1. RECURSOS NATURALES INORGNICOSEl azufre es uno de los materiales ms importantes y bsicos en la industria de los procesos qumicos. En la naturaleza existe en estado libre, y combinado en minerales como la pirita (FeS2), la esfalerita o blenda (ZnS) y la calcopirita (CuFeS2). Tambin es un constituyente importante del petrleo y del gas natural.Azufre elementalEl azufre se halla muy difundido en la naturaleza y constituye el 0,03% de la corteza terrestre. Como sustancia simple se encuentra en las regiones volcnicas de Islandia, Sicilia, Mxico, Japn y en extensos depsitos subterrneos de Louisiana y Texas.El azufre elemental fue ampliamente utilizado para la produccin de cido sulfrico desde el ao 1914, gracias al desarrollo del Proceso Frasch.Sulfuros metlicosLos sulfuros metalicos, SxM, constituyen una materia prima de excepcional importancia en la industria metalrgica, ya que son empleados para la recuperacin del metal presente en el mineral mediante el proceso de tostacin. Entre los ms importantes se encuentran:

METAL FRMULA DENOMINACIN % S

Hierro FeS2 Pirita 53,3

FeS Pirrotita 36,7

Zinc ZnS Blenda 32,9

Plomo PbS Galena 13,4

Mercurio HgS Cinabrio 13,8

Cobre Cu2S Calcosina 20,2

CuS Covellita 33,6

Cobre - Hierro CuFeS2 Calcopirita 34,9

Cu3FeS3 Bornita 28,1

Arsnico - Hierro AsFeS Mispiquel 19,7

En este trabajo se utilizar como materia prima a la pirita.

2. DEFINICIN OPERACIONAL DEL PROCESO DE OBTENCIN DE CIDO SULFRICO

3. PROPIEDADES DE LA PIRITA

Propiedades fsicas

ColorAmarillo latn

Color de la rayaGris - Pardo- Negro verdoso

BrilloMetlico

Dureza6-6.5 Mohs (Duro, no se raya con pa de acero)

Densidad5.1 g/cm3

Estructura CristalinaCbica

ndice de refraccinVara entre 1,50 - 1,68

Propiedades qumicas

Nombre IUPACDisulfuro de hierro

Peso molecular119.97 g/g-mol

ComposicinAzufre: 53.45 %

Hierro: 46.55 %

ReactividadInsoluble en cido clorhdrico, pero en polvo es soluble en cido ntrico.

Sustituciones isomrficasEl Arsnico (As) el Antimonio (Sb) y el Nique pueden entrar en la red formndose , en el caso de este ltimo la serie cuyos trminos son alBravoitaS(NiFe) y laVaesita( S2Ni)

OtrosDesde el punto de vista geoqumico este mineral contiene atomos de azufre unidos estrechamente de dos en dos, que junto con los atomos de hierro forman un enlace estructural muy semejante al que se encuentra en el cloruro de sodio.

Propiedades ambientales

Su gnesis puede ser muy variada:

Aparece asociado a rocas sedimentarias (Caravaca, Molina de Segura, Archena, Jumilla, etc.), metamrficas y volcnicas.

En yacimientos hidrotermales relacionados con volcanismo negeno, junto agalenayblenda(La Unin, Cartagena, Mazarrn, guilas, etc.).

Asociada a rocas gneas bsicas, junto con magnetita(Cehegn).

En rocas meta somticas, como producto de segregacin magmtica, diseminada en rocas plutnicas, etc.

La pirita se forma tanto en ambientes sedimentarios como gneos, y para diferenciar esto, se recurren a anlisis isotpicos de 32S/34Sque nos indican segn esta relacin su origen externo o interno.

Propiedades termodinmicas

Capacidad Calorfica (cal/mol)Rango de temperaturas(K)

Cp=10.7 + 0.01336*T273 773

Calor de formacin (Kcal/mol)Energa libre (Kcal/mol)

Hf = -38.62G = -35.93

4. DESCRIPCIN DE LOS DIFERENTES MTODOS PARA LA PRODUCCIN DE CIDO SULFRICOEl cido sulfrico junto con el cido ntrico y cido clorhdrico fueron materias familiares a los alquimistas, as pues, en el siglo XV, Valentinus describi por primera vez la preparacin de cido sulfrico, quemando azufre con salitre.En el siglo XVIII el cido sulfrico comenz a utilizarse en la fabricacin de diversos productos, por lo cual, el qumico francs Jean Antoine Chaptal comprendi la necesidad de producirlo a gran escala y estableci la primera fbrica comercial de cido sulfrico en Montpellier, Francia.

