ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ СЕРНИСТЫЙ КОЛЧЕДАН

Серная кислота – важнейший продукт основой химической промышленности. Среди минеральных кислот она по объему производства и потребления занимает первое место, поэтому изучение свойств и методов получения серной кислоты весьма актуально. Серная кислота применяется для производства некоторых кислот (фосфорной, соляной, уксусной), сульфатов, искусственных волокон, лаков, красок, пластмасс, моющих средств, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, ядохимикатов, а также при производстве цветных и редких металлов, спиртов, эфиров. Она расходуется на очистку нефтепродуктов, в качестве электролита в кислотных аккумуляторах, в машиностроении – на подготовку поверхности металлов при нанесении гальванических покрытий. В металлообрабатывающей промышленности серная кислота и ее соли применяют для травления стальных изделий.

Применение серной кислоты и олеума Области применения серной кислоты и олеума весьма разнообразны. Значительная часть ее используется в производстве минеральных удобрений (30 – 60%), производстве красителей (2 – 16%), химических волокон (5 – 15%), в металлургии (2 – 3%). Она применяется для различных технологических целей в текстильной, пищевой и других отраслях промышленности и народного хозяйства (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1

Физические свойства серной кислоты Безводная серная кислота – бесцветная тяжелая, маслянистая жидкость без запаха. Очень сильная двухосновная кислота, способная вызывать ожоги кожи. Плотность при 20°С 1,84 г/см 3. Температура кристаллизации 10,37°С. Температура кипения моногидрата 296,2°С. При нагревании выше температуры кипения начинает разлагаться: H 2 SO 4 SO 3 + H 2 O Смешивается с водой и SO 3 во всех соотношениях, образуя гидраты H 2 SO 4 ·nH 2 O, где n = 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Вследствие образования гидратов при разбавлении водой происходит сильное разогревание серной кислоты. Температура кипения серной кислоты зависит от ее концентрации. С повышением концентрации водной серной кислоты температура кипения ее возрастает и достигает максимума 336,5°С при концентрации 98,3%, что соответствует азеотропному составу, после чего снижается (таблица 1.1).

Таблица 1.1

Выбор и обоснование источников сырья Для получения серной кислоты используют серу или содержащие серу соединения, из которых может быть получен сернистый ангидрид. Один из распространенных видов сырья для по­лучения серной кис­лоты пирит, или сер­ный колчедан FeS 2. Встречается соедине­ние серы с двумя ме­таллами, например с медью и железом (халькопирит). Серу содержат сульфаты: гипс (сульфат каль­ция), мирабилит (суль­фат натрия), глауберит (сульфат натрия и кальция) и др. Сера есть в угле, нефти, го­рючих и топочных газах. Много серы в виде сернистого ангидрида имеется в составе отходящих газов металлургических печей. Сера содержится и в сероводороде, получающем­ся при коксовании угля или содержащемся в генератор­ном газе, газах нефтепереработки, попутных нефтяных газах и природном газе. Иногда для производства серной кислоты используют отходы некоторых производств, применяющих серную кислоту. Это кислые гудроны, тра­вильные растворы, фосфогипс и др. В разных странах соотношение различных видов сырья, применяемого для производства серной кислоты, неодинаково. Большинство стран в качестве основного сырья использует серный колчедан, в США серную кис­лоту получают преимущественно из серы. Следует, однако, отметить, что доля колчедана в общем балансе серу содержащего сырья уменьшается из-за все более ши­рокого использования серы.

Серный колчедан Основные залежи колчедана имеются в России (глав­ным образом на Урале), в Испании, Японии, Канаде, Индии, Португалии, Италии, Норвегии. Серный колчедан FeS 2 содержит 53,4% S и 46,6% Fe. Существуют следующие сорта колчедана: рядовой, флотационный и пиритный концентрат. Рядовой колчедан добывают в рудниках в виде кусков размером мм. Флотационный колчедан получается как отход при флотационном обогащении руд, содержащихся в ка­честве примесей к рядовому колчедану. Пиритный кон­центрат получают при вторичной флотации колчедана с отделением пустой породы. Флотационный метод обогащения основан на различ­ной смачиваемости зерен отдельных минералов водой. Частицы несмачиваемого (гидрофобного) минерала, не преодолевая сил поверхностного натяжения воды, оста­ются на ее поверхности. Частицы смачиваемого (гидро­фильного) материала обволакиваются пленкой жидко­сти и увлекаются на дно аппарата. Минерал, плаваю­щий на поверхности, снимают, отделяя от руды.

Флотацию проводят во флотационных машинах раз­личного типа. Процесс флотации заключается в смеши­вании раздробленного колчедана с водой и флотореагентами пенообразующими веществами (деготь, хвой­ные масла и др.)» и продувании воздуха. Гидрофобные частицы отделяемой примеси колчедана (например, медь) прилипают к воздушным пузырькам и всплыва­ют с ними (это концентрат), а колчедан осаждается на дно (флотационный колчедан, или фото хвосты). Вторичная флотация фото хвостов с применением другого флотореагента дает пиритный концентрат. Пиритный концентрат часто называют тоже флотационным колчеданом. Перед отправкой потребителю флотационный колче­дан высушивают до содержания в нем влаги 3,8%. Серный колчедан может содержать примеси соеди­нений меди, цинка, свинца, мышьяка, никеля, кобальта, селена, висмута, теллура, кадмия, карбонаты и сульфаты кальция и магния, а также золото и серебро. Содер­ жание селена составляет до 220 г/т, золота до 4 г/т, се­ребра до 40 г/т, мышьяка до 0,4%, фтора до 0,02%.

Флотационный колчедан содержит те же примеси, но в меньших концентрациях. Средние данные о химическом составе флотационного колчедана, поступающего на сернокислотные заводы, следующие: Компоненты Содержание, %Компоненты Содержание, г/т Сера 40-45Золото 1-5 Железо 35-39Серебро Медь 0,3-0,5Кадмий 5,5-8,1 Свинец 0,01-0,2Кобальт Цинк 0,5-0,6Селен Мышьяк 0,07-0,09Теллур SiО Н 2 О3,8 В качестве сырья для серной кислоты может «быть применен также углистый колчедан. Он получается пу­тем отделения от углей (сортировкой и грохочением) и содержит до 18% углерода (именно с этим связано его название).