«Серная кислота и экология биосферы»

Введение
Одно из важнейших химических веществ, используемых человечеством — серная кислота. Непосредственно с серной кислотой приходится иметь дело нечасто. Между тем трудно найти другой продукт, который был бы так важен, как серная кислота.Предмет первой необходимости для нас — растительная пища: хлеб, овощи, крупа и т. п. Удовлетворить эту насущную потребность можно при хорошем урожае. Получить же такой урожай возможно при помощи минеральных удобрений. На их изготовление тратится около половины всей серной кислоты, получаемой на химических заводах. Наша одежда, бельё сделаны из хлопчатобумажной, шерстяной или льняной ткани. Хлопок, лён, идущие на изготовление соответствующей ткани, тоже нуждаются в удобрениях, получаемых при помощи серной кислоты. Кроме того, ткань требует после выхода с ткацкой машины последующей обработки — аппретуры, только тогда она получает свой настоящий вид. Аппретурная обработка производится особой массой, состоящей из сульфатов алюминия и бария, получаемых при помощи серной кислоты.Чтобы окрасить шерстяную или хлопчатобумажную ткань, требуется протравливание, — пропитка ткани солями, главным образом сульфатами, которые прочно соединяются как с самой тканью, так и с красителями, благодаря чему окрашенная ткань не линяет при стирке. Эти соли без серной кислоты изготовить невозможно. Сами красители тоже не могут быть изготовлены без серной кислоты.Мы носим кожаную обувь. Для получения её из сырых шкур требуется освобождение их от волоса, смягчение, дубление, окраска. Все эти операции не могут обойтись без серной кислоты и ряда её солей, например квасцов, изготовляемых при её помощи.Современное человеческое общество без серной кислоты обойтись не может. Оказывается, помыться, быть чистым тоже нельзя без косвенного участия серной кислоты. Мы моемся мылом, стираем бельё мылом и стиральным порошком. Мыло и порошки готовят из соды и жирных кислот. Чтобы получить жирные кислоты из жиров и очистить их, нужна серная кислота.Книги, которые мы читаем, напечатаны на проклеенной бумаге. Проклейка бумаги производится при помощи сульфата алюминия, — соли серной кислоты. Чернила готовили при помощи железного купороса, получаемого обработкой серной кислоты железом. Значит, и распространение культуры немыслимо без применения серной кислоты.Ни один двигатель, ни одна машина, ни один станок не может работать без смазочных масел, керосина и других продуктов, получаемых из нефти, очистка которой производится при помощи серной кислоты. Значит, работа наших фабрик, заводов, движение поездов, пароходов, полёт самолетов находятся в зависимости от неё.Легко убедиться, что области применения серной кислоты очень обширны. В то же время серная кислота — опасное химическое вещество, которое оказывает влияние на компоненты биосферы. В этой связи цель данной работы — изучить методы получения, свойства и области применения серной кислоты и её соединений, а также воздействие серной кислоты на окружающую среду и здоровье человека.1. Серная кислота — получение, свойства и области применения1.1. Общая характеристика и получение серной кислотыСерную кислоту получают уже более 1000 лет. Вначале её получали алхимики из «зелёного камня» (железный купорос) или квасцов путем сильного нагревания (прокаливания). Так, например, из железного купороса получали тяжёлую маслянистую жидкость — купоросное масло:2FeSO47Н2O = Fe2O3 + Н2SO4 + SO2 + 13Н2OПервое упоминание о кислых газах, получаемых при прокаливании квасцов или купороса, встречается в сочинениях, приписываемых арабскому алхимику Джафар аль-Суфи (Гебер), жившему в VIII в. Некоторые учёные приписывают честь открытия серной кислоты персидскому алхимику Абубекеру аль-Рази, жившему в Х в. Более определённо говорит о серной кислоте алхимик Альберт Великий.В XV в. алхимики открыли, что серную кислоту можно получить, сжигая смесь серы и селитры. Этим способом её и получали более 300 лет, но небольшими количествами в ретортах — стеклянных колбах. И только в середине XVIII века, когда обнаружили, что свинец является материалом весьма стойким против серной кислоты, стали постепенно переходить от стеклянной лабораторной аппаратуры к большим свинцовым коробкам или камерам. В них сжигалась смесь серы и селитры. Образовавшийся оксид серы (VI) SO3 здесь же поглощался водой или раствором кислоты, налитой в камеры. Процесс приходилось прерывать для загрузки камер.