Путешествие в Страну элементов

Если даже не говорить о тех отраслях промышленности, которые были вызваны к жизни серной кислотой, то многие существовавшие раньше производства продолжали бы носить кустарный, примитивный характер. Люди так же архаично, как и в средние века, изготовляли бы бумагу, чернила, получали бы многие цветные металлы, красили ткани…

Могли ли предполагать средневековые алхимики, которые 10 веков тому назад впервые приготовили серную кислоту прокаливанием «зеленого камня» — железного купороса, что открытое ими вещество станет таким полезным для человечества?

10 веков тому назад… В лаборатории какого мечтателя-алхимика родилась серная кислота? Быть может, честь ее открытия принадлежит известному персидскому ученому Абубекеру-аль-Разу, как считают многие историки химии. Прокаливанием железного купороса ее получали на протяжении многих столетий. И лишь в XV веке возник новый метод: сжигание смеси серы и селитры. Этот способ просуществовал почти 300 лет. Он выдержал испытание временем, но имел и свои недостатки: так можно было получать очень незначительные количества кислоты.

Жизнь шла вперед, она ставила перед людьми новые задачи. Серная кислота должна была выйти за пределы небольших лабораторий и аптек. Все упиралось в один, казалось бы, неразрешимый вопрос: в каких сосудах должна производиться серная кислота? Алхимики и аптекари пользовались стеклянной посудой, которая, конечно, была непригодной для широкого производства. Все известные до тех пор металлы тоже не годились для этого, так как подвергались разрушению.

По проекту Робака в 1741 году в Шотландии был построен первый завод камерного получения серной кислоты.

В 1806 году французские химики Клеман и Дезорм сделали важное для сернокислотного производства открытие: они доказали, что в камерном производстве серной кислоты окисление сернистого газа происходит за счет передачи ему кислорода окислами азота.

Так селитра была заменена азотной кислотой. Это открытие заложило принципиальные основы получения серной кислоты способом, который носит название камерного.

Для получения серной кислоты нужен сернистый газ. Он образуется при обжиге сульфидов, затем следует окисление его в серный ангидрид, соединение серного ангидрида с водой, и… серная кислота готова. Казалось бы, как это просто!

На самом деле получение серной кислоты — сложный технологический процесс, в котором связаны между собой многие химические превращения. На протяжении всей истории сернокислотного производства химики напряженно искали и находили различные усовершенствования, которые делали получение серной кислоты более простым и экономичным.

Старый камерный способ получения серной кислоты с течением времени был заменен более современным башенным способом. Но усовершенствования коснулись лишь технологии — камеры последовательно были заменены башнями; химическая же сторона процесса и в том и в другом случае осталась неизменной. Оба способа можно объединить под общим названием нитрозного способа получения серной кислоты.

Нитрозный способ заключается в окислении сернистого газа до серной кислоты. Окислителем служит двуокись азота, растворенная в воде. Химическое уравнение этого процесса очень простое:

SO₂ + NO₂ + H₂O = H₂SO₄ + NO.

Образовавшаяся окись азота (NO) не теряется в ходе производства. Кислород снова окисляет ее до двуокиси, и возрожденная NO₂ может быть использована повторно. Этот факт представляет большую экономическую ценность. Окислы азота, по существу, не расходуются. Передавая кислород сернистому газу, двуокись азота ускоряет процесс ее окисления. Она выступает в роли своеобразного катализатора.

Как же все это происходит на практике? Выходящие из колчеданных печей газы содержат сернистый ангидрид. Они проходят через продукционные башни, где орошаются нитрозой. Нитроза представляет собой серную кислоту, в которой растворена нитрозилсерная кислота (NOHSO₄). Кроме нитрозы, в продукционные башни вводится также вода. При этом из нитрозилсерной кислоты получаются серная и азотистая кислоты.

Азотистая кислота окисляет сернистую кислоту, образующуюся из сернистого газа и воды, в серную кислоту.

Газы, содержащие окислы азота, поступают в абсорбционные башни, орошаемые серной кислотой. В этих башнях происходит образование нитрозилсерной кислоты. Окислы азота, таким образом, улавливаются и не попадают в атмосферу.

Башенным способом получается не очень крепкая серная кислота. Концентрация ее не превышает 75 процентов. Такая кислота идет обычно на изготовление искусственных удобрений. Для получения концентрированной серной кислоты пользуются так называемым контактным способом. Он заключается в окислении сернистого газа кислородом воздуха при контакте с катализатором и последующем соединении полученного серного ангидрида с водой.