17. ЕЛЕМЕНТИ VIА ГРУПИ. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ХАЛЬКОГЕНІВ

17.9. Промислове одержання сульфатної кислоти контактним способом

У промисловості сульфатну кислоту одержують окисненням сульфур оксиду (IV) до сульфур (VI) оксиду з наступною взаємодією його з водою.

Основними стадіями цього процесу є:

добування сульфур (IV) оксиду;
окиснення сульфур (IV) оксиду до сульфур (VI) оксиду;
взаємодія Сульфур (VI) оксиду з водою.

Розглянемо кожну стадію.

1. Найчастіше сульфур (IV) оксид добувають при випалюванні піриту:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂,

або халькопіриту:

4CuFeS₂ + 13O₂ = 4CuO + 2Fe₂O₃ + 8SO₂,

у спеціальних печах. В піч знизу вдувають повітря для розпушення шару мінералу. Цей процес називають випалюванням у “киплячому шарі”. У результаті випалювання утворюється випалювальний газ, який крім SO₂ містить О₂, N₂ та інші домішки. Вони отруюють каталізатор – погіршують його активність.

Одержаний газ очищають від домішок, пропускаючи через спеціальні фільтри, промивну і сушильну башти. Як осушувач використовують концентровану сульфатну кислоту.

Чистий сульфур (IV) оксид утворюється при спалюванні сірки:

S + O₂ = SO₂,

що дозволяє оминути стадію додаткової очистки.

2. Очищений сульфур (IV) оксид окиснюють до сульфур (VІ) оксиду контактним способом киснем повітря при 100 – 600 ⁰С у присутності каталізаторів (V₂O₅ або Fe₂O₃):

2SO₂ + O₂ ↔ SO₃.

Цей процес екзотермічний, виділена теплота іде на підігрів випалювального газу.

Зміщенню рівноваги вправо сприяє надлишок кисню і підвищення температури. Так, при 450 ⁰С і надлишку кисню вихід сульфур (VI) оксиду становить 95 – 97%.

3. Одержаний сульфур (VI) оксид надходить у поглинальну башту, де зрошується концентрованою (98%) сульфатною кислотою. Утворюється олеум – розчин сульфур (VI) оксиду в сульфатній кислоті – H₂SO₄∙nSO₃. Олеум розбавляють водою до необхідної концентрації.

Більшість сульфатної кислоти, яку випускає промисловість, має густину 1,82 – 1,84 г/см³ і масову частку H₂SO₄ 91 – 94%.