El Ácido Sulfúrico y el Proceso Siderúrgico

Ácido Sulfúrico

Introducción

El ácido sulfúrico es el producto químico de mayor producción a escala mundial, con una producción anual de 150 toneladas. Es un ácido fuerte, fijo y de bajo precio.

Propiedades

Propiedades Químicas

• Ácido: H₂SO₄(ac) ® HSO₄^–(ac) + H⁺  SO₄^2(ac) + 2H⁺
• Oxidante: Cu + H₂SO₄ ® CuSO₄ + SO₂ + H₂O
• Deshidratante: C₁₁H₂₂O₁₁(s) + H₂SO₄(l) ® C (s) + H₂O + H₂SO₄(ac)
• Sulfonante: CH₃C₆H₅(l) + H₂SO₄(l) ® CH₃C₆H₄SO₃H + H₂O

Usos

El ácido sulfúrico se utiliza en diversas industrias, incluyendo:

• Fertilizantes (68%)
• Refinación de petróleo (8%)
• Metalurgia (5%)
• Compuestos orgánicos (5%)
• Tratamiento de agua (2%)

Productos Químicos

Concentración

• Ácido de baterías: 33.5%
• Ácido para fertilizantes: 62.2%
• Reactivo: 98%

Pureza

• Técnico (fertilizantes, metalurgia)
• Puro (baterías, productos orgánicos)

Azufre: Método de Contacto

El método de contacto es el utilizado actualmente para producir ácido sulfúrico con una pureza del 98-99%. Consiste en la oxidación de SO₂ a SO₃ en una reacción catalítica heterogénea, con V₂O₅ como catalizador.

Etapas del Proceso

1. Depuración de gases de entrada
2. Reacción catalítica
3. Absorción de SO₃

Depuración de Gases

La depuración de gases es especialmente necesaria cuando el SO₂ proviene de la tostación de piritas. Las impurezas a eliminar incluyen polvo, As₂O₃, haluros y agua.

Reacción Catalítica

Las reacciones catalíticas que ocurren son:

• SO₄^2- + SO₃ ® S₂O₇^2-
• 2V⁵⁺ + O^2- + SO₂ ® SO₃ + 2V⁴⁺
• 2V⁴⁺ + ½O₂ ® 2V⁵⁺ + O^2-
• SO₂ + ½O₂ ® SO₃

Absorción de SO₃

La reacción de absorción es:

SO₃(g)+ H₂O(l) ® H₂SO₄(l) D Hº = -89 kJ/mol

El SO₃ se absorbe en ácido sulfúrico al 98% para evitar la ebullición de la solución debido al fuerte desprendimiento de calor.

Aspectos Ambientales

• Las emisiones de SO₂(g), SO₃(g) y vapor de H₂SO₄ representan los principales riesgos ambientales.
• Estas emisiones pueden contribuir a la lluvia ácida.
• La contaminación se mide como la cantidad de SO₂/SO₃ liberado a la atmósfera por unidad de producción de ácido sulfúrico.

Proceso Siderúrgico

Introducción

El proceso siderúrgico es la serie de pasos que transforman materias primas como el mineral de hierro y el carbón de coque en acero.

Acero

El acero es una aleación de hierro (Fe) y carbono (C).

Materias Primas

Mineral de Hierro

El mineral de hierro es una mena que contiene hierro, principalmente en forma de óxido, en proporción suficiente para ser una fuente comercialmente viable.

Principales Minerales de Hierro

• Hematita (Fe₂O₃): Óxido férrico con hasta un 70% de Fe.
• Limonita (Fe₂O₃.3H₂O): Óxido férrico hidratado con un 60% de Fe.
• Magnetita (Fe₃O₄): Óxido magnético con un 70% de Fe.
• Siderita (FeCO₃): Carbonato ferroso con un 48% de Fe.
• Pirita (FeS₂): Disulfuro de Fe, no se utiliza en la producción de acero.

Pellets

Los pellets son aglomerados esféricos de partículas finas de mineral de hierro mezclados con aglomerantes y aditivos, consolidados a altas temperaturas.

Carbón de Coque

La hulla es un tipo de carbón mineral que se utiliza para producir coque, que es un combustible utilizado en el alto horno.

Proceso de Reducción del Alto Horno

El proceso de reducción del alto horno es aquel mediante el cual se obtiene hierro metálico por reducción de minerales de hierro.

Alto Horno

El alto horno es un horno vertical que produce arrabio líquido, una solución de hierro con alto contenido en carbono e impurezas.

Proceso General de Obtención del Acero

1. Obtención de materias primas: Mineral de hierro y carbón de coque.
2. Coquización: Transformación del carbón en coque.
3. Alto horno: Reducción del mineral de hierro con coque para obtener arrabio líquido.
4. Acería: Reducción del contenido de carbono e impurezas del arrabio.
5. Afino: Adición de minerales y ferroaleaciones para obtener el tipo de acero deseado.
6. Colada continua: Solidificación del acero líquido en desbastes.
7. Laminación: Laminación en caliente (LAC) o en frío (LAF) de los desbastes.