34. Характеристика сырьевой базы сернокислотного производства

Среди минеральных кислот серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Производство серной кислоты и олеума (в пересчете на моногидрат) в РФ составило в 2008 году 9,1 млн. т.

В технике под серной кислотой понимают системы, состоя­щие из оксида серы (VI) и воды различного состава: nSO₃•mH₂O.

При n = m = 1 это моногидрат серной кислоты (100% -ная кис­лота) при n > m -водные растворы моногидрата, при m < n -растворы оксида серы (VI) в моногидрате (олеум).

В качестве сырья для производства серной кислоты исполь­зуют элементарную серу, колчедан, отходящие газы печей цветной металлургии, газы, содержащие сероводород. В РФ более 50% серной кислоты получают из серы, около 30 % — из колчедана

Сера—используют природную серу после флотации серных руд, а также серу, полученную из серусодержащих газов плавки медного колчедана и сероводородных газов.

Kолчедан (основной составной частью является FeS₂) — используют колчедан, получаемый в виде отходов при обогащении руд цветных металлов (флотационный колчедан). Содержание серы в таком колчедане составляет от 35 до 47 % в зависимости от марки.

Отхоящие газы — используют газы, образующиеся при обжиге руд цветных металлов (содержание SО₂ в отходящих газах составляет 3—16%), при кислородной плавке медных и медно-цинковых концентратов руд (S0₂—70—90 %).

Сероводород — получают при очистке промышленных газов (коксовых, генераторных, природных), а также газов нефтепепеработки.

Процесс получения серной кислоты протекает по двум реакциям: 2SO₂ + О₂ = 2SO₃ (VI, 1)

SO₃ + H₂0 = H₂S0₄ (VI, 2)

Реакция (VI, 1) описывает окисление сернистого ангидрида, в резуль­тате чего получается серный ангидрид. Вторая реакция (VI, 2) пока­зывает взаимодействие серного ангидрида с водой с получением сер­ной кислоты.

Из уравнений (VI, 1) и (VI, 2) следует, что для получения серной кислоты необходим кислород. Для этой цели используется кислород, содержащийся в воздухе. Следовательно, первым сырьевым материа­лом для производства серной кислоты является воздух, вторым — вода, третьим — сернистый ангидрид. Откуда же берут сернистый ангидрид? Сырьем для получения сернистого ангидрида, а сле­довательно, и серной кислоты служит сера или материалы, в состав которых входит сера.

С е р а — твердое желтое вещество, имеющее температуру плавле­ния 113° С и кипящее при 444,6° С. Сера встречается в природе в так называемых серных рудах,, в которых она смешана с другими веще­ствами. При нагревании серной руды сера, расплавляясь, вытекает из нее. На этом принципе основан один из методов извлечения ее из серных руд.

Сера может быть также получена из отходящих газов заводов цвет­ной металлургии по реакциям:

2H₂S + О₂ = S₂+2H₂O (VI,3)

2CS₂ + 2SO₂ = 3S₂ + 2CO₂ (VI,4)

4CO + 2SO₂ = 3S₂ + 4CO₂ (VI,5)

Помимо этого, серный колчедан может быть получен из медных руд, идущих на производство меди и имеющих в своем составе Fe S₂. При переработке медной руды на специальных предприятиях — обо­гатительных фабриках получают продукт, в котором содержится много меди (медный концентрат) и отход (флотационные хвосты), богатый серным колчеданом. Медный концентрат поступает на медеплавиль­ные заводы, а отход производства — флотационные хвосты, являю­щиеся важнейшим сырьем для производства серной кислоты, — на химические заводы. Таким образом, мы видим, что медные руды ис­пользуются комплексно.

Газы металлургических печей, в которых пере­рабатывают руды меди, цинка и других цветных металлов, содержат сернистый ангидрид. Эти газы, выходя из печей, загрязняют атмосферный воздух, губят растительность и вредно отражаются на здоровье людей. Использование отходящих газов цветной металлургии имеет большое народнохозяйственное значение, так как позволяет одновременно решить две задачи — получение серной кислоты без затрат колчедана или серы и обезвреживание атмосферы.

Сероводород извлекают из газов, получаемых при хими­ческой переработке углей и нефти. Его окисляют кислородом воздуха до сернистого ангидрида:

2H₂S + ЗО₂ = 2S0₂ + 2Н₂О (VI,6)

или до элементарной серы:

2H₂S + О₂, = 2S + 2Н₂О (VI,7)

Полученные при этом SO₂ или серу используют для производства серной кислоты.