Книга Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров

Когда участники Каракумской экспедиции, вернувшись из пустыни, стали разбирать образцы серной руды, они поразились следующему обстоятельству: бумага, в которую была завернута руда, превратилась в жалкие лохмотья; даже деревянные ящики и те оказались поврежденными.

Академик Ферсман приписал разрушающее действие серной кислоте, которая иногда сопровождает месторождения колчеданов и самородной серы. Это была природная серная кислота. По мнению Ферсмана, в природе существуют довольно значительные скопления этого жидкого минерала. Особенно велики запасы природной серной кислоты в каракумских песках, что объясняется особыми климатическими и геохимическими условиями. Было подсчитано, что скопления свободной серной кислоты в одном из крупнейших серных бугров Каракумов, бугре Дарваз, исчисляется сотнями моногидрата — чистой безводной серной кислоты.

Трудно переоценить значение серной кислоты в жизни человека. Производство ее служит критерием химической мощи каждой развитой страны. Ни один химический продукт не имеет столь разнообразного применения, как серная кислота. С ее помощью получают многие другие кислоты: фосфорную, соляную, плавиковую, уксусную, а также разнообразные технические соли.

Почти половина всей вырабатываемой серной кислоты идет на изготовление сельскохозяйственных удобрений, главным образом суперфосфата.

Без нее невозможно производить взрывчатые вещества.

В нефтяной промышленности ею пользуются для очистки керосина, смазочных масел и других нефтепродуктов; в машиностроении она употребляется для травления металлов; в металлургии — для получения меди, цинка, кобальта, никеля и других цветных металлов.

Текстильщики с помощью сернокислых солей алюминия и бария производят предварительную обработку ткани перед крашением.

Серной кислотой пользуются для изготовления пластических масс и искусственного волокна. Она необходима для многих процессов промышленного органического синтеза.

Серная кислота, вернее — предметы, изготовленные с ее помощью, окружает нас и в повседневной жизни. Спички, целлулоид, краски, мыло и даже бумага и чернила, которыми мы пишем, сделаны не без участия серной кислоты и ее производных.

Серная кислота явилась одним из основных стимуляторов технического прогресса.

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.

В особых печах обжигают сернистые металлы (как правило, железный колчедан, или пирит). При обжиге получается сернистый газ в смеси с воздухом. Он подвергается тщательной очистке от пыли и, что еще важнее, от различных примесей, которые могут отравлять катализатор: например, от трехокиси мышьяка.

И лишь после этого подогретая смесь газов идет в контактный аппарат. Образовавшийся серный ангидрид «улавливается» концентрированной серной кислотой, которая, насыщаясь, превращается в маслянистую густую жидкость — олеум. Так называют раствор серного ангидрида в безводной