Концентрована сірчана кислота може окислювати неметали, наприклад:
S+2H2SO4=3SO2+2H2O
Окислювальні властивості концентрованої сірчаної кислоти можуть виявлятися в реакціях з деякими складними речовинами - востановітелямі, наприклад:
2KBr+2H2SO4=Br2+SO2+K2SO4+2H2O
Сірчана кислота виявляє всі типові властивості кислот. Так, вона реагує з основними амфотерними оксидами і гідроксидами з утворенням солей. Як двоосновна кислота H2SO4 утворює два типи солей: середні солі - сульфати і кислі солі - гідросульфат. Приклади реакцій:
Al2O3+3H2SO4=Al2 (SO4) 3+3Н2О
сульфат алюмінію
2КОН+Н2SO4=K2SO4+2H2O
сульфат калію
КОН+Н2SO+=KHSO4+H2O
гідросульфат калію
Гідросульфат утворюються, коли кислота береться у надлишку.
Багато солі сірчаної кислоти виділяються з розчинів у вигляді кристалогідратів, наприклад:
Al2 (SO4) 3 18Н2О Na2SО4 10Н2О
З деякими солями сірчана кислота вступає в реакції обміну, наприклад:
СаСО3+Н2SO4=CaSO4+СО2↑+Н2О
ВаСl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl
Остання реакція є якісною на сірчану кислоту та її солі: про їх присутності в розчині судять за освітою білого осаду ВаSO4, який практично не розчиняється у концентрування азотної кислоти.
При розчиненні у воді сірчана кислота активно взаємодіє з нею, утворюючи гідрати:
nH2O+H2SO4=H2SO4·nH2O
Завдяки здатності зв'язувати воду, сірчана кислота є хорошим осушувачем.
Багато органічних речовин, що містять водень і кисень (папір, деревина, тканини, цукру), при дії який сірчаної кислоти обвуглюються в результаті зв'язування кислотою води. Наприклад: процес обвуглювання цукру С12Н22О11 можна описати таким рівнянням:
nC12H22O11+H2SO4=12nC
У водних розчинах сірчана кислота дисоціює на іони
У водному розчині сірчана кислота є дуже сильною-вона дисоційований практично повністю за юбоім сходами. Безводна сірчана кислота дисоціює в незначній мірі, тобто є слабкою.
Весь процес можна розбити на три послідовні стадії: отримання діоксиду сірки, окислення його до триоксиду і поглинання триоксиду сірки.
Сировиною у виробництві сірчаної кислоти можуть бути елементарна сірка і різні серусодержащих з'єднання, з яких може бути отримана сірка або безпосередньо оксид сірки (IV).
Природні поклади самородної сірки невеликі, хоча кларк її дорівнює 0,1%. Найчастіше сірка знаходиться в природі у формі сульфідів металів і сульфатів метало, а також входить до складу нафти, кам'яного вугілля, природно-го і попутного газів. Значні кількості сірки містяться у вигляді ок-сіда сірки в топкових газах і газах кольорової металургії і у вигляді сероводо-роду, що виділяється при очищенні горючих газів.
Таким чином, сировинні джерела виробництва сірчаної кислоти досить різноманітні, хоча до цих пір в якості сировини використовують пре-майново елементарну сірку і залізний колчедан. Обмежене ис-користування таких видів сировини, як топкові гази теплових електростанцій і гази мідеплавильного виробництва, пояснюється низькою концентрацією в них оксиду сірки (IV).
При цьому частка колчедану в балансі сировини зменшується, а частка сірки зростає.
У загальній схемі сірчанокислотного виробництва істотне значення мають дві перші стадії - підготовка сировини і його спалювання або випалення. Їх зміст і апаратурне оформлення істотно залежать від природи сировини, яка значною мірою, визначає складність технологічного ського виробництва сірчаної кислоти.
В якості сировини для виробництва сірчаної кислоти застосовуються елементарна сірка і сірчаний колчедан, крім того, широко використовуються сірковмісні промислові відходи.
Сірчаний колчедан характеризується вмістом сірки 35...50%. У покладах сірчаного колчедану часто присутні сульфідні руди, які використовуються у виробництві кольорових металів (Си, Zn, Pb і ін)
Сульфідні руди піддаються випалу, в процесі якого утворюються сірчисті гази, які використовуються для виробництва сірчаної кислоти. В даний час сировиною для її виробництва служать сірководневі гази, які утворюються при переробці нафти, коксуванні вугілля, а також одержувані в процесі очищення природного газу.
Найбільш просто виробництво сірчаної кислоти з сірки, що виділяється з самородних руд або з побічних продуктів ряду виробництв (газової сірки). Однак вартість кислоти, одержуваної з сірки, вище, ніж з колчедану. Крім того, сірка необхідна для виробництва гуми, сірників, сірковуглецю, отрутохімікатів, лікарських препаратів і т.д.
На сучасному етапі забезпечення промисловості серосо-тримає сировиною передбачається за рахунок розробки природної та отримання попутної сірки. У кольоровій і чорній металургії, газової та нафтохімічної промисловості сірку одержують з газоконденсатом. Тому збільшується випуск флотаційного колчедану на підприємствах кольорової металургії.