Mtodo de las Cmaras de PlomoEn 1746, John Roebuck (1718 - 1794) de Birmingham, Inglaterra, introdujo el proceso de obtener cido sulfrico en una cmara de plomo de planta cuadrada de 1,8 m de lado. Aos despus, en 1793, Clement y Desormes demostraron que la oxidacin de SO2 que lo convierte en SO3 se realiza por la accin del oxgeno, y que los xidos de nitrgeno no desempean en ella ms que un papel de intermediario. En 1830, Gay-Lussac enseno la manera de recuperar los xidos de nitrgeno que se desprenden en la fabricacin de sulfrico en las cmaras de plomo, por simple absorcin de estos gases por el cido sulfrico; pero, este mtodo de gran importancia, y que dio lugar a la construccin de las torres de Gay-Lussac, no hall una aplicacin general hasta treinta aos ms tarde, cuando en 1860 construyo Glover la primera de las torres que llevan su nombre, con cuya invencin la fabricacin de cido sulfrico adquiri las caractersticas de un proceso cclico.Siendo el mtodo de cmaras de plomo, el primer proceso para la fabricacin en gran escala de cido sulfrico; ste se basa en que el dixido de azufre purificado se oxida a cido sulfrico con ayuda de gases nitrosos, que actan como transportadores de oxgeno, y en presencia de agua:

El transcurso del procedimiento es el siguiente:Los gases que contienen SO2 y aire, provenientes de la tostacin de piritas, combustion de azufre u otras fuentes, ingresan por el fondo de una torre de absorcin, con relleno de ladrillos o tejas resistentes a los cidos (Torre de Glover) y por el tope de la misma, la mezcla de gases a unos 400C reciben una lluvia fina de cido ntrico, cido sulfrico diluido proveniente de las cmaras de plomo y una mezcla llamada antiguamente nitrosa (cido sulfrico concentrado con xidos de nitrgeno disueltos en forma de cido nitrosilsulfrico, SO3(OH)(ONO), procedente de la base de la torre de Gay-Lussac.El dixido de azufre, los xidos de nitrgeno, el aire y el vapor de agua que salen de la torre de Glover a 90 - 100 C ingresan a las cmaras revestidas interiormente de plomo donde reaccionan para formar cido nitrosilsulfrico. Esta reaccin es exotrmica y genera un gradiente de temperaturas con los valores ms altos en el centro de cada cmara.

Parte del cido nitrosilsulfrico se hidroliza en contacto con las paredes ms fras por accin del exceso de agua que cae como fina lluvia desde lo alto de la cmara. Si no hay suficiente cantidad de agua, el cido nitrosilsulfrico se deposita como cristales blancos llamados cristales de cmara.Los procesos de formacin e hidrlisis del cido nitrosilsulfrico, continan producindose en las cmaras de plomo hasta que en la ltima cmara se haya agotado el dixido de azufre. El cido sulfrico diluido, que se deposita en el fondo de las cmaras, es bombeado a la torre de Glover.Los xidos de nitrgeno, conjuntamente con el nitrgeno provenientes del aire que ingreso al proceso, pasan a la torre de Gay-Lussac que esta revestida interiormente con plomo y rellena con material resistente a los cidos. Desde la parte superior de esta torre cae una fina lluvia de cido sulfrico concentrado que proviene de la torre de Glover. Este acido disuelve los xidos de nitrgeno formando la nitrosa que es bombeada a la parte superior de la torre de Glover. El nitrgeno y una pequea concentracin de xidos de nitrgeno escapan por la chimenea. Adems de los xidos de nitrgeno que escapan por la chimenea, una pequea proporcin es reducida por el SO2 y se transforma en xido nitroso que carece de accin cataltica.

Para compensar estas prdidas, se agrega cido ntrico por la parte superior de la torre de Glover. El calor de los gases de entrada vaporiza el cido ntrico que, al reaccionar con el SO2 entrante, produce cido sulfrico y los xidos de nitrgeno que tienen actividad cataltica.

El cido sulfrico que sale por la parte inferior de la torre de Glover tiene una concentracin del 60 - 65% y se concentra por evaporacin, debido a la alta temperatura existente en la torre, para dar un cido de hasta el 78%. Una parte de este cido concentrado se bombea hacia lo alto de la torre de Gay-Lussac.

Fig. 1. Esquema de una planta de cido sulfrico que opera por el mtodo de las cmaras de plomo (Fuente: Katz, M. 2011. Materiales y materias primas: Azufre. Ministerio de Educacin. Buenos Aires. Argentina)Este mtodo ha cado completamente en desuso, pero se ha desarrollado una variante del mismo llamado MLCP (Modified Lead Chamber Process) que se emplea cuando la concentracin del SO2 es muy baja (menor que 0,6%).

