اسید سولفوریک چیست؟ مهم ترین کاربردهای آن کدام است؟

اسید سولفوریک که در گذشته با نام جوهر گوگرد خوانده می‌شد، اسیدی بسیار قوی است که با هر درصدی در آب حل می‌شود و فرمول شیمیایی آن  H₂SO₄ است. پی اچ (pH) این اسید ۰٫۵ می‌باشد. این ماده دارای مولکول‌های قطبی است که می‌توانند با یک‌دیگر پیوند هیدروژنی برقرار کنند. پس اسید سولفوریک مایعی است با نقطه جوش بالا و هم چنین یک مایع ویسکوز (دارای گران‌روی زیاد) محسوب می‌شود. همین شرایط مولکولی باعث می‌شوند که اسید سولفوریک به خوبی در آب حل شود و محلول‌های اسیدی مختلف تولید کند.

اسید سولفوریک اسیدی معدنی و بسیار قوی است که به­ طور طبیعی در گازهای خارج شده از آتشفشان وجود دارد و با هر درصدی در آب حل می­شود. واکنش آن با آب به شدت گرمازا است به­همین دلیل باید از اضافه کردن یک‌باره­ی آب به آن اجتناب کرد. اسید سولفوریک میل ترکیبی زیادی با آب دارد به ­طوری‌که در واکنش با سایر مواد، هیدروژن و اکسیژن آن‌ها را به صورت آب جدا می­کند. اسید سولفوریک خورنده است و قسمت عمده­ای از باران اسیدی را تشکیل می­دهد. قطرات آب به هنگام بارش با آلاینده­های کارخانه­ها و خودرو­ها که در هوا معلق هستند واکنش می­دهند و تولید اسید می­کنند. اسید سولفوریک با فلزات واکنش می­دهد و هر چه دما بالاتر رود میزان این واکنش بیشتر خواهد شد اما بر روی جیوه و سرب تاثیری ندارد. اسید سولفوریک در لیست مواد خطرناک قرار گرفته است.

کاربردهای اسید سولفوریک

عمده ترین کاربرد اسید سولفوریک در تهیه کود شیمیایی فسفاته می‌باشد. تولید کودهای شیمیایی ۶٠ درصد بازار مصرف اسید سولفوریک را به خود اختصاص داده است . صنایع معدنی و فلز ی نیز در حدود ۴ درصد بازار مصرف جهانی اسید سولفوریک را به خود اختصاص داده است. در ادامه موارد کاربرد اسید سولفوریک به تفکیک شرح داده شده است.

کودهای شیمیایی

نرخ رشد مصرف اسید سولفوریک در ساخت کودهای شیمیایی در آمریکا بین سالهای ۱۹۸۵ تا ۱۹۹۷ حدود ۲٫۲ درصد بوده است و این میزان در طی سال‌های ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۴ به حدود ۳٫۹ درصد رسیده است. اسید سولفوریک در تولید اسید فسفریک، کود سولفات آمونیوم و کود سوپرفسفات نرمال (ساده) به صورت مستقیم مصرف می گردد. اسید فسفریک خود ماده اولیه تولید کودهای مختلف فسفاته است.

الف) اسید فسفریک

بخش عمده اسید سولفوریک جهان جهت تولید اسید فسفریک از فرایند مرطوب (Wet Process) مورد استفاده قرار می‌گیرد. شایان ذکر است که در تولید اسید فسفریک کوره ای از اسید سولفوریک به عنوان ماده اولیه استفاده نمی‌شود. البته در سال‌های اخیر حجم بالای تولید اسید فسفریک از فرایند مرطوب موجب شده است تا اسید فسفریک تولید شده از این فرایند خالص‌سازی شده و علاوه بر تولید کودهای شیمیایی در صنایع دیگر نیز بجای اسید فسفریک کوره ای نیز مورد استفاده قرار گیرد. باتوجه به بالا بودن میزان تولید اسید فسفریک جهان از اسید سولفوریک، بازار اسید سولفوریک بسیار تحت تأثیر بازار جهانی اسید فسفریک و کودهای شیمیایی تولیدی از آن قرار دارد.