Розробляється технологія переробки нових видів сировини: сульфатізірующій випал колективного сульфідного концентрату Соколовсько-Сарбайського комплексу та випал некондиційного колчедану.
Найбільш поширеним сировиною для отримання SO2 є пірит FeS2, який піддається випалу:
4FeS2 +11 O2 = 2FeO2 +8 SO2
Випал виробляють в спеціальній печі. В піч знизу під тиском подається повітря з такою швидкістю, щоб шар роздробленого піриту розпушується, але частки твердого речовини не неслися потоком повітря і випалювальних газів. Такий спосіб випалу називається випаленням в киплячому шарі, так як шар твердої речовини схожий на киплячу рідину.
У результаті випалу піриту виходить випалювальних газ, який, крім діоксиду сірки, містить кисень, азот, пари води та інші домішки. Деякі із цих домішок шкідливі для подальших процесів виробництва сірчаної кислоти, тому випалювальних газ піддається ретельному очищенню від твердих частинок (пилу) та вологи. Осушення газу проводиться концентрованої сірчаної кислотою.
Друга стадія виробництва сірчаної кислоти - окислювання діоксиду сірки киснем повітря до триоксиду. В даний час цей процес здійснюється контактниі способом: окислення проводиться при температурі 400 - 600 ° С в присутності каталізаторів (платина, оксид ванадію (V) V2O5 або оксид заліза (III) Fe2O3). Цей процес екзотермічний. Виділяється теплота використовується для підігріву обпалювальне газу.
Отриманий оксид сірки (VI) надходить у поглинальну башту, стінки якої зрошуються концентрованої сірчаної кислотою (масова частка H2SO4 98%). Поглинання триоксид сірки водою неефективно: утворюється "туман" з дрібних крапельок сірчаної кислоти, який довго концентрується.
Кінцевий продукт виробництва - розчин SO3 в сірчаній кислоті, званий олеумом. Він може бути розбавлений водою до сірчаної кислоти потрібної концентрації.
Процес отримання сірчаної кислоти контактним способом значно спрощується, якщо в якості сировини для отримання SO застосовувати сірку, майже не містить миш'яку, або сірководень, одержуваний при очищенні горючих газів і нафтопродуктів. При використанні в якості сировини виплавленої сірки процес виробництва сірчаної кислоти включає три стадії: спалювання сірки в форсункових печах; окислення діоксиду сірки в триоксид у контактних апаратах; абсорбцію триоксид сірки.
Спосіб отримання сірчаної кислоти з сірководню називається мокрим каталізом і складається з наступних основних етапів:
1) спалювання сірководню (2H2S + 302 - "2H2O + 2SO2),
2) окислення SO2 в SОз у присутності ванадієвого каталізатора і водяної пари, в результаті чого утворюється сірчана кислота у вигляді пари: 3) конденсації сірчаної кислоти при охолодженні парів.
Установка для отримання сірчаної кислоти за методом мокрого каталізу включає піч для спалювання сірководню, контактний апарат для окислення SO2 в SОз і башту з насадкою для конденсації утворюються пари кислоти. Такі установки будують на нафтопереробних заводах та інших підприємствах, що виробляють як відходи сірководневі гази.
Промисловість випускає технічну, акумуляторну та реактивну сірчану кислоту. Ці види кислоти відрізняються за призначенням і змістом основного компонента та домішок.
В даний час продуктивність типових технологічних ліній з виробництва сірчаної кислоти контактним способом складає 180 тис. т на рік. Заміна їх лініями потужністю 360 тис. т кислоти в рік дозволяє знизити питомі капітальні витрати на її виробництво на 30%, а собівартість продукції на 20%.
У значній мірі питомі капітальні витрати визначаються видом сировини: якщо при використанні природної сірки їх прийняти за 100%, то при використанні сірководню вони складуть 108%, газів, що відходять - 167, колчедану - 208%. Збільшення питомих капітальних витрат обумовлено головним чином витратами на спорудження очисних відділень. Подальше вдосконалення очисних операцій обумовлює зниження матеріаломісткості обладнання та зменшення капітальних витрат на виробництво сірчаної кислоти.
Перспективними щодо поліпшення техніко-економічних показників виробництва сірчаної кислоти є системи сухого очищення газу. Класичний контактний спосіб її виробництва включає низку протилежних процесів: гарячий випалювальних газ охолоджується в очисному відділенні, потім знову нагрівається в контактному; в промивних вежах газ зволожується, в сушильних - ретельно осушується. В СРСР на основі наукових досліджень створено новий процес виробництва сірчаної кислоти - суха очистка (СО). Основна особливість процесу СО полягає в тому, що після очищення від пилу гарячий випалювальних газ без охолодження, промивання і сушіння направляється безпосередньо в контактний апарат. Це забезпечується таким режимом роботи випалювальних печей зі зваженим (киплячим) шаром колчедану, при якому значна частина з'єднань миш'яку адсорбується недогарком. Таким чином, замість чотирьох етапів класичного процесу СО включає тільки три, за рахунок чого капіталовкладення знижуються на 15...25%, собівартість сірчаної кислоти - на 10...15%.