
H₂SO₄ — эта формула прекрасно вам знакома. Серную кислоту используют повсеместно: для обработки руд редких элементов и металлов, в качестве электролита в свинцовых аккумуляторах, для производства химических волокон и взрывчатых веществ🧨 Причём бóльшее количество получаемой серной кислоты уходит на производство минеральных удобрений — около 50% от мирового объема🍂
Но откуда H₂SO₄ берётся в таких количествах? Подземных источников серной кислоты в чистом виде вы не обнаружите на нашей планете — её не выкачивают из недр Земли, как в случае с нефтью и газом. Поэтому сегодня мы рассмотрим промышленное производство серной кислоты🏭
Природным сырьем для получения H₂SO₄ сейчас в основном служит самородная сера, меньшая доля приходится на другие минералы (сульфиды и сульфаты металлов) и газ — сероводород. Также используются газы от переработки неочищенной нефти, так как в ней содержится большое количество органических примесей серы💨
На первой стадии сырье окисляют до диоксида серы SO₂. Рассмотрим на примере обжига минерала пирита (дисульфида железа FeS₂), названного «золотом дураков» из-за внешнего сходства с драгоценным металлом⭐️
FeS₂ + O₂ → Fe₂O₃ + SO₂
Полученный печной газ помимо интересующего нас диоксида серы содержит кучу примесей. Поэтому газ пропускают через серьезную систему очистки: крупную пыль удаляют с помощью устройства, подобного центрифуге, мелкую пыль отделяют с помощью электрофильтра, а от примесей воды избавляются в сушильной башне. Причём последняя представляет интересную конструкцию: диоксид серы в башню подаётся снизу, а сверху распыляется концентрированная серная кислота, которая, проходя через газ, беспощадно поглощает воду💧
Далее необходимо еще сильнее окислить сернистый газ SO₂ до серного ангидрида SO₃:
SO₂ + O₂ → SO₃
Причём этот процесс протекает не так эффективно, как сгорание пирита, поэтому для его ускорения применяют катализатор — высший оксид ванадия V₂O₅ — наиболее экономичный и удобный вариант. Также очень важно поддерживать оптимальную температуру и давление🧭 При слишком низкой температуре реакция будет идти очень медленно, а слишком высокая вызовет разложение целевого продукта🌡
И последняя стадия — поглощение серного ангидрида. Но ни в коем случае не водой, как вы могли подумать. Мы уже разбирали, что будет, если добавить концентрированную H₂SO₄ к воде. В промышленных масштабах ситуация аналогичная: если добавлять серный ангидрид к воде, будет выделяться колоссальное количество тепла и вместо жидкости образуется сернокислый туман🔥
Поэтому серный газ поглощают уже готовой концентрированной серной кислотой, получая олеум — раствор серного ангидрида в серной кислоте. Это очень едкая дымящая жидкость, которую в стальных цистернах транспортируют до места назначения.
И уже из олеума путём аккуратного разбавления получают растворы серной кислоты необходимой концентрации⚗️