Серная кислота. Получение и применение.

Промышленный выпуск серной кислоты начался в XV веке – тогда это вещество носило название «купоросное масло». На сегодняшний день является востребованным веществом, которое повсеместно используется в промышленности. Если на заре открытия серной кислоты вся потребность человечества в этом веществе составляла несколько десятков литров, то сегодня счёт идёт на миллионы тонн в год.

Чистая серная кислота (формула H2SO4) в концентрации 100% представляет собой густую бесцветную жидкость. Главное её свойство – высокая гигроскопичность, сопровождающаяся высоким выделением тепла. К концентрированным относятся растворы от 40% — они могут растворить палладий или серебро. В меньшей концентрации вещество менее активно и вступает в реакцию, например, с медью или латунью.

В чистом виде H2SO4 встречается в природе. Например, в Мёртвое озеро на Сицилии серная кислота сочится из дна: в этом случае сырьём для неё вступает пирит из земной коры. Также небольшие капли серной кислоты часто оказываются в земной атмосфере после крупных извержений вулканов, в таком случае H2SO4 может служить причиной существенных изменений климата.

Получение серной кислоты.

Несмотря на наличие серной кислоты в природе, основная её часть производится промышленным способом.

Наиболее распространённым на сегодня является контактный способ производства: он позволяет снизить вред для окружающей среды и получить продукт, максимально подходящий всем потребителям. Менее популярен нитрозный метод производства, подразумевающий окисление оксидом азота.

В качестве сырья при контактном производстве выступают следующие вещества:

• Сера;
• пирит (серный колчедан);
• оксид ванадия (используется в качестве катализатора);
• сульфиды различных металлов;
• сероводород.

Перед началом производственного процесса сырьё проходит подготовку, в ходе которой в первую очередь в специальных дробильных машинах измельчается колчедан. Это позволяет ускорить реакцию благодаря увеличению площади соприкосновения активных веществ. Затем пирит очищается: для этого его погружают в большие ёмкости с водой, при этом примеси и пустая порода всплывают на поверхность, после чего их убирают.

Само производство можно разделить на несколько стадий:

1. Очищенный после измельчения колчедан загружается в печь, где происходит его обжиг при температуре до 800 градусов. Снизу в камеру подаётся воздух по принципу противотока, благодаря чему перит находится в подвешенном состоянии. Раньше такой обжиг проходил в течение нескольких часов, а сейчас процесс занимает несколько секунд. Отходы в виде оксида железа, образовавшиеся в процессе обжига, удаляются и отправляются на металлургические предприятия. В ходе обжига выделяются газы SO2 и O2, а также пары воды. После очистки от мельчайших частиц и паров воды получается кислород и чистый оксид серы.
2. На втором этапе под давлением происходит экзотермическая реакция, в которой участвует ванадиевый катализатор. Старт реакции происходит при температуре 420 градусов, но для большей эффективности она может быть поднята до 550 градусов. В ходе реакции происходит каталитическое окисление и SO2 превращается в SO
3. Третий производственный этап заключается в поглощении SO3 в поглотительной башне, в результате чего образуется олеум H2SO4, который разливается в цистерны и оправляется потребителям. Избыток тепла в ходе производства используется для отопления.

В России ежегодно производится около 10 миллионов тонн H2SO4. При этом основными производителями выступают компании, которые также являются её основными потребителями. В основном, это предприятия, выпускающие минеральные удобрения, например, «Аммофос», «Балаковские минудобрения». Так как колчедан, выступающий основным сырьём, является отходом обогатительных предприятий, то его поставщики это Талнахская, а также Норильская обогатительные фабрики.

В мире лидерами по производству H2SO4 являются Китай и США, ежегодно выпускающие соответственно 60 и 30 миллионов тонн вещества.

Применение серной кислоты.

Мировая промышленность ежегодно потребляет около 200 миллионов тонн серной кислоты для производства множества видов продукции. По объёмам использования в промышленности среди всех кислот она занимает первое место.

1. Производство удобрений. Главным потребителем серной кислоты (около 40%) является производство удобрений. Именно поэтому заводы, производящие H2SO4 строят поблизости заводов, выпускающих удобрения. Иногда они являются частями одного и того же предприятия с общим циклом производства. В этом производстве используется чистая кислота 100% концентрации. На производство тонны суперфосфата, или аммофоса, чаще всего использующихся в сельском хозяйстве, уходит около 600 литров серной кислоты.
2. Очистка углеводородов. Производство бензина, керосина, минеральных масел также не обходится без серной кислоты. Эта индустрия потребляет ещё около 30% всей производимой в мире H2SO4, которая в данном случае используется для очистки в процессе переработки нефти. Также ей обрабатывают скважины при добыче нефти и увеличивают октановое число топлива.
3. Металлургия. Серная кислота в металлургии применяется для очистки листового металла, проволоки и всевозможных заготовок от ржавчины, окалины, а также для восстановления алюминия в процессе производства цветных металлов. Используется для травления металлических поверхностей перед покрытием их никелем, хромом или медью.
4. Химическая промышленность. При помощи H2SO4 производится множество органических и неорганических соединений: фосфорной, плавиковой и других кислот, сульфата алюминия, который используется в целлюлозно-бумажной промышленности. Без неё невозможно производство этилового спирта, лекарств, моющих средств, инсектицидов и других веществ.

Область применения H2SO4 поистине огромна и невозможно перечислить все способы её промышленного использования. Она также применяется для очистки воды, производства красителей, в качестве эмульгатора в пищевой промышленности, при синтезе взрывчатых веществ и для многих других целей.