ب) کود سولفات آمونیم

بخشی از اسید سولفوریک جهان در تولید کود سولفات آمونیوم مصرف می گردد . در این فرایند از آمونیاک و اسیدسولفوریک استفاده می‌شود.

(پ)   کود سوپر فسفات نرمال(ساده

کود سوپر فسفات نرمال(NSP) از اضافه کردن اسید سولفوریک به سنگ فسفات تولید می شود. در این فرایند فسفات موجود در سنگ، به منوکلسیم فسفات منوهیدرات (Gypsum) تبدیل می‌شود. این ماده سبب می‌شود که کود سوپر فسفات نرمال کمترین میزان P2O5 را در بین کودهای فسفاته دارا باشد و لذا مصرف آن محدود می باشد.

ت) استفاده مستقیم از اسید سولفوریک

بخش اندکی از اسید سولفوریک مورد استفاده در صنایع کود شیمیایی نیز بطور مستقیم در مخلوط کودهای مایع مورد استفاده قرار میگیرد.

صنایع معدنی و فلزی

موارد کاربرد اسید سولفوریک در صنایع معدنی شامل استخراج مس، استخراج اورانیوم ، وانادیوم و شستشو و آماده سازی فلزی برای رنگ و پوشش است.

الف) استخراج فلزات مس، سرب و روی

استخراج و تغلیظ سنگ معدن حاوی مس، روی یا سرب غالبا با استفاده از اسید سولفوریک انجام می‌گردد.

ب) استخراج اورانیوم و وانادیوم

در اوایل دهه ١٩٨٠ حجم زیادی از اسید سولفوریک جهان صرف استخراج اورانیوم و محصول جانبی آن وانادیوم گردید . بعد از آن به علت اینکه فعالیتهای هسته ای محدود به قوانین سازمان ملل گردید ، میزان استفاده از اسید سولفوریک نیز در این زمینه رو به کاهش گذارد.

پ) صنایع فولاد و آهن

اسید سولفوریک به دو منظور در صنایع فولاد مورد استفاده قرار میگیرد.یکی بازیافت گازهای محتوی آمونیاک بوسیله اسید سولفوریک که منجر به تولید سولفات آمونیوم به عنوان محصول جانبی صنعت فولاد می گردد و دیگری رسوب زدایی توسط اسید (Pickling) که در این عملیات اکسیدهای فلزات، چربی‌ها و نمک‌ها و حتی زنگ آهن از روی سطح فولاد زدوده می شود.

 ت)سایر صنایع معدنی

اسید سولفوریک می تواند برای تصفیه سایر مواد معدنی نظیر سنگهای طلا و مس – نقره نیز مورد استفاده قرار گیرد. همچنین این اسید در تولید سولفات مس(کات کبود)، سولفات منگنز، سولفات نیکل، انواع سولفاتهای آهن ( زاج سبز و زاج سفید)، سولفات سدیم و سولفات روی کاربرد دارد . در تولید سولفات آلومینیوم از بوکسیت نیز اسید سولفوریک به میزان ۵/۰ کیلوگرم به ازای تولید یک کیلوگرم محصول مصرف می‌گردد.

سایر موارد مصرف

سایر موارد مصرف اسید سولفوریک در ادامه شرح داده شده است:

الف) سنتز مواد شیمیایی

در فرایند تولید مواد شیمیایی مختلفی از اسید سولفوریک استفاده می شود. این مواد عبارتند از:

• تولید متیل متاکریلات از روش استو سیانو هیدرین
• تولید کاپرولاکتام و تولید محصول جانبی سولفات آمونیوم
• اسید فلوریک از سنگ معدن فلوراسپار
• دی اکسید تیتانیوم از فرایند سولفات
• اکریلونیتریل از پروپیلن
• مواد منفجرهمانند نیتروگلیسرین، نیتروسلولز و نیتروبنزن
• تولید اسید کلریدریک از اسید سولفوریک و نمک طعام
• اسید کرومیک و بی کرومات ها
• اسید سیتریک از اسید سولفوریک و سیترات کلسیم
• اسید بوریک از اسید سولفوریک و بورات سدیم
• رزورسینول از بنزن
• فورفورال از پنتوسن و اسید سولفوریک
• ایزوپروپیل الکل و اتانول از اولفین ها
• فنل از کومن و اسید سولفوریک

 

ب) تصفیه روغن موتور

در فرایند تولید روغن موتور و تصفیه دوم روغنهای موتور کار کرده و همچنین در فرایند تولید گریس ازاسید سولفوریک استفاده می شود.