Mtodos De Contacto

Contacto simpleEn estos procesos, los gases que contienen SO2 y que han sido cuidadosamente limpiados y secados se oxidan a trixido de azufre en presencia de catalizadores conteniendo lcalis y xidos de vanadio. El SO3, as producido, se absorbe en cido sulfrico concentrado en torres de absorcin y se combina con el agua existente en el cido absorbente. En algunas plantas, antes de entrar a la torre de absorcin con cido sulfrico, el SO3 se hace pasar por un absorbedor conteniendo leum. El cido absorbente se mantiene a una concentracin aproximada del 98% en peso mediante la adicin de agua o de cido diluido.El proceso de contacto simple se usa generalmente con un contenido de SO2 en los gases de entrada del 3 al 10% en volumen. En las plantas nuevas, el promedio diario de eficiencia de conversin es de alrededor del 98,5% y mediante la implementacin de algunas mejoras, y el uso de catalizadores activados con cesio (como sulfato), puede alcanzar el 99,1%.

Contacto doble o de doble absorcin o de doble catlisisMtodos de doble contacto bajo presin

Vimos que en las plantas que operan por contacto simple, el SO3 se absorbe en una sola etapa, mientras que en las plantas que operan por contacto doble, el SO3 se absorbe en dos etapas diferentes del proceso.

Mtodos de contacto hmedo Por accin de NOx

5. DESCRIPCIN DEL PROCESO PRINCIPAL

El mtodo elegido para la obtencin de cido sulfrico, a partir de Pirita (FeS2) es: Mtodo de contacto de doble absorcin.

5.1. Tostacin de la Pirita

La pirita, pulverizada, se quema en presencia de aire a temperaturas cercanas a 1000 C y se produce SO2 y xidos de hierro. El SO2 producido se encuentra contaminado con polvos y humedad. Esta corriente de gas se hace pasar por un separador ciclnico para remover artculos gruesos con una eficiencia del 90%. La descarga inferior del cicln se recircula a la planta de tostacin de piritas, mientras que los gases se dirigen al lavador Venturi para retirar las impurezas de nquel, cobalto, cobre, zinc, arsnico y mercurio por medio de la adicin de cido sulfrico en solucin acuosa en concentraciones cercanas al 30% en masa. El lquido de lavado se recircula para acumular las impurezas slidas en un tanque decantador. Como paso previo al precipitador electrosttico el gas se enfra en un eliminador de gotas operando con recirculacin de condensados para balancear las perdidas por vaporizacin. El gas fro parcialmente purificado pasa a dos precipitadores electrostticos hmedos para asegurar que los cidos fluorhdrico y clorhdrico no lleguen a la planta de produccin de cido sulfrico.

El gas limpio se alimenta a un convertidor cataltico de cuatro lechos, con catalizador de pentxido de vanadio, en el cual se logra una conversin de 99.5% mol de dixido de azufre. El remanente que no reacciona se descarga a la atmsfera.

El gas de salida del segundo lecho del convertidor cataltico se enva a un sistema de enfriadores para posteriormente dirigirse a la primera columna de absorcin. Despus de haber pasado

Los gases que salen de los intercambiadores de calor conteniendo SO3 y SO2 son enviados a una torre de absorcin donde, en contacto con el agua del acido sulfrico, el SO3 se convierte en acido. El calor liberado en esta etapa se aprovecha haciendo pasar el acido a travs de un enfriador. De esta torre de absorcin intermedia se puede obtener un acido de 98 - 99% que se puede almacenar o convertir en leum por el agregado de SO3. Por la parte superior de esta torre sale el SO2 y una niebla cida. Esta ltima se retiene como lquido hacindola pasar por un precipitador electrosttico. Los gases que salen del eliminador de niebla se hacen pasar por un sistema para la reduccin de emisiones y escapan finalmente por la chimenea.

Los gases que salen convertidor cataltico en conjunto con la corriente de H2SO4 del absorbedor intermedio se hacen pasar por un lavador Venturi para precipitar las partculas finas de pentxido de vanadio generados en el convertidor, con el fin de evitar la contaminacin del producto y taponamientos en la columna de absorcin final.

Absorcin de SO3

6. DIAGRAMA DE FLUJO7. DIAGRAMA DE BLOQUES

8. MODELO Y/O REACCIONES QUMICAS ESPECFICAS

1 Tostacin

2FeS2 + 11/2O2 Fe2O3 + 4SO2 + 411.1 Kcal

3FeS2 + 8O2 Fe3O4 + 6SO2 + 585.8 Kcal2 ConvertidorSO2(g) + O2(g) SO3(g) H = -95.5 kJ/mol3 AbsorcinSO3(g)+ H2O(l) H2SO4(l) H = -89 kJ/mol

9. REACCIONES QUMICAS GENERALESDERIVADAS DE LAS ESPECFICAS

10. PRECISAR LAS CONDICIONES DE PROCESO, CUANTIFICANDO LAS VARIABLES DE T, P, S, H.11. ESQUEMATIZAR EL MECANISMO DE REACCIN12. TECNOLOGIA DE PURIFICACIN DEL PRODUCTO PRINCIPAL A OBTENER13. CINETICA Y TERMOQUIMICA DE LA REACCIN PRINCIPAL14. IMPACTO AMBIENTAL 15. APLICACIN 16. CASO PROBLEMATICOS17.