Реферат: Стадия обжига колчедана в производстве серной кислоты

Cu + 2 H₂ SO₄ = CuSO₄ + SO₂ ↑+ 2H₂ O

Серная кислота образует соли – сульфаты (Na₂ SO₄ ) и гидросульфаты (NaHSO₄ ). Нерастворимы соли – PbSO₄ , CaSO_4, BaSO₄ и др.:

H₂ SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ ↓ + 2HCl

Холодная серная кислота пассивирует железо, поэтому ее перевозят в железной таре. Безводная серная кислота хорошо растворяет SO₃ и реагирует с ним, образуя пиросерную кислоту, получающуюся по реакции:

Н₂ SO₄ + SO₃ =H₂ S₂ O₇

Растворы SO₃ в серной кислоте называются олеумом. Они образуют два соединения: H₂ SO₄ ·SO₃ и H₂ SO₄ ·2SO₃ [5].

1.4 Химические свойства разбавленной серной кислоты

Окислительные свойства для разбавленной серной кислоты нехарактерны. Разбавленная серная кислота обладает химическими свойствами, характерными для всех кислот: взаимодействует с основаниями, с основными и амфотерными оксидами, с солями:

H₂ SO₄ + 2NaOH = Na₂ SO₄ + 2H₂ O

H₂ SO₄ + CaO = Ca SO₄ + H₂ O

H₂ SO₄ + СaCO₃ = Ca SO₄ + CO₂ ↑+ H₂ O

При взаимодействии разбавленной серной кислоты с металлами, стоящими в ряду стандартных электродных потенциалов левее водорода, образуются соли серной кислоты (сульфаты) и выделяется водород:

Zn + H₂ SO₄ = ZnSO₄ + H₂ ↑

Свинец не растворяется в разбавленной серной кислоте вследствие образования на его поверхности нерастворимого сульфата свинца [6].

2.Выбор и обоснование источников сырья

Для получения серной кислоты используют серу или содержащие серу соединения, из которых может быть получен сернистый ангидрид.

Один из распространенных видов сырья для по­лучения серной кис­лоты — пирит, или сер­ный колчедан FeS₂ .

Встречается соедине­ние серы с двумя ме­таллами, например с медью и железом (халькопирит). Серу содержат сульфаты: гипс (сульфат каль­ция), мирабилит (суль­фат натрия), глауберит (сульфат натрия и кальция) и др. Сера есть в угле, нефти, го­рючих и топочных газах.

Много серы в виде сернистого ангидрида имеется в составе отходящих газов металлургических печей. Сера содержится и в сероводороде, получающем­ся при коксовании угля или содержащемся в генератор­ном газе, газах нефтепереработки, попутных нефтяных газах и природном газе. Иногда для производства серной кислоты используют отходы некоторых производств, применяющих серную кислоту. Это кислые гудроны, тра­вильные растворы, фосфогипс и др.

В разных странах соотношение различных видов сырья, применяемого для производства серной кислоты, неодинаково. Большинство стран в качестве основного сырья использует серный колчедан, в США серную кис­лоту получают преимущественно из серы. Следует, од-, нако, отметить, что доля колчедана в общем балансе се-русодержащего сырья уменьшается из-за все более ши­рокого использования серы.

Серный колчедан

Основные залежи колчедана имеются в России (глав­ным образом на Урале), в Испании, Японии, Канаде, Индии, Португалии, Италии, Норвегии.

Серный колчедан FeS₂ содержит 53,4% S и 46,6% Fe.

Существуют следующие сорта колчедана: рядовой, флотационный и пиритный концентрат. Рядовой колчедан добывают в рудниках в виде кусков размером 50— 400 мм. Флотационный колчедан получается как отход при флотационном обогащении руд, содержащихся в ка­честве примесей к рядовому колчедану. Пиритный кон­центрат получают при вторичной флотации колчедана с отделением пустой породы.

Флотационный метод обогащения основан на различ­ной смачиваемости зерен отдельных минералов водой. Частицы несмачиваемого (гидрофобного) минерала, не преодолевая сил поверхностного натяжения воды, оста­ются на ее поверхности. Частицы смачиваемого (гидро­фильного) материала обволакиваются пленкой жидко­сти и увлекаются на дно аппарата. Минерал, плаваю­щий на поверхности, снимают, отделяя от руды.

Флотацию проводят во флотационных машинах раз­личного типа. Процесс флотации заключается в смеши­вании раздробленного колчедана с водой и флотореагентами — пенообразующими веществами (деготь, хвой­ные масла и др.)» и продувании воздуха. Гидрофобные частицы отделяемой примеси колчедана (например, медь) прилипают к воздушным пузырькам и всплыва­ют с ними (это концентрат), а колчедан осаждается на дно (флотационный колчедан, или флотохвосты). Вторичная флотация флотохвостов с применением другого флотореагента дает пиритный концентрат. Пиритный концентрат часто называют тоже флотационным колчеданом.

Перед отправкой потребителю флотационный колче­дан высушивают до содержания в нем влаги 3,8%.

Серный колчедан может содержать примеси соеди­нений меди, цинка, свинца, мышьяка, никеля, кобальта, селена, висмута, теллура, кадмия, карбонаты и сульфаты кальция и магния, а также золото и серебро. Содер­жание селена составляет до 220 г/т, золота до 4 г/т, се­ребра до 40 г/т, мышьяка до 0,4%, фтора до 0,02%.

Флотационный колчедан содержит те же примеси, но в меньших концентрациях. Средние данные о химическом составе флотационного колчедана, поступающего на сернокислотные заводы, следующие:

Компоненты	Содержание, %	Компоненты	Содержание, г/т
Сера	40-45	Золото	1-5
Железо	35-39	Серебро	20-25
Медь	0,3-0,5	Кадмий	5,5-8,1
Свинец	0,01-0,2	Кобальт	50-200
Цинк	0,5-0,6	Селен	30-60
Мышьяк	0,07-0,09	Теллур	25-40
SiО2	14-18
Н2 О	3,8

В качестве сырья для серной кислоты может «быть применен также углистый колчедан. Он получается пу­тем отделения от углей (сортировкой и грохочением) и содержит до 18% углерода (именно с этим связано его название).

3. Синтез и анализ ХТС