Производство серной кислоты получило быстрое развитие в начале XIX в. Этот рост был вызван развитием производства соды и других продуктов, для которых была необходима серная кислота. В это время химики Н. Клеман и Ш. Б. Дезорм выяснили сущность процесса. Они показали, что оксиды азота играют роль передатчиков кислорода воздуха диоксиду серы, и предложили питать камеры непрерывным током сернистого газа SO2, для чего стали сжигать серу в отдельных печах. Вместо селитры употребляли азотную кислоту. Кроме того, в камеры вводили водяной пар (рисунок 1).Рисунок 1 – Установка для получения серной кислоты сжиганием серы в присутствии селитры, XVIII в.: 1 – печь, разогреваемая углями; 2 – стеклянный сосуд, где образующиеся газы взаимодействуют с парами воды; 3 – колбы, в которые собирают олеум [2].Производство стало непрерывным, однако кислота обходилась дорого до тех пор, пока единственным сырьем для него была сера, а расход азотной кислоты был велик, так как оксиды азота безвозвратно терялись с отходящими газами.Дальнейшие работы химиков устранили эти недостатки. Ж. Л. Гей-Люссак предложил улавливать оксиды азота при помощи серной кислоты, стекающей в установленную после камер башню навстречу отходящим газам. Получающуюся в башнях кислоту называют нитрозой. Английский технолог Дж. Гловер предложил выделять оксиды азота из нитрозы в башне, в которой навстречу кислоте проходят газы обжига. Эту башню ставят перед камерами. Оксиды азота поступают в камеры, и таким образом совершается их круговорот.Еще в XV–XVI вв. извлекать серу умели из пирита FeS2 – более дешёвого и распространенного сырья, чем сера. В 1833 г. было предложено использовать этот минерал для получения из него сернистого газа и построить для этой цели специальную печь. Благодаря всем этим усовершенствованиям серная кислота стала дешевым продуктом.В настоящее время сырьём для получения серной кислоты служат элементарная сера, сульфиды и сульфаты металлов, сероводород, отходящие газы теплоэлектростанций, использующих неочищенную нефть, и др. Основным сырьём некогда являлся пирит. Так, в 1958 году в СССР из пирита было выработано 71,4% серной кислоты, произведённой за этот год. Однако уже к 1970 году доля пирита в производстве серной кислоты в СССР снизилась до 41,8% [7, с. 223]. В последнее время основным сырьём производства серной кислоты является сера.В настоящее время в промышленности применяют два метода окисления диоксида серы в производстве серной кислоты: контактный — с использованием твёрдых катализаторов, и нитрозный (башенный), в котором в качестве катализатора используют оксиды азота. В качестве окислителя обычно используют кислород. В первом способе реакционная смесь пропускается сквозь слой твёрдого катализатора, во втором орошается водой или разбавленной серной кислотой в реакторах башенного типа. Вследствие высокой эффективности (производительность, компактность, чистота и стоимость продукта и др.) контактный способ вытесняет нитрозный.Обнаружены сотни веществ, ускоряющих окисление SO2 до SO3, три лучших из них в порядке уменьшения активности: платина, оксид ванадия (V) V2O5 и оксид железа Fe2O3. При этом платина отличается дороговизной и легко отравляется примесями, содержащимися в газе SO2, особенно мышьяком. Оксид железа (III) требует высоких температур для проявления каталитической активности (выше 625°C). Таким образом, ванадиевый катализатор является наиболее экономичным, и только он применяется при производстве серной кислоты.Ниже приведены реакции по производству серной кислоты из минерала пирита на катализаторе — оксиде ванадия (V):4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO22SO2 + O2 = 2SO3Нитрозный метод получения серной кислоты:SO2 + NO2 = SO3 + NO2NO + O2 = 2NO2При реакции SO3 с водой выделяется огромное количество теплоты, и серная кислота начинает закипать с образованием трудноулавливаемого аэрозоля (сернокислый туман):SO3 + H2O = H2SO4 + QПоэтому SO3 смешивают с концентрированной серной кислотой, получая олеум, который далее разбавляется до нужной концентрации [3, с. 424].1.2. Свойства серной кислотыСерная кислота — тяжелая маслянистая жидкость («купоросное масло»). Плотность 1,84 г/см3; нелетучая, хорошо