Soufre de chaux

La réaction chimique exacte conduisant à la synthèse du soufre de chaux est mal connue et s’écrit généralement comme suit:

Ca (OH)
2 + x S → sous−produits CaSx+ (S
2O2−
3, SO2−
3, SO2-
4) où la valeur x = 2-8 et x se trouve souvent autour de 5, calcium pentasulfure, un polysulfure

tel que rapporté dans un document du département américain de l’Agriculture (USDA).

Cette réaction vague est déroutante car elle implique la réduction du soufre élémentaire et aucun réducteur n’apparaît dans l’équation mentionnée ci-dessus alors que les produits d’oxydation du soufre sont également mentionnés. Le pH initial de la solution imposé par la chaux hydratée peu soluble est alcalin (pH = 12,5) tandis que le pH final est compris entre 11 et 12, typique des sulfures qui sont également des bases fortes.

Cependant, le soufre élémentaire peut subir une réaction de dismutation, également appelée dismutation. La réaction ci-dessus ressemble à une réaction de disproportion. La réaction de comproportion inverse est la réaction qui se produit dans le procédé Claus utilisé pour la désulfuration des produits bruts pétroliers et gaziers dans l’industrie du raffinage.

Procédé Claus :

2 H2S + 3 O2 → 2 SO2 + 2 H2O 4 H2S + 2 SO2 → 3 S2 + 4 H2O

En réécrivant la dernière réaction dans le sens inverse, on obtient une réaction cohérente avec ce qui est observé dans la réaction globale du soufre de chaux :

3 S2 + 4 H2O → 4 H2S + 2 SO2

En conditions alcalines, on obtient:

3 S2 + 4 H2O + 12 OH- → 4 S2- + 2 SO32- + 10 H2O

et après simplification, ou plus exactement recyclage, des molécules d’eau dans la réaction ci-dessus :

3 S2 + 12 OH- → 4 S2- + 2 SO32- + 6 H2O

en ajoutant 6 cations Ca2+ de la chaux hydratée pour des raisons d’électroneutralité, on obtient la réaction globale.

Réaction au soufre de la chaux :

3 S2 + 6 Ca(OH) 2 → 4 CaS + 2 CaSO3 + 6 H2O

Cette dernière réaction est cohérente avec la réaction globale au soufre de la chaux mentionnée dans le document de l’USDA. Cependant, il ne rend pas compte de tous les détails, a.o., la production de thiosulfate et de sulfate parmi les produits finaux de la réaction. En attendant, il s’agit d’une bonne approximation du premier ordre et elle met utilement en évidence le schéma de réaction globale du soufre de la chaux car la chimie des formes réduites ou partiellement oxydées du soufre est particulièrement complexe et toutes les étapes intermédiaires ou mécanismes impliqués sont difficiles à démêler. De plus, une fois exposé à l’oxygène atmosphérique et à l’activité microbienne, le système de soufre de la chaux subira une oxydation rapide et ses différents produits continueront d’évoluer et d’entrer enfin dans le cycle naturel du soufre.

La présence de thiosulfate dans la réaction du soufre de la chaux peut être expliquée par la réaction entre le sulfite et le soufre élémentaire (ou avec le sulfure et les polysulfures) et celle du sulfate par l’oxydation complète du sulfite ou du thiosulfate suivant un schéma réactionnel plus complexe. Plus d’informations sur la production de thiosulfate de calcium ont été décrites dans un brevet déposé par Hajjatie et al. (2006).

Hajjatie et al. (2006) ont écrit la réaction du soufre dans la chaux de différentes manières en fonction du degré de polymérisation des polysulfures de calcium, mais la réaction suivante est probablement la plus simple de leur série:

3 Ca (OH)
2 + 6 S →2 CaS
2 + CaS
2O