ج) تولید باتری های اتومبیل و آب باتری

اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت در باطری های اسیدی مورد استفاده قرار می گیرد. مورد مصرف این باتری ها در اتومبیل‌ها می‌باشد. اگرچه مقدار و غلظت اسید مورد نیاز برای هر باطری می تواند متفاوت باشد. واحد به ازای یک واحد سرب / اما نسبت میزان مصرف اسید به مصرف سرب در هر باطری ثابت و برابر ٢می‌باشد.

د) تصفیه آب ( water treatment)

اسید سولفوریک در تصفیه آب و پساب، در کنترل pH احیای رزین مبدل یونی جهت رسوب دهی یون ها و در نهایت تولید آب عاری از یون مورد استفاده قرار م ی گیرد. از اسید سولفوریک جهت افزایش pH آب تا ۶ و رسوب املاح آب استفاده می گردد . پالایشگاه ها، پتروشیمی ها و نیروگاه ها بزرگترین مراکز مصرف کننده آب بدون املاح هستند. لذا مصرف اسید سولفوریک آنها نیز قابل توجه است.

ه) سایر موارد کاربرد

اسید سولفوریک در صنایع مختلف دیگری نیز کاربرد دارد که عبارتند از :

• در کارخانجات سالامبور سازی جهت خیساندن پوست و زدودن چربی
• در صنعت چرمسازی برای زدودن چربی از چرم خام
• در واحدهای آماده سازی و ریسندگی و رنگ آمیزی پشم
• در صنعت لاستیک سازی جهت شستشو و کنترل pH
• در صنعت نساجی برای تثبیت رنگ پارچه و نخ و خنثی سازی
• در کارخانجات روغن نباتی جهت زدودن چربی از ماشین آلات و مهیا سازی تفاله دانه برای خوراک
• دام و طیور
• در برخی از واحدهای پودر و مایع شوینده جهت سولفوناسیون و تولید محلول چربی گیر و باز کننده
• لوله فاضلاب و شستشوی کاشی
• در صنعت کاغذ جهت کنترل pH و تصفیه کاغذ و زدودن ناخالصی های معدنی
• در صنعت تولید کلر در سلهای دیافراگمی جهت خشک کردن و آب گیری گاز کلر

اهمیت استراتژیک کالا

همانطور که ذکر شد، عمده کاربرد اسید سولفوریک در تولید کودهای فسفاته است. اهمیت استراتژیک اسید سولفوریک نیز در همین راستاست. با رشد روزافزون جمعیت جهان و محدودیت زمین های کشاورزی، میزان بهره وری و راندمان تولید محصول از خاک به ازای هر واحد، ضرورتا باید افزوده شود تا بتواند پاسخگوی رشد فزاینده جمعیت باشد. امروزه این کار دیگر با کودهای حیوانی انجام نمی شود. چرا که کودهای حیوانی تنها فیزیک خاک را تغییر می دهند و خاک را برای رشد آماده می کنند، اما از نظر مواد مغذی برای گیاه بسیار فقیر هستند. برای بالا بردن بهره وری خاک، استفاده از کودهای شیمیایی ضرورت شناخته شده ای است. همانطور که در بخش موارد کاربرد ذکر شد، اسید سولفوریک در تولید کودهای پر مصرف از جمله کودهای فسفاته و نیز کود سولفات آمونیوم مورد استفاده قرار می گیرد و در این کاربردها نیز قابل جایگزینی با ماده دیگری نیست ، از این نظر بسیار حائز اهمیت است.

سهم تولید اسید سولفوریک در هر یک از مناطق عمده جهان

 

• منبع اسید ایران