vraag naar deze populaire grondstof compenseren of zelfs verzwakken. Het is echter een feit dat H ₂ SO ₄ , ondanks dat het al jaren in de chemie aanwezig is, zijn populariteit niet verliest en nog steeds een van de meest noodzakelijke chemische grondstoffen is die op grote schaal in de industrie worden gebruikt.