Ácido Sulfúrico – Aplicações
Da indústria química pesada ao seu automóvel
Neste artigo, faremos uma descrição mais detalhada das aplicações e dos desenvolvimentos e pesquisas em aplicações do ácido sulfúrico.
Artigo principal: Ácido sulfúrico
O mais útil dos produtos químicos
1.Fertilizantes
Aproximadamente 60 % do total mundial produzido de ácido sulfúrico é usado na produção por via úmida de ácido fosfórico destinado a produção de fertilizantes fosfatados e de trifosfato de sódio, componente de detergentes. Os fertilizantes a base de fósforo são obtidos a partir de rochas fosfáticas, principalmente as apatitas-hidroxiapatita, Ca5(PO4)3OH, e fluoroapatita, Ca5(PO4)3F, pelo tratamento com ácido sulfúrico.
Fertilizante fosfatado (static.howstuffworks.com).
1.1.Reação com a fluoroapatita
Embora possa apresentar variação de composição, a fluoroapatita é a matéria prima utilizada na reação a seguir, onde tal mineral é tratado com ácido sulfúrico na concentração aproximada de 93 %, formando primeiramente sulfato de cálcio, fluoreto de hidrogênio (HF) e ácido fosfórico. Remove-se o HF como ácido fluorossilícico, representando-se a globalidade das reações envolvidas como[1]:
Ca5(PO4)3F + 5 H2SO4 + 10 H2O → 5 CaSO4. 2H2O + HF + 3 H3PO4
O ácido fluorossilícico (H2SiF6) é um subproduto, o qual forma-se pela reação com minerais silicosos, pela seguinte reação[2]:
SiO2 + 6 HF → H2SiF6 + 2 H2O
1.2.Processo de produção de ácido fosfórico a úmido
O ácido fosfórico é um ácido industrial importante usado também na produção de fertilizantes e é também usado na produção de alimentos.
Rocha fosfática na forma de fluoroapatita é alimentada em uma série de reatores com ácido fosfórico reciclado do processo. A lama ácido fosfórico-fluoroapatita é misturada com ácido sulfúrico o qual é adicionado a série de reatores com um agende de lixiviação. Após completar-se a série de reatores, a corrente do processo é lavada com condensado de evaporador ao ser forçada através de um filtro. O “bolo” de filtragem é composto principalmente de gesso (carbonato de cálcio hidratado, CaSO4.2H2O). O produto ácido é concentrado a 75-100% por uma séries de evaporadores e então esfriado antes de seu armazenamento.
Reações do processo:
Ca3(PO4)2 + 4H3PO4→ 3Ca(H2PO4)2
3Ca(H2PO4)2 + 3H2SO4 + 6H2O → 3CaSO4 6H2O + 6H3PO4
As temperaturas da reação situam-se na faixa de 40°C (105 0F) a 80°C (175 0F), aproximadamente, decrescendo durante o processo.[3]
Métodos de produção de lantanídeos tem sido desenvolvidos a partir deste processo.[4] A lixiviação também possibilita a recuperação do urânio através da extração líquido-líquido.[5][6]
Para mais informações, veja nosso artigo: Ácido Fosfórico
Da metalurgia aos refrigerantes
2.Sulfato de amônio
Determinados fertilizantes ditos sulfatados, como o sulfato de amônio, são produzidos com o ácido sulfúrico como matéria prima, mas em quantidades menores que os fosfatados.
Pode-se produzir o sulfato de amônio pela reação de ácido sulfúrico com o amoníaco (hidróxido de amônio), que é a solução aquosa de amônia, resultando no hidóxido de amônio:
H2SO4 + 2 NH4OH → (NH4)2SO4 + 2 H2O
3.Sulfato de alumínio
O sulfato de alumínio é outro importante derivado do ácico sulfúrico. Este sal é usado na produção de papel, reagindo com pequenas quantidades de sabão em fibras de polpa de papel resultando em carboxilados de alumínio gelatinosos, auxiliando na coagulação das fibras formando o propriamente dito papel. O sulfato de alumínio encontra aplicação na produção de hidróxido de alumínio, utilizado para tratamento de água para a coagulação de impurezas. Obtem-se o sulfato de alumínio pelo tratamento do óxido de alumínio na forma do minério bauxita pelo ácido sulfúrico:
Al2O3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2O
4.Baterias
As baterias, ou acumuladores, de chumbo-ácido presente em veículos são recarregáveis e contêm como eletrólito o ácido sulfúrico. Baterias deste tipo são compostas de células com placas de chumbo-ácido. Cada célula da bateria produz 2 volts, e são usuais baterias de 6 células, correspondentes a 12 volts, e 12 células, correspondentes a 24 volts.
