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Aug 30, 2023

Estrazione e raffinazione: zolfo

Quando pensi alla tavola periodica, alcuni elementi hanno semplicemente un'atmosfera del tutto non scientifica, ma comunque innegabile. I metalli preziosi come l’oro e l’argento sono esempi evidenti,

Quando pensi alla tavola periodica, alcuni elementi hanno semplicemente un'atmosfera del tutto non scientifica, ma comunque innegabile. I metalli preziosi come l'oro e l'argento ne sono un chiaro esempio, associati come sono sempre stati alla ricchezza dei re. Il rame e il ferro sono metalli robusti utilizzati dalla classe operaia, ciascuno degno di avere intere epoche di industria umana che portano il loro nome, con il silicio che ora costituisce la spina dorsale della nostra attuale era dell’informazione. Il carbonio costituisce la base chimica della vita stessa e alimenta quasi tutti gli sforzi umani, e nessuno di noi andrebbe molto lontano senza l’ossigeno.

Ma che dire dello zolfo? Nessuno sembra pensare molto al povero zolfo, e quando lo fa tende ad essere dispregiativo. Lo zolfo mette la puzza nelle uova marce, ci minaccia quando fuoriesce dalle bocche dei vulcani e può diventare una minaccia mortale se usato per produrre polvere da sparo. Lo zolfo sembra qualcosa di più associato ai processi nocivi e alle squallide fabbriche della prima rivoluzione industriale, non a una componente del nostro mondo moderno e ad alta tecnologia.

Eppure, nonostante la sua reputazione maleodorante e a bassa tecnologia, in realtà sono pochi i processi industriali che non dipendono in qualche modo da massicce quantità di zolfo. Lo zolfo è un ingrediente fondamentale nei processi che costituiscono il fondamento di quasi tutta l’industria, quindi la sua produzione è solitamente una questione di sicurezza nazionale ed economica, il che è strano considerando che quasi tutto lo zolfo che utilizziamo viene recuperato dagli scarti di altri processi industriali.

Lo zolfo è uno di quegli elementi notevolmente abbondanti nell'universo e, sebbene si presenti nel suo stato elementare, si trova più tipicamente come composto con qualcos'altro. Ciò è dovuto alla capacità dello zolfo di formare più di 30 allotropi, o forme diverse nello stesso stato fisico, e all'ampia gamma di reazioni chimiche a cui partecipa: c'è un solfuro o un solfato di quasi tutti gli altri elementi della tavola periodica, tranne per quei gas nobili altezzosi.

Sulla Terra, lo zolfo si trova solitamente nei minerali solforati, dove un atomo con carica positiva si lega con uno o più atomi di zolfo caricati negativamente. Gli esempi includono calcocite (solfuro di rame), galena (solfuro di piombo), cinabro (solfuro di mercurio) e pirite (solfuro di ferro). Sono comuni anche i solfati, dove lo zolfo e l'ossigeno si legano a un catione; il gesso utilizzato per realizzare pannelli in cartongesso e tubi in PVC è, ad esempio, solfato di calcio.

L'abbondanza di minerali solforati e solfati, e il fatto che generalmente qualunque cosa lo zolfo sia legato a questi minerali abbia un valore di per sé, significa che lo zolfo può essere recuperato come sottoprodotto delle operazioni di fusione, in particolare dalla fusione di piombo, rame, e minerali di zinco. Abbiamo trattato in modo approfondito la fusione del rame; il processo di base è lo stesso per la maggior parte della fusione dei minerali solforati e utilizza il calore per allontanare i solfuri. In tempi meno attenti all’ambiente, e quando c’erano altre fonti di zolfo più economiche, i gas di scarico carichi di zolfo venivano semplicemente scaricati, portando a una serie di reazioni nell’atmosfera che culminavano nella caduta di acido solforico dal cielo: la pioggia acida.

Tuttavia, il recupero dello zolfo dai gas di scarico delle fonderie rappresenta solo una piccola parte dell’attuale produzione di zolfo: attualmente solo il 7% circa negli Stati Uniti. La maggior parte della produzione di zolfo a livello mondiale proviene dalla raffinazione del petrolio o dalla produzione di gas naturale, dove i solfuri sono contaminanti che devono essere rimossi. La pulizia dei solfuri dai gas “acidi” – così chiamati perché sono sia acidi che maleodoranti grazie all’idrogeno solforato (H2S) – è il compito di un depuratore di ammine o dolcificante. I trattamenti amminici sono utilizzati in tutti i tipi di processi industriali; li abbiamo incontrati quando abbiamo discusso di come l'elio viene raffinato dal gas naturale. Il trattamento con ammine si basa sulla capacità delle soluzioni amminiche, come la monoetanolammina (MEA) e la dietanolammina (DEA), di reagire con i gas acidi, come H2S e CO2, e renderli più solubili nella soluzione di lavaggio che nel gas di processo. La soluzione di ammina ricca di solfuri viene quindi fatta bollire per eliminare i solfuri e rigenerare l'ammina per il riutilizzo. Il processo rende il gas acido in entrata sufficientemente pulito da poter essere rilasciato nell’atmosfera, oltre a fornire una fornitura di H2S, che può poi essere trasformato in zolfo elementare.