Производство кислот

К важнейшим процессам химической неорганической технологии относится производство неорганических кислот (серной, азотной, соляной), аммиака и минеральных удобрений (азотных фосфорных, калийных и комплексных).

Производство серной кислоты (Н₂S0₄) имеет важное народнохозяйственное значение. По объему производства и области применения она занимает одно из первых мест среди продукции химической промышленности. Серная кислота служит одним из главных продуктов, определяющих развитие химической промышленности. Она используется в различных отраслях производства: в химической промышленности – для производства удобрений, получения красителей, пластмасс; химических волокон, при производстве нефтепродуктов и др.; в металлургии – при выделении металлов из руд; в машиностроении – при травлении; в пищевой промышленности – при получении патоки, крахмала, спирта; в текстильной – при отбеливании тканей и т.д. Серная кислота Н₂S0₄ – это бесцветная маслянистая жидкость. По химическому составу серная кислота представляет собой соединение серного ангидрида с водой. В зависимости от их соотношения серная кислота может быть разбавленной, концентрированной или в виде олеума (раствор серного ангидрида в серной кислоте), которые и производятся в промышленности. Сырьем для получения серной кислоты служат:

1. сера - лучшее сырье для производства. Но чистая сера - слишком
дорогое сырье, вследствие чего себестоимость серной кислоты в два раза
выше, чем при ее производстве из колчеданов FеS₂;

2. серный колчедан FеS₂ широко распространен в природе. При наличии
от 40 до 50% серы в нем содержится также много ценных примесей
(мышьяк, селен, медь, никель, серебро, золото и др.), которые тоже
извлекаются;

3. сероводород - значительное количество выделяется из газов нефтеперерабатывающей промышленности.

4. отходящие газы цветной металлургии, образующиеся при переработке серных руд.

Использование сероводорода и отходящих газов цветной металлургии позволяет снизить себестоимость производства серной кислоты и, кроме того, улучшить условия труда на металлургических заводах и нефтеперерабатывающих предприятиях.

В настоящее время в промышленности серную кислоту получают двумя способами – нитрозным и контактным. В обоих случаях сущность процесса сводится к окислению сернистого газа SО₂ до серного SO₃ и соединению триоксида с водой. В обычных условиях сернистый газ кислородом воздуха не окисляется, поэтому процесс окисления осуществляется либо при помощи азота, либо в присутствии катализатора. Способ окисления и определяет технологию производства.

Нитрозный способ производства серной кислотысуществует более 200 лет. Сущность его заключается в окислении диоксида серы SО₂ диоксидом азота NО₂в присутствии воды. Этот способ обладает рядом недостатков: трудно поддается автоматизации, получаемая кислота имеет концентрацию не более 75-77% и загрязнена примесями. Серная кислота, полученная нитрозным способом по устаревшей технологии, используется при производстве сельскохозяйственных удобрений, где не требуется высокой концентрации и чистоты исходных продуктов.

Имеющиеся недостатки привели к тому, нитрозный способ производства серной кислоты утрачивает свое значение, и преимущественное развитие получает контактный способ.

Контактный способ разработан в начале ХХ века.Сущность контактного способа заключается в окислении двуокиси серы в присутствии твердого катализатора. Первоначально в качестве катализатора использовали платину. Затем платина была заменена более дешевым и устойчивым катализатором на основе пятивалентного ванадия V₂O₅ . Контактный способ эффективен, отвечает высокому уровню технологии, обеспечивает получение серной кислоты практически любой концентрации и высокой степени чистоты. Такая серная кислота может быть использована в любом производстве.

Промышленность выпускает несколько сортов серной кислоты. Они различаются между собой концентрацией, а также содержанием примесей.

Азотная кислота HNО₃– бесцветная жидкость с высокой окислительной способностью. В контакте с органическими веществами самовозгарает. Применяется: разбавленная – в производстве азотных и комплексных удобрений, гальванотехнике, полиграфии; концентрированная и специальная –в производстве взрывчатых веществ, полупроводниковых материалов, полупродуктов для получения красителей.

Соляная кислота НС1– бесцветная жидкость с резким запахом. Обладает высокой химической активностью, разрушает все металлы, кроме платины и золота. В промышленности используется для получения хлористых солей (бария, цинка, аммония), в гидрометаллургии - платины, золота и серебра и в гальванопластике для производства органических полупродуктов и синтетических красителей, уксусной кислоты, активированного угля, при дублении и крашении кожи и т.д.

Фосфорная кислота Н₃Р0₄– прозрачная слабо желтая жидкость. При концентрации более 88,7% – бесцветные кристаллы. Применяется для производства фосфорных и комплексных удобрений, фосфорнокислых солей аммония, натрия, кальция, марганца и алюминия; кинопленки, спичек, для огнезащитной пропитки тканей, в процессах органического синтеза, в производстве активированного угля, а в пищевой промышленности – для получения газированных вод, кондитерских порошков.