IZVODLJIVOST DOBIJANJA RETKIH ELEMENATA I INDUSTRIJSKIH MATERJALA IZ TEHNOLOŠKOG OTPADA RTB-a BOR (Osamnaesti deo - IZVODLJIVOST DOBIJANJA SUMPORNE KISELINE IZ PIRITA)

II.3.1.4. Izvodljivost dobijanja  sumporne kiseline iz pirita

            Sumporna kiselina je najvažniji proizvod hemijske industrije, zbog čega spada u strateške materije. Proizvodnjom sumporne kiseline meri se industrijska aktivnost neke zemlje. Sumporna kiselina je uljasta tečnost bez boje i mirisa i vrlo je otrovna. Sa vodom se meša u svim odnosima uz oslobađanje velike količine toplote. Razara metale sa negativnim redoks potencijalom uz oslobađanje vodonika, dok bakar, živu i srebro razara uz oslobađanje SO₂. Liveno gvožđe pasivizuje, što omogućuje da se sumporna kiselina čuva i transportuje u gvozdenim rezervoarima. Spada u najjača oksidaciona sredstva, a u dodiru sa tkivom i kožom izaziva opekotine.

Sumporna kiselina ima veliku primenu u raznim oblastima za:

- proizvodnju veštačkih đubriva,

- proizvodnju raznih sulfatnih soli (naprimer: CuSO₄ x 5H₂O),

- proizvodnju veštačkih vlakana, eksploziva, hlorovodonika, mineralnih boja itd.,

- punjenje akumulatora,

- rafinaciju mineralnih ulja,

- odvijanje organskih procesa (nitrovanje, sulfoniranje, esterifikacija),

- dehidraciju,

- upotrebu u metalurškim procesima,

- upotrebu u galvanotehnici, itd.

Sumporna kiselina se proizvodi na dva načina:

- pomoću tornjeva (nitrozni postupak),

- kontaktnim postupkom.

Navedeni postupci se razlikuju u načinu oksidacije SO₂ i apsorpcije nastalog SO₃.

Kontaktni postupak se češće primenjuje zato što je ekonomičniji i omogučuje dobijanje 99,5 % - ne kiseline. Kod kontaktnog postupka, katalizator i reagensi su u različitim agregatnim stanjima (čvrsto i gasovito) pa se kataliza vrši na površini katalizatora - heterogena kataliza. Ovaj postupak je uveden početkom XX. veka, a naziv je dobio po tome što se SO₂ oksidiše vazdušnim kiseonikom u kontaktu sa površinom čvrstog katalizatora. Izvodljiva tehnološka šema proizvodnje sumporne kiseline prikazana je na sl. II.3.1.4.1.

Proces dobijanja sumporne kiseline počinje tako što se opran i pročišćen SO₂ gas (dobijen prženjem pirita) oksidiše kiseonikom iz vazduha (dodaje se u višku) u prisustvu katalizatora, prema sledećoj reakciji:

2 SO₂  +  O₂ =  2 SO_{3 ,} uz oslobađanje 94,5 KJ/mol toplote.

Na prinos reakcije utiču temperatura, pritisak i koncentracija reagujućih gasova. Primenjuje se optimalna temperatura procesa od 450 – 500 ⁰ C, pri kojoj je prinos SO₃ nešto ispod 100 %, ali je na toj temperaturi najveća brzina reakcije. Temperatura procesa ne treba da prelazi 620 ^oC. Za ubrzanje procesa konverzije upotrebljava se katalizator V₂O₅. Kao nosač katalizatora obično se koristi SiO₂.

Mehanizam delovanja katalizatora prikazan je sledećim reakcijama:

2 V₂O₅  + 2 SO₂  =  2VOSO₄  + V₂O₄

2 VOSO₄  + V₂O₄  =  2 V₂O₄  + 2 SO₃

2 V₂O₄  + O₂   =  2 V₂O₅

Katalizator vremenom gubi katalitičku aktivnost, pa se s’ vremena na vreme mora delimično ili potpuno zameniti. Oksidacija i apsorpcija odvijaju se u dva stepena. U prvom stepenu se po dostizanju konverzije od oko 90 % nastali SO₃ vodi na apsorpciju, a gas koji izlazi iz apsorbera vraća na konverziju u drugom stepenu. U proizvodnim uslovima SO₃ se apsorbuje u 98,6 % -tnoj sumpornoj kiselini. Apsorpcija se izvodi u dva apsorbera:

1.                  Oleumski apsorber (dobija se oleum) i

2.                  Monohidratni  apsorber (dobija se 99,5 % - na sumporna kiselina).

            Stepen apsorpcije SO₃ ne sme da bude manji od 99,95 %. Temperatura kiseline na izlazu iz apsorbera ne treba da je viša od 60 ^oC.

            Gasna smeša koja napušta apsorber sadrži oko 4 g/m³   SO₂  i oko 0,3 g/m³ SO₃, kao i sitne kapljice sumporne kiseline, zbog čega se vrši propuštanje gasa kroz toranj sa punjenjem (Na₂CO₃ za čišćenje SO₂, odnosno sa NH₄OH za čišćenje SO₃). Pre toga se uklanjaju kapljice H₂SO₄ pomoću „Rašidovih prstena“. Dobijeni rastvori H₂SO₄, NaHSO₄ i (NH₄)₂SO₄ se slivaju na dno odgovarajućeg tornja. Šema prečišćavanja izlaznog gasa prikazana je na sl. II.3.1.4.2.

Nenad Radulović