La Industria del Azufre y sus Compuestos más Importantes
¿Qué es el Azufre?
El azufre es un elemento químico de número atómico 16 y símbolo “S” (del latín sulphur). En la naturaleza se encuentra en los tres estados: sólido, líquido y gaseoso, ya sea puro o en combinación con otros elementos. Es conocido por el hombre desde la antigüedad y posee un fuerte olor característico al combinarse con hidrógeno. Puede tener un color amarillento, amarronado o naranja; es blando, frágil, ligero, arde con llama de color azul, desprendiendo dióxido de azufre. Es insoluble en agua, pero se disuelve en disulfuro de carbono. Es multivalente, y son comunes los estados de oxidación -2, +2, +4 y +6. En todos los estados (sólido, líquido y gaseoso) presenta formas alotrópicas cuyas relaciones no son completamente conocidas.
Estado Natural
El azufre está bastamente distribuido en la naturaleza, ya sea como azufre libre o combinado. Existen depósitos de azufre libre o nativo, en sitios volcánicos. Igualmente, existen depósitos subterráneos muy importantes. Son relativamente abundantes los sulfuros metálicos, tales como la pirita FeS2, pirita cúprica o calcopirita CuFeS2, blenda de cinc o esfalerita ZnS, sulfuro de plomo o galena PbS; el cinabrio HgS; la estibina Sb2S3. También se encuentra combinado con otros elementos formando sulfatos como la baritina, BaSO4; la celestina SrSO4, y el yeso CaSO4·2H2O.
El azufre, a su vez, está presente en muchos compuestos orgánicos, en productos animales y vegetales: cebolla, ajo, mostaza, rábano silvestre, pelo, muchos aceites, huevos, proteínas, etc. El sulfuro de hidrógeno y sus productos de oxidación se encuentran en el agua de muchos manantiales sulfurosos. En estado libre se encuentra mezclado con rocas de yeso y pumita en zonas volcánicas, principalmente en Islandia, Sicilia, México y Japón, apareciendo a menudo como sublimados en las inmediaciones de orificios volcánicos. El azufre en estado libre puede formarse por la acción del aire sobre las piritas, o también depositarse por aguas sulfurosas calientes, en las cuales el sulfuro de hidrógeno se ha oxidado en contacto con la atmósfera.
En Venezuela, la principal fuente de azufre son las Piritas de Aroa, pero también a 5 km de El Pilar, en el Edo. Sucre, se encuentran yacimientos asociados a la fosa tectónica que domina el relieve local; también en Puerto Píritu, en Anzoátegui, y en Seboruco, en el estado Táchira, han sido localizados yacimientos de azufre. Por otra parte, gran cantidad del azufre producido en Venezuela procede de la desulfuración de los diferentes cortes o fracciones del petróleo para cumplir regulaciones ambientales.
Efectos del Azufre sobre la Salud
El azufre puede provocar irritaciones en los ojos, con gran ardor, y daños severos a los mismos, además de que sus efectos pueden durar varios días, todo depende del contacto que se haya hecho con el azufre; también afecta la garganta de los animales produciéndoles una especie de tos imparable, cuando el contacto tiene lugar a través de la inhalación del azufre en su fase gaseosa. Los efectos dañinos del azufre en el hombre y los animales son principalmente daños cerebrales, a través de un malfuncionamiento del hipotálamo, y perjuicios al sistema nervioso.
Existen experimentos de laboratorios con animales de prueba que han indicado que el azufre puede causar peligrosos daños vasculares en las venas del cerebro, corazón y riñones. También han indicado que ciertas formas del azufre pueden causar daños fetales y efectos congénitos. Las madres pueden incluso transmitirles envenenamiento por azufre a sus hijos a través de la leche materna. Por último, el azufre puede dañar los sistemas enzimáticos internos de los animales.