растворима в воде — с сильным нагревом. Температура плавления 10,3°C, температура кипения 280°С. Серная кислота очень гигроскопична, обладает водоотнимающими свойствами (обугливание бумаги, дерева, сахара). Теплота гидратации настолько велика, что смесь может вскипать, разбрызгиваться и вызывать ожоги. Поэтому необходимо добавлять кислоту к воде, а не наоборот, поскольку при добавлении воды к кислоте более легкая вода окажется на поверхности кислоты, где и сосредоточится вся выделяющаяся теплота.H2SO4 — сильная двухосновная кислота, одна из самых сильных минеральных кислот, из-за высокой полярности связь Н–О легко разрывается. В водном растворе серная кислота диссоциирует, образуя ион водорода и кислотный остаток:H2SO4 H+ + HSO4–HSO4– H+ + SO42–.Суммарное уравнение:H2SO4 = 2H+ + SO42–.Разбавленная серная кислота растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода:Zn + H2SO4(разб.) = ZnSO4 + H2Взаимодействие серной кислоты с основными оксидами:CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2OВзаимодействие серной кислоты с гидроксидами:H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2OH2SO4 + Cu(OH)2 = CuSO4 + 2H2OОбменные реакции с солями:BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HClОбразование белого осадка BaSO4 (нерастворимого в кислотах) используется для обнаружения серной кислоты и растворимых сульфатов (качественная реакция на сульфат-ион).Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. При взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) восстанавливаться до SO2, S или H2S в зависимости от активности металла. Без нагревания не реагирует с Fe, Al, Cr, поскольку пассивирует эти металлы. При взаимодействии с металлами, обладающими переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты: Fe0 → Fe3+, Cr0 → Cr3+, Mn0 → Mn4+, Sn0 → Sn4+.Взаимодействие концентрированной серной кислоты с активными металлами:8Al + 15H2SO4(конц.) = 4Al2(SO4)3 + 12H2O + 3H2S4Mg + 5H2SO4 = 4MgSO4 + H2S + 4H2OВзаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами средней активности:2Cr + 4H2SO4(конц.) = Cr2(SO4)3 + 4H2O + SВзаимодействие концентрированной серной кислоты с малоактивными металлами:2Bi + 6H2SO4(конц.) = Bi2(SO4)3 + 6H2O + 3SO22Ag + 2H2SO4 = Ag2SO4 + SO2 + 2H2OКонцентрированная серная кислота окисляет некоторые неметаллы, как правило, до максимальной степени окисления, сама восстанавливается до SO2:С + 2H2SO4(конц.) = CO2 + 2SO2 + 2H2OS + 2H2SO4(конц.) = 3SO2 + 2H2O2P + 5H2SO4(конц.) = 5SO2 + 2H3PO4 + 2H2OСерная кислота окисляет HI и HBr до свободных галогенов:2КВr + 2Н2SO4 = К2SО4 + SO2 + Вr2 + 2Н2О2КI + 2Н2SО4 = К2SO4 + SO2 + I2 + 2Н2ОКонцентрированная серная кислота не может окислить хлорид-ионы до свободного хлора, что дает возможность получать HCl по реакции обмена:NаСl + Н2SO4(конц.) = NаНSO4 + НСlСерная кислота отнимает химически связанную воду от органических соединений, содержащих гидроксильные группы. Дегидратация этилового спирта в присутствии концентрированной серной кислоты приводит к получению этилена:С2Н5ОН = С2Н4 + Н2О.Обугливание сахара, целлюлозы, крахмала и других углеводов при контакте с серной кислотой объясняется также их обезвоживанием:C6H12O6 + 12H2SO4 = 18H2O + 12SO2 + 6CO2.Таким образом, серная кислота обладает широким спектром химических свойств.1.3. Области применения серной кислотыСерная кислота находит широкое применение (рисунок 2). Пищевая промышленность знакома с серной кислотой в виде пищевой добавки Е513. Кислота выступает в качестве эмульгатора. Данная пищевая добавка используется для изготовления напитков. С её помощью регулируется кислотность. Помимо пищи, Е513 входит в состав минеральных удобрений.Применение серной кислоты в промышленности имеет широкое распространение. Промышленный органический синтез использует серную кислоту для проведения следующих реакций: алкилирование, дегидратация, гидратация. С помощью данной кислоты восстанавливается необходимое количество смол на фильтрах, что используются в производстве дистиллированной воды.