Физические и химические свойства серной кислоты
3.1 Сырье для технологии
Исходными реагентами для получение серной кислоты могут быть элементная сера и серосодержащие соединения, из которых можно получить либо серу, либо диоксид серы. Такими соединениями являются сульфиды железа, сульфиды цветных металлов (меди, цинка и пр.), сероводород и ряд других сернистых соединений.
Традиционно основные источники сырья -- сера и железный (серный) колчедан. Постепенно доля колчедана как сырьевого источника уменьшается, что связано и с большими транспортными расходами на его транспортировку (кроме серы в нем весьма велика доля других компонентов), и с невозможностью избавиться от отхода -- огарка. Значительное место в сырьевом балансе производства серной кислоты занимают отходящие газы цветной металлургии, содержащие диоксид серы.
Для защиты окружающей среды во всем мире принимаются меры по использованию отходов промышленности, содержащих серу. В атмосферу с отходящими газами тепловых электростанции и металлургических заводов выбрасывается диоксида серы значительно больше, чем применяется для производства серной кислоты. Например, в 1980-х голах мировое потребление серы составляло примерно 65 млн т/год, а терялось 50, с отходящими газами (в пересчете на серу) почт 100 млн т. В то же время из-за низкой концентрации SO2, в таких отходящих газах их переработка пока еще не всегда осуществима.[4]
Железный колчедан
Природный железный колчедан представляет собой сложную породу, состоящую из сульфида железа FeS2, сульфидов других металлов (меди, цинка, свинца, никеля, кобальта и др.), карбонатов металлов и пустой породы. На территории РФ существуют залежи колчедана, на Урале и Кавказе, где его добывают в рудниках в виде рядового колчедана.
Процесс подготовки рядового колчедана к производству ставит целью извлечение из него ценных цветных металлов и повышение концентрации дисульфида железа. Увеличение содержания дисульфида железа в сырье путем флотации колчедана, а также обогащение воздуха кислородом повышают движущую силу процесса обжига .
По физико-химическим показателям флотационный серный колчедан должен соответствовать нормам, указанным в табл.6.
Таблица 6
Наименование показателей |
Нормы для марок |
|||||
КСФ-0 |
КСФ-1 |
КСФ-2 |
КСФ-3 |
КСФ-4 |
||
1. Внешний вид |
Сыпучий порошок Не допускаются инородные включения (куски породы, руды, дерева, бетона, металла и др.) |
|||||
2. Содержание сульфидной серы, %, не менее |
50 |
48 |
45 |
42 |
38 |
|
3. Суммарное содержание свинца и цинка, %, не более |
Не норми- руется |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
4. Содержание мышьяка, %, не более |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
|
5. Содержание фтора, %, не более |
0,05 |
0,05 |
0,05 |
0,05 |
0,05 |
|
6. Содержание влаги, %, не более |
3,8 |
3,8 |
3,8 |
3,8 |
3,8 |
|
7. Массовая доля хлора, %, не более |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
Сера
Сера находится в природе в форме сульфидов металлов и сульфатов металлов, входит в состав каменного угля, нефти, природного и попутного газов. Около 50% добываемой серы используется для производства серной кислоты.
Элементарная сера может быть получена из серных руд или из газов, содержащих сероводород или оксид серы SO2. В соответствии с этим различают серу самородную и серу газовую (комовую).
Термический метод получения серы из самородных руд заключатся в ее выплавлении с помощью водяного пара и очистке сырой серы перегонкой. Получение газовой серы из сероводорода, извлекаемого при очистке горючих и технологических газов, основано на процессе неполного окисления его над твердым катализатором:
2H2S + O2 = 2H2O + S2 (32)
Значительные количества серы могут быть получены из продуктов медеплавильного производства, содержащих различные соединения серы. При этом в процессе плавки протекают реакции, приводящие к образованию элементарной серы:
2FeS2 = 2FeS + S2 (33)
SO2 + С = S + СО2 (34)
По физико-химическим показателям техническая сера должна соответствовать нормам, указанным в таблице 7
Таблица 7
Наименование показателя |
Норма |
|||||
Сорт 9998 |
Сорт 9995 |
Сорт 9990 |
Сорт 9950 |
Сорт 9920 |
||
1. Массовая доля серы, %, не менее |
99,98 |
99,95 |
99,90 |
99,50 |
99,20 |
|
2. Массовая доля золы, %. не более |
0,02 |
0,03 |
0,05 |
0,2 |
0,4 |
|
3. Массовая доля органических веществ, %, не более |
0,01 |
0,03 |
0,06 |
0,25 |
0,05 |
|
4. Массовая доля кислот в пересчете на серную кислоту, %, не более |
0,0015 |
0,003 |
0,004 |
0,01 |
0,02 |
|
5. Массовая доля мышьяка, %, не более |
0,0000 |
0,0000 |
0,000 |
0,000 |
0,03 |
|
6. Массовая доля селена, %, нe более |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,04 |
|
7. Массовая доля воды, %, не более |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
1,0 |
|
8. Механические загрязнения (бумага, дерево, песок и др.) |
Не допускается |