L’acido solforico è uno dei composti più importanti prodotti dall’industria chimica. Viene usato per produrre centinaia di composti, necessari a quasi tutte le industrie.
Impieghi dell’acido solforico
La maggior parte dell’acido solforico prodotto viene usata per fare acido fosforico, usato a sua volta, per la produzione di fertilizzanti fosfatici, diidrogenofosfato di calcio e fosfati di ammonio.
Viene inoltre usato per produrre solfato di ammonio, un fertilizzante particolarmente importante in terreni con carenza di zolfo.
È ampiamente utilizzato nella lavorazione dei metalli, ad esempio nella produzione di rame, in quella di zinco; un altro esempio di impiego è per la pulizia della superficie della lamiera d’acciaio, nota come “decapaggio“, prima di essere rivestita con un sottile strato di stagno, prodotto destinato alla fabbricazione di lattine per alimenti.
L’acido solforico viene inoltre utilizzato per produrre caprolattame, poi trasformato in poliammide 6; è basilare nel processo produttivo del biossido di titanio, base costituente dell’omonimo pigmento.
Tra i suoi molti altri usi annoveriamo anche la produzione di acido fluoridrico e del fenolo con propanone, tutti destinati ad ulteriori lavorazioni in molte industrie.
Produzione Annuale di Acido Solforico
| Mondo | 231 milioni ton. |
| Cina | 74 milioni ton. |
| U.S. | 37 milioni ton. |
| India | 16 milioni ton. |
| Russia | 14 milioni ton. |
| Marocco | 7 milioni ton. |
Merchant Research & Consulting Ltd.
I dati si riferiscono al periodo 2011 – 2012. Si prevedeva che entro il 2012 la produzione mondiale sarebbe stata di oltre 250 milioni di tonnellate (mcgroup.com) e di 260 milioni di tonnellate entro il 2018 (marketsandmarkets.com) con una tendenza al rialzo prevista almeno fino al 2023 (transparencymarketresearch.com).
Produzione di acido solforico
Il processo di produzione dell’acido solforico consta di quattro fasi:
- estrazione dello zolfo
- conversione dello zolfo in anidride solforosa
- conversione del biossido di zolfo in triossido di zolfo
- conversione del triossido di zolfo in acido solforico
a) Estrazione dello zolfo
La fonte più importante da cui viene ricavato lo zolfo è la scoria di raffinazione degli idrocarburi (gas naturale e petrolio). Questi contengono composti di zolfo, sia organici che di idrogeno solforato, che devono essere entrambi rimossi prima di essere utilizzati come combustibili o materie prime chimiche.
Un’altra importante fonte da cui si ricava lo zolfo è l’anidride solforosa, generata dalla raffinazione di metalli. Molte scorie metalliche si presentano sotto forma di solfuri e vengono arrostite per formare ossido e anidride solforosa, ad esempio, nella produzione di piombo:
Altri metalli prodotti da scorie solforate sono il rame, il nichel e lo zinco.
Globalmente il 35% circa di zolfo si ottiene come anidride solforosa dall’arrostimento di scorie solforate e questo è in aumento, questo è in aumento, poiché le piante che tradizionalmente hanno passato l’anidride solforosa nell’atmosfera la stanno recuperando come acido solforico. In particolare, la Cina ricava la maggior parte del suo acido solforico dalle piriti, un minerale di solfuro di ferro.L’acido solforico si ottiene anche dal solfato di ammonio, un sottoprodotto nella produzione di poli(metil 2-metilpropenoato) e recuperato anche dall’acido solforico “spento” (cioè usato).
b) Conversione dello zolfo in anidride solforosa
Se lo zolfo è la materia prima, deve prima essere convertito in anidride solforosa. Lo zolfo fuso viene spruzzato in un forno e arrostito con un getto d’aria secca a circa 1300 K. Lo zolfo brucia con la caratteristica fiamma blu:
Quando si utilizza l’aria in eccesso, il gas emergente contiene circa il 10-12% di anidride solforosa e il 10% di ossigeno, in volume. I gas sono molto caldi e quindi vengono fatti passare attraverso scambiatori di calore (caldaie a calore residuo).
I gas vengono raffreddati a circa 700 K e l’acqua nel sistema tubazioni della caldaia circostante viene trasformata in vapore. Per ogni tonnellata di acido solforico prodotto, si produce anche una tonnellata di vapore ad alta pressione.
c) Conversione del biossido di zolfo in triossido di zolfo (processo di contatto)
Un impianto tipico contiene un serbatoio cilindrico che funge da reattore a letto fisso con quattro letti separati di catalizzazione, detto convertitore, riscaldato a 700 K, attraverso il quale passano anidride solforosa e aria:
Il catalizzatore, ossido di vanadio (V) su silice, è generalmente sotto forma di piccoli pellet, ai quali viene aggiunto solfato di cesio come promotore (Figura 2). La funzione del promotore è quella di abbassare il punto di fusione dell’ossido di vanadio (V) in modo che fonda a 700 K.
Tuttavia, una piccola quantità di anidride solforosa non viene convertita e viene fatta passare attraverso il quarto letto del catalizzatore e i gas risultanti, principalmente triossido di zolfo, passano allo stadio successivo. Schema di impianto fornito da Mike Sellars.
d) Conversione del triossido di zolfo in acido solforico
Il triossido di zolfo formatosi dal terzo letto (e la piccola quantità dal quarto letto) viene quindi convertito in acido solforico.
Il triossido di zolfo reagisce con l’acqua e la reazione può essere espressa come:
Tuttavia l’acqua stessa non può essere utilizzata per l’assorbimento per il grande aumento di temperatura, e si forma una nebbia di acido solforico, difficile da gestire. Al suo posto si utilizza acido solforico con una concentrazione di circa il 98%, mantenuto a questa concentrazione con l’aggiunta di acqua e la rimozione di acido a tale concentrazione.
Per mantenere la temperatura a circa 400 K, il calore viene rimosso dagli scambiatori di calore, Figura 4.
I gas non assorbiti contengono circa il 95% di azoto, il 5% di ossigeno e tracce di anidride solforosa. Il flusso di gas viene filtrato per rimuovere qualsiasi traccia di nebbia di acido solforico e viene restituito all’atmosfera utilizzando un camino.
Classificazione ed etichettatura
Classificazione armonizzata
Classificazione/Etichettaura | ||
Codice / i di classe e categoria di pericolo | Codici delle indicazioni di pericolo | Pittogrammi, codici di avvertenza |
Skin Corr. 1A | H314 | GHS05 |
Limiti di concentrazione specifici, fattori M, | Note |
Eye Irrit. 2; H319: 5 % ≤ C < 15 % | Nota B |
Avvertenze | Pittogrammi |
Pericolo |  corrosivo |
Ultimo aggiornamento 9 ottobre 2016
Edizione italiana a cura di Francesca Caprioli e Valter Ballantini 8 dicembre 2020
Foto in alto di Paweł Czerwiński su Unsplash