Рисунок 2 – Области применения серной кислоты [5, с. 151]Серная кислота в домашних условиях пользуется спросом среди автолюбителей. Процесс приготовления раствора электролита для автомобильного аккумулятора сопровождается добавлением серной кислоты. Работая с данной кислотой, следует помнить о правилах безопасности. В случае попадания кислоты на одежду или открытые участки кожи стоит немедленно промыть их проточной водой. Серная кислота, которая разлилась на металл, может нейтрализоваться с помощью извести или мела. Заправляя автомобильный аккумулятор, необходимо придерживаться правила: постепенно добавлять кислоту к воде, а не наоборот. Стоит быть особо внимательным, чтобы жидкость не попала на лицо или в глаза. Кислота должна храниться в плотно закрытой ёмкости. Важно, чтобы химическое вещество сохранялось в недоступном для детей месте.В медицине нашлось широкое применение солей серной кислоты. К примеру, магния сульфат назначается людям с целью достичь слабительного эффекта. Еще одним производным серной кислоты является натрия тиосульфат. Это лекарственное средство используется в роли противоядия в случае отправления следующими веществами: ртуть, свинец, галогены, цианид. Тиосульфат натрия вместе с соляной кислотой используется для лечения дерматологических заболеваний. В виде водного раствора натрия тиосульфат вводят людям, которые страдают аллергическими недугами.Магния сульфат обладает широким спектром возможностей. Поэтому применяется врачами различных специальностей. В качестве спазмолитика магния сульфат вводят больным при гипертонической болезни. Если у человека присутствуют заболевания желчного пузыря, вещество вводится внутрь для улучшения желчеотделения. Применение серной кислоты в медицине в виде магния сульфата в гинекологической практике встречается часто. Гинекологи помогают роженицам посредством введения магния сульфата внутримышечно, таким способом они обезболивают роды. Помимо всех вышеуказанных свойств, магния сульфат обладает антисудорожным эффектом [6, с. 374].2. Влияние серной кислоты на окружающую среду и здоровье человека2.1. Влияние серной кислоты на окружающую средуПроизводство серной кислоты является одним из источников загрязнения природной среды, влияющее на атмосферу, почву, растительность, здоровье человека. Экологические проблемы производства серной кислоты связаны не только с выпускаемой продукцией, но и вредными выбросами в атмосферу, отходами производства, образованными в процессе выполнения технологических операций.Основные источники выбросов в атмосферу связаны с технологией производственного процесса. Так, при обжиге серного колчедана или других сульфидных руд в кипящем слое образуется оксид железа, имеющий очень маленькие частицы. Их улавливание фильтрами не всегда эффективно. При выгрузке из печи компоненты оксида металла попадают в атмосферу. Этот процесс называют «металлизацией атмосферы». Окись железа оседает на почвах, растениях, внедряется в экологические цепи.Попадание в атмосферу оксида серы SO2 (другие названия — двуокись серы, сернистый ангидрид, диоксид серы, сернистый газ) связано с проблемами герметичности производственных установок и нечеткой работой автоматических систем, приводящей к аварийным выбросам. Еще один способ выделения в атмосферу оксида серы связан с использованием для производства серной кислоты серы, полученной из сероводорода с помощью несовершенной технологической схемы (20% серы уходит на образование оксида серы).Загрязнение атмосферного воздуха также происходит вследствие складирования огарка серного колчедана. Над отвалами фиксируется периодическое превышение предельно-допустимой концентрации сернистого газа и хлористого водорода.Сернистый газ — наиболее распространенный токсикант атмосферного воздуха. Особенно токсично соединение для растений. Влияние проявляется в следующем:1. В первой фазе происходят изменения в буферной системе.2. Вторая фаза связана с торможением фотосинтеза растений.3. В последующих фазах снижается ферментативная активность.Сернистый газ способствует повышению кислотности клеточного сока растений, что приводит к физиологическим нарушениям.Острое повреждение растений диоксидом серы проявляется возникновением белесых пятен на широколистных растениях (рисунок 3), а на листьях с продольным жилкованием — обесцвеченных некротических полос.Рисунок 3 – Повреждения листьев диоксидом серыХроническим проявлением действия SO2 считается обесцвечивание хлорофилла, способствующее пожелтению листьев и возникновению бурой или красной окраски.