Lyijykammiomenetelmä
Lyijykammiomenetelmäelilyijykammioprosession teollinen menetelmärikkihapontuottamiseen. Menetelmän kehitti brittiläinen lääkäriJohn Roebuckvuonna1746.Nykyään lyijykammiomenetelmän on korvannut parempisaantoisempikontaktimenetelmä.
Historiaa
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
Ennen lyijykammiomenetelmän kehittämistä rikkihappoa valmistettiin hauraisiin lasiastioihin. Ne Roebuck korvasi puurakenteisilla kammioilla, joiden sisäseinät oli päällystetty lyijylevyillä, mistä tuli prosessin nimitys.Lyijyoli tuohon aikaan yksi harvoista rikkihappoa sietävistä halvoista materiaaleista.[1]
Alkuperäisessä Roebuckin lyijykammiomenetelmässä rikkihaponvalmistuksessa tarvittavat kaasutrikkidioksidijatypen oksiditsaatiin aikaan kuumentamallarikinjanitraattisuolojenseosta. Kammion lattialla oli vettä, johon reaktiossa syntyvät kaasut liukenivat. Tällä menetelmällä saatiin aikaiseksi rikkihappoliuosta, joka oli väkevyydeltään 35–45-prosenttista. Väkevämpää rikkihappoa tuotettiin haihduttamalla.[2]
Lyijykammiomenetelmää parantelivat monet henkilöt. RanskalaisetCharles Bernard DesormesjaNicolas Clémentosoittivat vuonna1793,että tarvittavaa nitraattimäärää voitiin huomattavasti pienentää päästämällä reaktiokammioon myös happea. Vuonna1803Charles Tennantrakensi reaktiotilasta erillisen rikinpolttouunin.[1]Tärkeimmät tekniset parannukset tekivätJoseph-Louis Gay-Lussacja John Glover. Gay-Lussac suunnitteli vuonna1827nimeään kantavan tornin, jota käytetään reaktiossa syntyvien typen oksidien keräämiseen ja niiden käyttämiseen uudelleen. Keksintö ei levinnyt laajalle ennen vuotta1859,jolloin Glover rakensi toisen tornin, jossa voitiin ottaa talteen vielä enemmän typen oksideja. Tämä vähensi edelleen reaktiossa tarvittavan nitraattien määrää.[2]Myöhemmin typen oksidit tuotettiin lähinnä polttamallaammoniakkia.Vuodesta1818alkaen rikin poltto korvattiinpyriitinja muiden rikkiä sisältävien mineraalien kuumentamisella[1].Malmit olivatalkuainerikkiähalvempia ja lisäksi niistä syntyvä metallijäte voitiin käyttää hyödyksi muun muassaraudanjakuparinvalmistuksessa.[2]
Menetelmä
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Lyijykammiomenetelmässä tapahtuvat reaktiot ovat monimutkaisia, eikä kaikista reaktiomekanismeista ole täyttä yksimielisyyttä. Rikkidioksidi ja typen oksidit johdetaan 6–8 metriä korkeaanGlover-torniin.Torni on puoliksi täynnä rikkihappoa kestäviä kiviä ja tiiliä. Tornin huipulla on järjestelmä, josta torniin ruiskutetaan korkeamman Gay-Lussacin tornin pohjalta tulevaa erittäin väkevää rikkihappoa. Rikkihappo sisältää prosessissa välituotteena syntyväänitrosyylirikkihappoa.Tornissa rikkidioksidi reagoi nitrosyylirikkihapon ja veden kanssa muodostaen rikkihappoa jatyppimonoksidia.Osa typpimonoksidista reagoi rikkidioksidin ja hapen sekä veden kanssa muodostaen uudelleen nitrosyylirikkihappoa. Lämpötila tornissa on 130 °C[3]
- 2 NOHSO4+ SO2+ H2O → 3 H2SO4+ 2 NO
Kaasut johdetaan Gloverin tornista kahteen tai kolmeen lyijylevyseinäiseen reaktiokammioon. Kammioissa oleva kaasuseos sisältää rikkidioksidia, happea, typpimonoksidia jatyppidioksidia.Lämpötila kammioissa ei ole reaktioiden aikana vakio ja se vaihtelee 30–65 asteen välillä. Kammiossa tapahtuvat reaktiot ovat[3]:
- NO + ½ O2→ NO2
- 2SO2+ 3 NO2+ H2O → NOHSO4+ NO
- 2 NOHSO4+ H2O → H2SO4+ NO + NO2
Syntyvä reaktio kerääntyy kammioiden pohjalle, josta se poistetaan. Kaasumaiset aineet johdetaan 12–15 metriä korkeaan Gay-Lussacin torniin. Torni on täytetty rikkihappoa kestävillä kivillä ja tiilillä. Tornin huipusta ruiskutetaan Gloverin tornista tulevaa rikkihappoa. Tornissa tapahtuu kaksi reaktiota:
- H2SO4+ NO + NO2→ 2 NOHSO4+ H2O
- H2SO4+ N2O4→ NOHSO4+ HNO3
Näin muodostuu seos, joka sisältään rikkihappoa,typpihappoaja nitrosyylirikkihappoa. Tämä seos johdetaan Gloverin torniin, jossa vapautuu reaktioissa tarvittavaa typpimonoksidia. Typpimonoksidi on siis prosessissa katalyytti. Kaikki typen oksidi ei kuitenkaan täysin kierrä reaktioissa vaan typen oksideita täytyy lisätä polttamalla ammoniakkia ja johtamalla kaasut Gloverin torniin.[3]
Lyijykammiomenetelmällä voidaan tuottaa rikkihapon vesiliuosta, jonka happopitoisuus on 62–77 prosenttia. Hapossa on usein epäpuhtauksinaarseenitrioksidia,lyijysulfaattia,seleenihapokettajatyppihapokettasekä lisäksi pieniä määriä metalleja. Kontaktimenetelmällä voidaan tuottaa 99,5-prosenttista rikkihappoa, josta tehdään laimeampia vesiliuoksia.[3]
Katso myös
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]Lähteet
[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]- ↑abcThomas Kingston Derry, Trevor Illtyd Williams:A Short History of Technology,s. 535–536. Courier Dover Publications, 1993.ISBN 0486274721.Kirja Googlen teoshaussa(viitattu 19.7.2009).(englanniksi)
- ↑abcDavid M. Kiefer:Sulfuric acid: Pumping up the volumeACS Publications. Viitattu 19.7.2009.(englanniksi)
- ↑abcdDon M. Yost:Systematic Inorganic Chemistry,s. 333–335. READ BOOKS, 2007.ISBN 1406773026.Kirja Googlen teoshaussa(viitattu 19.7.2009).(englanniksi)