우리가 쓰는 화학물질중 황산은 어떻게 만들어지나요.

Question

우리가 일상생활을 할때 직접적으로 자주 쓰지는 않지만 독성이 강하다고 알려져있는데요. 이 황산이 만들어지는 원리가 궁금합니다. 답변부탁드려요.

Answer 1

반갑습니다, 질문자님. 이중철 과학기술전문가입니다.

황산은 산업적으로 주로 접촉 공정(Contact Process)을 통해 대량 생산되며, 이는 황을 원료로 이산화황(SO₂)을 거쳐 삼산화황(SO₃)으로 변환한 후 물과 반응시켜 제조하는 방식입니다.

이 공정은 효율이 높아 전 세계 황산 생산의 대부분을 차지하며, 과거 사용되던 연실법(Lead Chamber Process)보다 순도가 우수합니다.

1. 제조 원리는?

• 황산 제조의 핵심은 SO₂ → SO₃ 산화 반응으로, 바나듐(V₂O₅) 촉매를 사용해 400~450°C에서 진행됩니다.

• SO₃은 직접 물에 넣으면 미스트가 발생해 수율이 낮아지므로, 먼저 98% 농황산에 흡수해 올레움(H₂S₂O₇)을 만들고 물로 희석합니다

2. 주요 단계는?

• 황 연소: 액체 황을 공기 중에서 태워 SO₂ 생성 (S + O₂ → SO₂).

• 촉매 산화: SO₂ + ½O₂ → SO₃ (가역 반응, DCDA 이중 접촉 이중 흡수로 99.5% 이상 변환).

• 흡수 및 희석: SO₃을 농황산에 흡수 (SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇), 물 희석으로 H₂SO₄ 완성.

3. 독성 및 주의사항은?

• 황산은 고농도에서 피부 화상, 호흡기 손상을 일으키는 강한 부식성 물질로 일상 직접 사용은 피해야 합니다.

• 산업 생산 시 배출 가스(SO₂) 처리와 보호 장비가 필수적입니다.

정리하자면,

• 먼저 원료인 유황을 공기 중에서 연소시켜 이산화황 기체를 만들고, 불순물을 정제한 가스(기체)로 만듭니다.

• 그리고 이산화황을 다시 산소와 반응시켜 삼산화황으로 만드는 것이 전체 공정의 핵심이며,

• 삼산화황을 물에 직접 녹이면 급격한 반응으로 유독한 황산 안개가 발생을 방지하고자 이미 만들어진 진한 황산에 삼산화황을 흡수시켜 발연황산(Oleum) 상태로 만든 뒤, 다시 물을 투입하여 원하는 농도의 황산을 완성하는 방식입니다.

이처럼,

복잡한 설비를 통해 생산된 황산은 강한 산성과 수분을 흡수하는 탈수 능력을 갖추고 있어 비료, 배터리, 정유 공정 등 우리 산업 전반에서 없어서는 안 될 중요한 역할을 수행하고 있습니다.