Влияние двуокиси серы также проявляется замедлением роста и снижением продуктивности. Экспериментальными исследованиями установлено, что самой низкой поглощаемостью диоксида серы обладают тополь черный и ива белая, что способствует их большей устойчивости в районах, расположенных рядом с объектами производства серной кислоты.Следствием процесса производства серной кислоты может явиться загрязнение почвы. Основные проявления этого загрязнения:увеличение кислотности;снижение интенсивности накопления питательных элементов для растений, особенно — гумуса;изменение физико-химических условий, определяющих основные свойства почв;ухудшение почвенной среды для обитающих в ней живых организмов.В результате складирования отвалов огарка серного колчедана почва в зоне отвала и прилегающих участках может содержать такие загрязняющие элементы, во много раз превышающие предельно-допустимую концентрацию (ПДК): сульфаты; железо; свинец; мышьяк; кадмий; цинк; медь; марганец. Химическое загрязнение почв считается опасным и чрезвычайно опасным.Производство серной кислоты связано с проблемой «кислотных дождей». Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и оксидами серы (SO2 и SO3), а также различными оксидами азота. Соединения серы, сульфиды, самородная сера и другие содержатся в углях и в руде. При сжигании таких ископаемых образуются оксиды серы, которые превращаются в растворы кислот — серной и сернистой. Затем, вместе со снегом или дождём, они выпадают на землю.Кислоты реагируют с карбонатом кальция (CaCO3), из которого построены многие известные достопримечательности, например, великая пирамида Гизы (Египет), в связи с чем они разрушаются.Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоёмы — озёра, реки, заливы, пруды — повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. По мере накопления органических веществ на дне водоёмов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв. Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьёзные заболевания.Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Учёные считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца ещё не изучен, сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон и тяжёлые металлы, в совокупности приводит к деградации лесов.2.2. Влияние серной кислоты на организм человекаСерная кислота и олеум (раствор серного газа SO3 в серной кислоте) — чрезвычайно агрессивные вещества, поражают дыхательные пути, кожу, слизистые оболочки, вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко — ларингит, трахеит, бронхит. ПДК (предельно допустимая концентрация) аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 миллиграмм на квадратный метр, в атмосферном воздухе 0,3 миллиграмм на квадратный метр (максимальная разовая) и 0,1 миллиграмм на квадратный метр (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты 0,008 миллиграмм на литр, смертельная 0,18 миллиграмм на литр. Класс опасности – 2.Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов химических и металлургических производств и выпадать в виде кислотных дождей.При отравлении парами серной кислоты возникает раздражение и ожог глаз, слизистых оболочек носоглотки, гортани, носовые кровотечения, боль в горле, охриплость голоса из-за спазма голосовой щели. При этом особенно опасны отеки гортани и легких.При попадании серной кислоты на кожу возникают химические ожоги, глубина и тяжесть которых определяются концентрацией кислоты и площадью ожога.При поступлении серной кислоты внутрь немедленно после приема появляются резкие боли в области рта и всего пищеварительного тракта, сильная рвота с примесью сначала алой крови, а затем бурыми массами. Одновременно с рвотой начинается сильный кашель. Развивается резкий отек гортани и голосовых связок, вызывающий резкие затруднения дыхания. Кожа лица принимает темно-синий цвет, зрачки расширяются. Отмечается падение и ослабление сердечной деятельности.Смертельная доза серной кислоты при поступлении внутрь – 5 миллиграммов.При отравлении парами серной кислоты первая помощь состоит в обеспечении пострадавшему свежего воздуха. Необходимо промыть рот и зев раствором соды (20 грамм питьевой соды на 1 литр воды).При попадании паров или капель серной кислоты на кожу пораженное место обильно промывают водой.