5.Decapagem de metais
O ácido sulfúrico possui ainda grande aplicação no tratamento de superfícies de metais, em metalurgia. Na decapagem de metais, mais e mais tem sido substituído pelo ácido clorídrico.[7][8] Antes de 1963, quase todo o aço era decapado com ácido sulfúrico.[7]
5.1.Questões práticas
As decapagens recomendadas com ácido sulfúrico são:
Para aço carbono: ácido sulfúrico em concentrações entre 10 e 20% em água e o tempo de decapagem depende da espessura da carepa ou ferrugem. O ácido sulfúrico é usado sob aquecimento. Possui as vantagens de ser mais econômico em seu consumo, ser de processo mais simples de regeneração, produzir menos vapores e odores e ser armazenável em tambores de ferro.[9]
A decapagem por ácido sulfúrico é utilizada principalmente para pré-decapagem de peças que contêm carepa ou pontos de solda. A concentração utilizada geralmente é de 20 a 30% a temperatura do banho de 50˚C para aceleração da reação. Para o caso de decapagens posteriores ao desengraxamento eletrolítico utilizam-se soluções diluídas de ácido sulfúrico (10-20%). Esta estapa de tratamento é recomendada ser a última e destina-se a verificar a qualidade do desengraxamento.[10]
Seu custo é decisivo em sua escolha, e porque é vendido em soluções mais concentradas que o ácido clorídrico (faixas de 90 contra 30%), embora exija tempos de operação maiores (estes tempos são relacionados à quantidade de ferrugem ou carepa a serem removidas).[9]
Para o ferro fundido é recomendado o ácido sulfúrico diluído com acréscimo de aditivos.[9]
O zinco é tratado à temperatura ambiente com ácido sulfúrico (ou clorídrico) em concentração de 3 a 10% acrescido de aditivos. Já para ligas de zinco contendo cobre e alumínio usa-se decapagem preliminar em mistura de ácido crômico e clorídrico e uma decapagem final em solução com alto teor de ácido crômico.[9]
Decapagem e anodização com ácido sulfúrico (www.lagalvanizing.com e www.arsenia.fr).
6.Outras aplicações
Ainda podem-se citar as seguintes aplicações massivas do ácido sulfúrico:
No refino de petróleo.
Como catalisador na reação do isobutano com isobutileno, resultando em iso-octano, um composto utiolizado no aumento da octanagem da gasolina.
Em diversas sulfonações específicas na indústria de derivados orgânicos.
Na fabricação do ácido clorídrico, em reação com o cloreto de sódio.
Como acidificante em banhos de galvanoplastia.
Na fabricação do nylon.
Na elaboração de matérias primas para detergentes.
Na fabricação de explosivos nitrados, como o trinitrotolueno.
Para mais informações, veja nosso artigo: Ácido Nítrico – Aplicações
Na fabricação de vários pigmentos e corantes, como na produção de dióxido de titânio a partir da ilmenita.[7]
Como catalisador ácido comum na conversão de ciclohexanona oxima em caprolactama.
Pode-se ainda citar que o ácido sulfúrico também é um ingrediente principal de alguns tipos de composições desentupidoras de encanamentos destinados especificamente a remover derivados de celulose, como papel, pedaços de tecido e outros materiais que não são atacados por soluções cáusticas, normalmente de hidróxido de sódio.
Desenvolve-se, pela reversibilidade da reação do trióxido de enxofre com a água, resultanto no ácido sulfúrico, a produção de hidrogênio por meio de aquecimento por reator nuclear, sem a produção de dióxido de carbono.[11]
Um esquema do equipamento é mostrado abaixo:
Reator para a produção nuclear de hidrogênio a partir do ácido sulfúrico.
(segundo ”jolisfukyu.tokai-sc.jaea.go.jp“)
O ácido sulfúrico também entra em processos de tratamento de efluentes e resíduos industriais e de produtos de consumo, especiamente se contendo metais pesados, como as sucatas eletrônicas.[12]
Como reagente analítico, em inúmeras análises qualitativas e quantitativas, incluindo titrações (volumetrias) específicas.
Curva de titração com ácido sulfúrico (www.titrations.info).
Referências
Obs: Ao ser realizada a transferência dos artigos do Google Knol para o Anottum, houve a perda parcial das referências deste artigo. Assim que possível, sua referenciação será recuperada e aprimorada. Contando com sua compreensão, grato.
Chapter 20 – The Representative Elements: Group 5A Through 8A
Dihydrogen hexafluorosilicate
Wet Method Phosphoric Acid Production
KOOPMAN C.; WITKAMP G. J. ; Extraction of lanthanides from the phosphoric acid production process to gain a purified gypsum and a valuable lanthanide by-product; Hydrometallurgy; 2000, vol. 58, no1, pp. 51-60
Bruno, J. B.; Santos, A. T.; Benedetto, J. S.; Resumos do VII Encontro Nacional de Tratamento de Minérios, Recife, Brasil, 1980.
Mishra, M. S.; Chakravortty, M.; Hydrometallurgy 1997, 44, 371.
SHREEVE, R. Norris, BRINK, Joseph A.; Indústrias de Processos Químicos; Guanabara Dois; Rio de Janeiro; 4a Ed; Rio de Janeiro; 1980.
Chem. Mark. Rep. 2 de junho de 1975.
Terada, A. et al., Development of Sulfuric Acid Decomposer for Thermochemical Hydrogen Production Is Process, Nippon Genshiryoku Gakkai Wabun Ronbunshi, vol.5, no.1, 2006, p.68-75 jolisfukyu.tokai-sc.jaea.go.jp
H. M. Veit, A. M. Bernardes; RECICLAGEM DE SUCATAS ELETRÔNICAS ATRAVÉS DA COMBINAÇÃO DE PROCESSOS MECÂNICOS E ELETROQUÍMICOS; 17º CBECIMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, 15 a 19 de Novembro de 2006, Foz do Iguaçu, PR, Brasil.
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Ver também nosso artigo:
Detalhes práticos do tratamento de metais e ligas com substâncias químicas.