Kontaktimenetelmä

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Kontaktimenetelmä eli kontaktiprosessi on teollinen menetelmä rikkihapon valmistamiseksi. Sen patentoi vuonna 1831 brittiläinen viinietikkakauppias Peregrine Phillips. Nykyään kontaktiprosessi ja sen muunnelmat ovat korvanneet aikaisemmin käytössä olleen lyijykammiomenetelmän, koska kontaktiprosessilla voidaan tuottaa huomattavasti väkevämpää rikkihappoa.

Menetelmä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Scheme of contact process-fi.svg

Kontaktimenetelmän ensimmäisessä vaiheessa tuotetaan rikkidioksidia, joko polttamalla rikkiä tai kuumentamalla rikkiä sisältäviä malmeja kuten pyriittiä, sinkkisulfidia tai lyijysulfidia.[1][2]

S + O2 → SO2
4 FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2

Seuraavaksi rikkidioksidikaasu kuivataan ja siitä poistetaan epäpuhtaudet, jotka voisivat haitata katalyytin toimintaa. Tärkein epäpuhtauksista on arseenitrioksidi, joka poistetaan rauta(III)hydroksidin avulla rauta-arseniittina.[3]

As2O3 + 2 Fe(OH)3 → 2 FeAsO3 + 3 H2O

Puhdistuksen jälkeen rikkidioksidi johdetaan kammioon, jossa se katalyytin avulla hapetetaan rikkitrioksidiksi. Phillipsin patentoimassa kontaktimenetelmässä katalyyttinä oli platina. Nykyään yleensä käytetään divanadiinipentoksidia, joka on halvempaa ja kestää paremmin epäpuhtauksia.[4] Reaktiokammiossa lämpötila on 400–450 °C ja paine on yhdestä kahteen ilmakehän painetta. Näissä olosuhteissa jopa 99,5 % rikkidioksidista hapettuu rikkitrioksidimolekyyleiksi.[1] Divanadiinipentaoksidi auttaa rikkidioksidin hapettumista pelkistymällä divanadiinitetraoksidiksi, joka reaktiokammion hapen vaikutuksesta hapettuu jälleen alkuperäiseen muotoonsa.[5]

SO2 + V2O5 → SO3 + V2O4
V2O4 + ½ O2 → V2O5

Kokonaisreaktio on eksoterminen ja voidaan kirjoittaa muodossa:

2 SO2 + O2 → 2 SO3, ΔH = -196 kJ/mol [1]

Rikkitrioksidia ei voi johtaa suoraan veteen, jolloin syntyisi rikkihappoa, koska reaktio on hyvin eksoterminen eli runsaasti lämpöä vapauttava rikkihappo haihtuisi höyryinä. Rikkitrioksidikaasu johdetaan sen sijaan väkevään rikkihappoliuokseen. Tällöin syntyy pyrorikkihappoa eli dirikkihappoa, joka tunnetaan myös savuavan rikkihapon tai oleumin nimellä. Pyrorikkihappo reagoi veden kanssa muodostaen rikkihappoa.[1][3]

H2SO4 + SO3 → H2S2O7
H2S2O7 + H2O → 2 H2SO4

Syntyvä erittäin väkevä rikkihappo laimennetaan käyttötarkoituksesta riippuen joko 98- tai 93-prosenttiseksi vesiliuokseksi. Lyijykammiomenetelmällä voidaan tuottaa vain huomattavasti laimeampaa rikkihappoa, jonka pitoisuus on korkeintaan 62–77 %.[2]

Phillipsin kontaktimenetelmä levisi käyttöön melko hitaasti melko pienen kysynnän vuoksi. Rikkihapon tarve kasvoi varsinkin Saksassa fosfaattilannoitteiden valmistuksen ja petrokemianteollisuuden lisääntymisen myötä. Vuonna 1875 perustettiin Freibergiin rikkihappoa kontaktimenetelmällä valmistava tehdas. 1880-luvun puoliväliin mennessä kontaktimenetelmän avulla valmistetun hapon määrä oli kasvanut nopeasti.[4]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d The Contact Process ChemGuide. Viitattu 15.7.2009. (englanniksi)
  2. a b Don M. Yost: Systematic Inorganic Chemistry, s. 333. READ BOOKS, 2007. Kirja Googlen teoshaussa (viitattu 15.7.2009). (englanniksi)
  3. a b SULPHURIC ACID (H2SO4) City Collegiate. Viitattu 15.7.2009. (englanniksi)
  4. a b David M. Kiefer: Sulfuric acid: Pumping up the volume ACS Publications. Viitattu 15.7.2009. (englanniksi)
  5. Pradyot Patnaik: Handbook of inorganic chemicals, s. 964. McGraw-Hill Professional, 2002. ISBN 9780070494398. Kirja Googlen teoshaussa (viitattu 15.7.2009). (englanniksi)