При поступлении серной кислоты внутрь необходимо осторожное промывание желудка, затем больной должен принимать жженую магнезию или известковую воду через 5 минут по 1 столовой ложке. Полезно обильное питье воды со льдом или молока, сырой яичный белок, жиры и масла, слизистые отвары.3. Пути решения экологических проблем, связанных серной кислотой3.1. Экологизация процессов производства серной кислотыВ настоящее время разработано множество проектов по экологизации процесса производства серной кислоты. Рассмотрим некоторые из них1. Уральская компания Уралмеханобр (Екатеринбург) разработала проект комплекса по производству и нейтрализации серной кислоты на Надеждинском металлургическом заводе Заполярного филиала «Норильского никеля». Строительство этого комплекса — один из этапов «Серной программы», крупнейшей экологической инициативы Норникеля, направленной на кардинальное улучшение окружающей среды региона, которое будет достигнуто в результате снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Проект предусматривает строительство на территории завода комплекса по производству серной кислоты из отходящих металлургических газов с последующей ее нейтрализацией. Помимо основных технологических сооружений участок включает систему транспортировки, состоящую из нескольких километров эстакад пульповодов и водоводов, а также комплекс энергообеспечения. Вода, используемая в технологическом процессе, будет осветлена и возращена в производство. Также вторично будет использовано и потребленное при производстве серной кислоты тепло: его направят на обогрев зданий и сооружений комплекса. В июне 2020 года получено положительное заключение Главгосэкспертизы России на проектную документацию и инженерные изыскания на строительство необходимых зданий и сооружений комплекса. В настоящее время работы по проекту вышли на стадию практической реализации.2. Существуют различные методы утилизации промышленных газообразных отходов и переработки их в товарную продукцию. Например, в сернокислотном производстве применяют различные методы утилизации сернистых газов. Один из них, кислотно-каталитический метод, основан на окислении оксида серы в растворе серной кислоты в присутствии ионов марганца. В результате получается разбавленная серная кислота, используемая в производственном цикле предприятия. При внедрении технологии поглощения диоксида серы из остаточных газов производство серной кислоты становится не только малоотходным, но и получает дополнительный источник сырья.3. С прошлого века главным методом получения серной кислоты является обжиг пиритного концентрата. Пирит — минерал железа класса сульфидов, в составе которого нередки примеси золота, кобальта, меди и других цветных металлов. В результате обжига пирита образуются отходы сернокислотного производства — пиритные огарки. Имея в своем составе ценные компоненты, раньше эти отходы просто складировались на полигонах, ввиду нерентабельности их переработки. В России объем таких отходов составляет не менее 30 млн тонн. С помощью технологии, разработанной в Томском политехническом университете, возможна комплексная переработка пиритных огарков с получением широкого спектра продукции: золота, серебра, меди, цинка, железа и его соединений, а также других полезных металлов. Пиритные огарки спекаются с хлоридом аммония, в результате чего образуются комплексные хлораммонийные соединения, которые при дальнейшем нагревании разлагаются. Благодаря этой технологии можно получить хлориды всех элементов. А далее получаются различные соединения цветных металлов или железа. Таким образом можно получать отдельно хлориды каждого металла и производить новую продукцию. Вместе с этим происходит регенерация хлорида аммония, что дополнительно снижает затраты на реагенты. В результате при производстве серной кислоты опасных отходов уже не образуется.3.2. Регенерация отработанной серной кислотыКрупными потребителями серной кислоты являются химическая и нефтехимическая промышленность, металлургия, машиностроение, сельское хозяйство и другие отрасли промышленности. Ежегодно порядка 10% от общего ее производства становится отработанной серной кислотой. Необходимо утилизировать сотни тысяч тонн отработанной кислоты с целью экономного ресурсопользования и защиты окружающей среды.