Efectos Ambientales del Azufre
La lluvia ácida es la principal consecuencia de la contaminación del aire. Cuando cualquier tipo de combustible se quema, diferentes productos químicos se liberan al aire. La lluvia siempre es ligeramente ácida, ya que se mezcla con óxidos de forma natural en el aire. La lluvia que se produce en lugares sin contaminación tiene un valor de pH de entre 5 y 6. Cuando el aire está contaminado con óxido de nitrógeno y dióxido de azufre la acidez puede aumentar a un valor pH de 3. La lluvia ácida tiene una gran cantidad de efectos nocivos en los ecosistemas y sobre los materiales. Al aumentar la acidez de las aguas de ríos y lagos, produce trastornos importantes en la vida acuática. Algunas especies de plantas y animales logran adaptarse a las nuevas condiciones para sobrevivir en la acidez del agua, pero otras no.
Camarones, caracoles y mejillones son las especies más afectadas por la acidificación acuática. Esta también tiene efectos negativos en peces como el salmón y las truchas. La acidez en el agua puede causar deformaciones en los peces jóvenes y puede evitar la eclosión de las huevas. La lluvia ácida también aumenta la acidez de los suelos, y esto origina cambios en la composición de los mismos, produciéndose la lixiviación de importantes nutrientes para las plantas (como el calcio) e infiltrando metales tóxicos, tales como el cadmio, níquel, manganeso, plomo, mercurio, que de esta forma se introducen también en las corrientes de agua.
La vegetación sufre no sólo las consecuencias del deterioro del suelo, sino también un daño directo por contacto que puede llegar a ocasionar en algunos casos la muerte de la especie.
Las construcciones históricas, que se hicieron con piedra caliza, experimentan también los efectos de la lluvia ácida. La piedra, al entrar en contacto con la lluvia ácida, reacciona y se transforma en yeso (que se disuelve con el agua con mucha facilidad). También los materiales metálicos se corroen a mucha mayor velocidad.
Procesos para la Obtención de Azufre
El azufre existe en forma elemental en depósitos subterráneos y se extrae mediante un procedimiento especial, conocido como proceso Frasch en honor a su inventor, Herman Frasch, un químico americano que lo desarrolló en 1891.
Se inyecta agua sobrecalentada (a una temperatura de alrededor de 165 ºC y 16 atm) en la roca subterránea que contiene azufre a través del tubo exterior de una sonda formada por tres tubos concéntricos. El azufre funde (PF = 119 ºC), formando una bolsa líquida. Se inyecta aire comprimido (a 20-25 atm) por el tubo más interno y la mezcla azufre-agua asciende por el tubo intermedio. El azufre así obtenido es muy puro (pureza del 99,5-99,9%) y no contiene impurezas de Selenio (Se), Telurio (Te) o Arsénico (As).
Aunque el proceso Frasch en sus días fue la principal fuente de azufre elemental, la situación es distinta ahora. Ello se debe a la necesidad de controlar las emisiones de azufre en las operaciones industriales. El H2S es una impureza frecuente en el petróleo y en el gas natural. El primer paso para la recuperación del S del gas natural consiste en la separación del H2S para lo cual se aprovechan sus propiedades ácidas. Se pasa el gas a través de una disolución acuosa de una base orgánica, donde el único gas retenido es el H2S. Este proceso se denomina endulzamiento de gas y consiste en dos etapas: absorción y regeneración.
- Absorción de gases ácidos: Es la parte del proceso donde se lleva a cabo la retención del ácido sulfhídrico y el dióxido de carbono de una corriente de gas natural amargo utilizando una solución acuosa de amina a baja temperatura y alta presión.
- Regeneración de la solución absorbente: Es el complemento del proceso donde se lleva a cabo la desorción de los compuestos ácidos, diluidos en la solución mediante la adición de calor a baja presión, reutilizando la solución en el mismo proceso.
Posteriormente, el gas rico en H2S es tratado en una unidad donde es obtenido el azufre, generalmente el proceso utilizado es el proceso Claus, el cual reduce el H2S a azufre elemental mediante un proceso en dos etapas:
2 H2S(g) + 2 O2(g) [CAT] → 1/8 S8(g) + SO2(g) + 2 H2O(g);
2 H2S(g) + SO2(g) → 3/8 S8(s) + 2 H2O(g); [cat] = Fe2O3 y Al2O3
Un reactor múltiple puede llegar a una conversión del 95-96%. Actualmente y debido a las restricciones impuestas por la legislación actual, respecto a los contaminantes del aire, ha sido posible elevar este porcentaje hasta el 99%.