Calce zolfo

L’esatta reazione chimica che porta alla sintesi di calce zolfo è poco conosciuto e generalmente scritta come:

Ca(OH)
2 + x S → CaSx +), prodotti (S
2O2−
3, SO2−
3, SO2−
4) dove x = 2-8 e valore di x si trova spesso intorno a 5, calcio pentasulfide, un polisolfuro

come riportato in un documento del Dipartimento dell’Agricoltura USA (USDA).

Questa reazione vaga è sconcertante perché comporta la riduzione dello zolfo elementare e nessun riducente appare nell’equazione sopra menzionata mentre vengono menzionati anche i prodotti di ossidazione dello zolfo. Il pH iniziale della soluzione imposto dalla calce idrata scarsamente solubile è alcalino (pH = 12,5) mentre il pH finale è nell’intervallo 11-12, tipico dei solfuri che sono anche basi forti.

Tuttavia, lo zolfo elementare può subire una reazione di sproporzione, chiamata anche dismutazione. La reazione qui sopra assomiglia a una reazione di sproporzione. La reazione di comproporzionazione inversa è la reazione che si verifica nel processo Claus utilizzato per la desolforazione di prodotti grezzi di petrolio e gas nell’industria di raffinazione.

Processo Claus:

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

Riscrivendo l’ultima reazione in senso inverso si ottiene una reazione coerente con quanto osservato nella reazione globale dello zolfo calcareo:

3 S2 + 4 H2O → 4 H2S + 2 SO2

In condizioni alcaline, :

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

e dopo la semplificazione, o più esattamente il riciclaggio, delle molecole d’acqua nella reazione di cui sopra:

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

aggiungendo 6 cationi Ca2+ dalla calce idrata per motivi di elettroneutralità, si ottiene la reazione globale.

Reazione di zolfo di calce:

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

Quest’ultima reazione è coerente con la reazione globale di zolfo di calce menzionata nel documento USDA. Tuttavia, non tiene conto di tutti i dettagli, a. o., la produzione di tiosolfato e solfato tra i prodotti finali della reazione. Nel frattempo, è una buona approssimazione di primo ordine e mette in evidenza utilmente lo schema generale di reazione dello zolfo di calce perché la chimica delle forme ridotte o parzialmente ossidate di zolfo è particolarmente complessa e tutti i passaggi intermedi o i meccanismi coinvolti sono difficili da svelare. Inoltre, una volta esposto all’ossigeno atmosferico e all’attività microbica, il sistema di zolfo calcareo subirà una rapida ossidazione e i suoi diversi prodotti continueranno ad evolversi ed entrare finalmente nel ciclo naturale dello zolfo.

La presenza di tiosolfato nella reazione di zolfo di calce può essere rappresentata dalla reazione tra solfito e zolfo elementare (o con solfuro e polisolfuri) e quella di solfato mediante la completa ossidazione di solfito o tiosolfato seguendo uno schema di reazione più complesso. Ulteriori informazioni sulla produzione di calcio tiosolfato sono state descritte in un brevetto registrato da Hajjatie et al. (2006).

Hajjatie et al. (2006) ha scritto la reazione di zolfo di calce in vari modi a seconda del grado di polimerizzazione dei polisolfuri di calcio, ma la seguente reazione è probabilmente la più semplice della loro serie:

3 Ca(OH)
2 + 6 S → 2 CaS
2 + CaS
2O