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.

1. Chapter 20 – The Representative Elements: Group 5A Through 8A

2. berkeley.peralta.edu

3. Dihydrogen hexafluorosilicate

4. www.absoluteastronomy.com

5. Wet Method Phosphoric Acid Production

6. www.cheresources.com

7. 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

8. cat.inist.fr

9. Bruno, J. B.; Santos, A. T.; Benedetto, J. S.; Resumos do VII Encontro Nacional de Tratamento de Minérios, Recife, Brasil, 1980.

10. Mishra, M. S.; Chakravortty, M.; Hydrometallurgy 1997, 44, 371.

11. SHREEVE, R. Norris, BRINK, Joseph A.; Indústrias de Processos Químicos; Guanabara Dois; Rio de Janeiro; 4a Ed; Rio de Janeiro; 1980.

12. Chem. Mark. Rep. 2 de junho de 1975.

13. 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

14. jolisfukyu.tokai-sc.jaea.go.jp

15. 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.

16. www.metallum.com.br

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Decapagem Química

Detalhes práticos do tratamento de metais e ligas com substâncias químicas.