Лекция 10 Неорганические кислоты

1. Важнейшие виды неорганических кислот и содовых продуктов

2. Серная кислота. Основное сырьё и способы производства. Виды, сорта и свойства. Главные потребители

3. Азотная кислота. Сырьё и способы производства. Виды, сорта и свойства. Главные потребители

4. Соляная кислота. Основные поставщики сырья и способы производства. Виды, сорта и свойства. Главные потребители

К важнейшим видам продукции неорганической химии относятся кислоты, содовые продукты, Минеральные удобрения, химические средства защиты растений, а также некоторые неорганические промышленные газы и т. д.

Кислотами называются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием ионов водорода. По степени диссоциирования кислоты подразделяются на сильные и слабые. Сильными кислотами являются серная, азот­ная, соляная и др. Все кислоты взаимодействуют с ос­нованиями и металлами, изменяют цвет химических индикаторов, например, вызывают красную окраску лак­муса и имеют кислый вкус.

Содовые продукты представляют собой химические вещества, являющиеся натриевыми солями угольной кис­лоты (Н₂С0₃) и гидроксидом натрия (NаОН).

Минеральные удобрения — это главным образом соли. Они имеют кристаллическое строение, хорошо растворимы в воде, обладают гигроскопичностью и слеживаемостью.

Наиболее распространенными неорганическими промышленными газами являются водород, хлор, аммиак, кислород и азот.

Таблица 10.1.

Традиционные названия некоторых неорганических кислот и их солей

Формула кислоты	Традиционное название	Тривиальное название	Название соли
H3ВO3	Борная		Бораты
Н2СО3(CO2•H2O)	Угольная		Карбонаты
Н2CrO4	Хромовая		Хроматы
НМnO4	Марганцовая		Перманганаты
HNO3	Азотная		Нитраты
HNO2	Азотистая		Нитриты
H2SO4	Серная		Сульфаты
Н3РО4	Ортофосфорная	Фосфорная	Ортофосфаты
Н2SiO3(SiO2•H2О)	Метакремниевая	Кремниевая	Метасиликаты

2.Серная кислота. Основное сырьё и способы производства. Виды, сорта и свойства. Главные потребители

Серная кислота (H₂SO₄) — один из важнейших и наиболее потребляемых продуктов химической промышленности. Она относится к числу относительно дешевых кислот. Химической промышленностью нашей страны выпускаются различные виды и сорта серной кислоты, отличающиеся между собой концентрацией и содержанием посторонних примесей.

Концентрированная, или безводная, серная кислота (моногидрат) Н₂S0₄ представляет собой тяжелую маслянистую жидкость без цвета и запаха. Плотность моногидрата 1,85 г/см³, температура кипения 296 °С, температура кристаллизации 10°С. Однако эти свойства серной кислоты меняются с изменением ее концентрации.

Наличие посторонних примесей меняет цвет кислоты до желтоватого или темноватого. Согласно ГОСТу серная кислота выпускается определенной концентрации, обеспечивающей низкую температуру замерзания, удобство хранения и транспортирования. Характерная особенность серной кислоты — хорошая смешиваемость с водой, причем процесс разбавления сопровождается выделением большого количества тепла. Раствор SО₃,ч в 100%-й серной кислоте называется олеумом (H₂SO₄•nSO₃,). Олеум представляет собой бесцветную маслянистую жидкость плотностью 1,9 г/см³; на воздухе дымит, образуя туман из серной кислоты.

Безводная серная кислота очень активна и растворяет оксиды металлов, а при повышенной температуре вытесняет все другие кислоты из их солей.

Концентрированная серная кислота — это эффективное водоотнимающее средство от других кислот, кристаллогидратов солей, а также углеводов. Поэтому она применяется для концентрирования азотной и других кислот, сушки влажных газов и т. д. Ппи контактировании с серной кислотой сахар, целлюлоза, крахмал и другие органические продукты обугливаются. На концентрацию и качество серной кислоты в значительной мере влияет способ производства.

Сейчас применяются два основных способа промышленного производства серной кислоты: нитрозный, или башенный, и контактный. Технологический процесс производства серной кислоты со­стоит из следующих основных операций:

а) получение сернистого газа (диоксида серы) S0₂ обжигом серосодержащего сырья;

б) очистка и окисление S0₂ в триоксид S0₃.

в) поглощение (абсорбция) триоксида серы водой или разбавленной серной кислотой.