Отходы, образующиеся при использовании серной кислоты, включают кроме отработанной серной кислоты травильные растворы, кислые гудроны и сточные воды, содержащие кислоту менее 10% (по массе). В России насчитывается более 200 видов отработанной серной кислоты, содержащих около ста видов примесей, в том числе аккумуляторная кислота из отработанных свинцовых аккумуляторов.Обезвреживание и утилизацию отработанной серной кислоты производят следующими способами:нейтрализацией растворов или их огневым обезвреживанием без использования образующихся продуктов;использованием (возможно после предварительного упаривания) загрязненных растворов в других технологических процессах;регенерацией отходов с получением товарной серной кислоты [4].Сточные воды с низкой концентрацией серной кислоты обычно нейтрализуют щелочами. При содержании в сточных водах примесей нейтрализацию совмещают с огневым методом. Метод нейтрализации применяют при небольших количествах отходов и отсутствии в них органических примесей.Непосредственное использование отходов кислоты в других процессах ограничено из-за наличия в них примесей. Отработанную кислоту применяют после очистки и концентрирования в производстве сульфатных минеральных удобрений. Основная масса отработанной серной кислоты и кислых гудронов подвергается регенерации. Кислые гудроны — это высоковязкие смолообразные жидкости, содержащие серную кислоту и большое количество органических веществ. Содержание кислоты в них составляет 24-89%.В зависимости от состава отработанной кислоты применяют различные методы регенерации: термическое расщепление, экстрагирование органических примесей, адсорбцию, каталитическое окисление пероксидом водорода, коагулирование, выпаривание и т. д.
Заключение
Современная промышленность потребляет огромные количества серной кислоты. Учитывая разнообразие областей применения, это вещество производят в массовом масштабе. Несмотря на все более жесткие экологические и правовые ограничения, производство серной кислоты не снижается. Постоянный спрос на это химическое соединение свидетельствует о том, насколько оно необходимо для мировой экономики.Серная кислота — это «едкая кровь» промышленности, пульсирующая в бесчисленных производственных установках по всему миру. С серной кислотой работают профессионалы, оперирующие в различных отраслях промышленности. Для многих исследований и экспериментов ее используют ученые, а с ее помощью знания получают в химических лабораториях студенты и ученики. Сегодня сложно себе представить функционирование современной экономики без серной кислоты. Свойства серной кислоты делают ее незаменимым сырьем и реагентом, которое трудно вытеснить даже самыми инновационными химическими соединениями, выпускаемыми на рынок производителями химических веществ.Серная кислота опасна для человека и окружающей среды. При вдыхании паров серной кислоты возникает раздражение и ожог глаз, слизистых оболочек носоглотки, гортани, носовые кровотечения, боль в горле, охриплость голоса из-за спазма голосовой щели, развивается отек голосовых связок, гортани, легких, вызывающий резкое затруднение дыхания. Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов химических и металлургических производств, содержащих оксиды серы, и выпадать в виде кислотных дождей. Поэтому в настоящее время принимаются меры по экологизации процесса производства серной кислоты и утилизации ее отходов.
Литература:
Амелин А. Г., Яшке Е. В. Производство серной кислоты. – М.: Высшая школа, 1980. – 245 c.Кошель П. А. Серная кислота [Электронный ресурс] // Химия: электронный научный журнал. – 2006. – № 18 (713). URL: https://him.1sept.ru/article.php?ID=200601801 (дата обращения 24.12.2021).Кутепов А. М., Бондарева Т. И., Беренгартен М. Г. Общая химическая технология. – М.: ИКЦ Академкнига, 2004. – 528 с.Сенкус В. В., Коробейников А. П., Жулин Н. В. и др. Способ переработки отработанной серной кислоты: патент на изобретение. Номер патента: RU 2495007 C2. Дата регистрации: 26.12.2011.Соколов Р. С. Химическая технология: в 2-х тт. Т. 1: Химическое производство в антропогенной деятельности. Основные вопросы химической технологии. Производство неорганических веществ. – М.: ВЛАДОС, 2000. – 368 с.Химия: пособие-репетитор для поступающих в вузы / Под ред. В. Н. Чернышова и А. С. Егорова. – Ростов н/Д: Феникс, 1996. – 736 с.Ходаков Ю. В., Эпштейн Д. А., Глориозов П. А. Неорганическая химия: Учебник для 7-8 классов средней школы. – 18-е изд. – М.: Просвещение, 1987. – 240 с.