Extracción y Refinación: Azufre

Cuando piensas en la tabla periódica, algunos elementos simplemente tienen una vibra completamente acientífica, pero innegable. Los metales preciosos como el oro y la plata son ejemplos obvios, asociados como siempre han estado con la riqueza de los reyes. El cobre y el hierro son metales resistentes de la clase obrera, cada uno digno de tener edades enteras de la industria humana con su nombre, y el silicio ahora forma la columna vertebral de nuestra era de la información actual. El carbono es la química de la vida misma y potencia casi todos los esfuerzos humanos, y ninguno de nosotros llegaría muy lejos sin oxígeno.

¿Pero qué pasa con el azufre? Nadie parece pensar mucho en el azufre pobre y, cuando lo hacen, tiende a ser despectivo. El azufre pone el hedor en los huevos podridos, nos amenaza cuando brota de la boca de los volcanes y puede convertirse en una amenaza mortal cuando se usa para hacer pólvora. El azufre parece estar más asociado con los procesos dañinos y las fábricas oscuras de la Revolución Industrial temprana, y no un componente de nuestro mundo moderno de alta tecnología.

Y, sin embargo, a pesar de su reputación apestosa y tosca, en realidad hay pocos procesos industriales que no dependan de alguna manera de cantidades masivas de azufre. El azufre es un ingrediente esencial en los procesos que forman la base de casi todas las industrias, por lo que su producción suele ser un asunto de seguridad nacional y económica, lo cual resulta extraño teniendo en cuenta que casi todo el azufre que utilizamos se recupera de residuos de otros procesos industriales. .

El azufre es uno de esos elementos que abunda notablemente en el universo y, aunque se presenta en su estado elemental, se encuentra más comúnmente como un compuesto con otra cosa. Esto se debe a la capacidad del azufre para formar más de 30 alótropos, o diferentes formas en el mismo estado físico, y la amplia gama de reacciones químicas en las que participa: hay un sulfuro o sulfato de casi todos los demás elementos de la tabla periódica, excepto por esos pretenciosos gases nobles.

En la Tierra, el azufre se encuentra típicamente en minerales de sulfuro, donde un átomo con carga positiva se une a uno o más átomos de azufre con carga negativa. Los ejemplos incluyen calcocita (sulfuro de cobre), galena (sulfuro de plomo), cinabrio (sulfuro de mercurio) y pirita (sulfuro de hierro). Los sulfatos, donde el azufre y el oxígeno se unen a un catión, también son comunes; el yeso que se usa para fabricar placas de yeso y tuberías de PVC es el sulfato de calcio, por ejemplo.

La abundancia de minerales de sulfuro y sulfato, y el hecho de que, en general, todo lo que contiene azufre en estos minerales es valioso por derecho propio, significa que el azufre se puede recuperar como un subproducto de las operaciones de fundición, en particular de la fundición de minerales de plomo, cobre y zinc. Hemos cubierto la fundición de cobre en profundidad; el proceso básico es el mismo para la mayoría de las fundiciones de minerales de sulfuro y utiliza calor para expulsar los sulfuros. En épocas menos respetuosas con el medio ambiente, y cuando había otras fuentes de azufre más baratas, los gases de combustión cargados de azufre simplemente se ventilaban, lo que provocaba una serie de reacciones en la atmósfera que culminaban con la caída de ácido sulfúrico del cielo: lluvia ácida.

Sin embargo, la recuperación de azufre de los gases de combustión de las fundiciones es solo una pequeña fracción de la producción actual de azufre: solo alrededor del 7 % en los Estados Unidos en la actualidad. La mayor parte de la producción mundial de azufre proviene de la refinación de petróleo o la producción de gas natural, donde los sulfuros son contaminantes que deben eliminarse. Limpiar los sulfuros de los gases "agrios", llamados así porque son ácidos y malolientes gracias al sulfuro de hidrógeno (H2S), es el trabajo de un tratamiento con amina o edulcorante. Los agentes de tratamiento de amina se utilizan en todo tipo de procesos industriales; los encontramos cuando discutimos cómo se refina el helio a partir del gas natural. El tratamiento con amina se basa en la capacidad de las soluciones de amina, como la monoetanolamina (MEA) y la dietanolamina (DEA), para reaccionar con gases ácidos, como H2S y CO2, y hacerlos más solubles en la solución de lavado que en el gas de proceso. La solución de amina rica en sulfuro luego se hierve para eliminar los sulfuros y regenerar la amina para su reutilización. El proceso hace que el gas amargo entrante sea lo suficientemente limpio como para ser liberado a la atmósfera, junto con un suministro de H2S, que luego puede transformarse en azufre elemental.

El sulfuro de hidrógeno extraído del gas amargo es altamente tóxico para los humanos y particularmente peligroso porque, en concentraciones suficientemente altas, paraliza los nervios olfativos; las personas que se exponen a él durante unos minutos creen que el gas se ha dispersado y que el peligro ha pasado porque ya no sienten el olor a huevo podrido. Aunque tiene algunos usos industriales, la mayor parte del sulfuro de hidrógeno se convierte en azufre elemental, que es mucho más fácil...