Основным сырьем для производства сернистого газа служит серный колчедан, содержащий 35—50% серы. Обжиг колчедана производится в печах, где протекает реакция:

4 FеS₂ + 11 0₂ = 2 Fе₂0₃ + 8 S0₂ + Q.

Сернистый газ бесцветен, имеет резкий запах. Растворяясь в воде, он образует слабую, легко разлагающуюся сернистую кислоту Н₂S0₃. Около 20% сернистого гaза получают обжигом природной серы по реакции S + 0₂->S0₂. Серную кислоту получают также из отработанных газов цветной металлургии, например при выплавке меди, и из сероводорода Н₂S, содержащегося в большинстве природных и попутных горючих газов, отработанных кислотах, травильных растворах и т. д. Полученный обжиговый газ содержит около 15% S0₂. Основными примесями газа являются огарковая пыль, газообразные соединения мышьяка Аs₃, селена Sе0₂ и др. Эти примеси снижают активное действие катализатора, отравляют контактную массу, поэтому должны быть удалены. Очистка обжигового газа вызвана также необходимостью вырабатывать кислоту с минимальным содержанием механических и химических примесей.

Очистка газа от огарковой пыли производится в циклонах (центробежных воздухоочистителях) и электрофильтрах, а окончательная очистка от примесей — в промывных башнях и мокрых электрофильтрах, в которых протекает в жидкой фазе в специальных аппаратах — башнях (поэтому этот способ называют еще башенным). При контактном способе производства серной кислоты окисление S0₂ в S0₃ происходит под воздействием кислорода воздуха.

Поглощение (абсорбция) триоксида серы водой или разбавленной серной кислотой. Серная кислота, полученная нитрозным способом, имеет низкую концентрацию и высокое содержание примесей; ее производство сопровождается выбросом в атмосферу оксидов азота, загрязняющих окружающую среду. Качество и концентрация серной кислоты, полученной контактным способом, значительно выше, чем при нитрозном способе производства, при незначительной разнице в себестоимости. Поэтому в настоящее время в нашей стране более 90% серной кислоты получают контактным способом.

Контактная техническая серная кислота содержит до 92,5% моногидрата, а контактная улучшенная — до 94,0%.

Башенная техническая серная кислота поставляется 75%-ной концентрации и содержит больше посторонних примесей по сравнению с контактной.

Олеум выпускается в основном с содержанием от 20 до 24% свободного триоксида серы в моногидрате.

Химическая промышленность поставляет более качественную кислоту специального назначения, которая применяется в производстве сернокислотных аккумуляторов, в пищевой промышленности, в химических лабораториях и т. д. Особенность этих кислот — высокая концентрация и минимальное содержание посторонних примесей (оксиды или окислы азота, железа, твердый осадок и др.), тем лучше качество серной кислоты. Высокое качество специальных видов кислот достигается использованием дополнительных очистительных устройств (фильтров и отстойников) и тары из более коррозионностойких материалов при хранении на складах.

Основным технико-экономическим показателем сернокислотного производства является удельный расход сырьевых материалов на 1 тонну моногидрата: 0,8—0,85 т серного колчедана, 0,85 квт.ч электроэнергии, 50 м³ воды.

Главными потребителями серной кислоты являются:

• предприятия, производящие минеральные удобрения (простой и двойной суперфосфат, сульфат аммония и др.);

• кислоты (концентрированную азотную, соляную, уксусную, фосфорную и др.);

• соли (медный купорос, сульфаты натрия, калия, магния, кальция, железа и др.).

Большое количество серной кислоты расходуется на обработку продуктов перегонки нефти для получения товарных нефтепродуктов (бензина, керосина, смазочных масел и др.). Серная кислота широко применяется в цветной металлургии, на транспорте — для изготовления свинцовых сернокислотных аккумуляторов; в металлообрабатывающей промышленности. — для удаления оксидов с поверхности изделий перед хромированием, цинкованием и т.д.

Таблица 10.2

Показатели качества основных видов товарной серной кислоты

Виды серной кислоты	Концентрация, %	Содержание примесей (%), не более
		оксиды азота	оксиды железа	твердый остаток
Контактная техническая Контактная улучшенная Башенная Олеум улучшенный Кислота серная особой чистоты	92.5 92,5— 94,0 75,0 до 24%S03 93,5— 95,6	Не опреде­ляется 1 • 10─^4 0,05 5•10—^4 ─	0,020 0,015 0,050 0,010 ─	0,05 0,03 0,30 0,03 5-10- ^4

Таблица 10.3.