Серную кислоту добывают двумя различными методами: контактным и нитрозным. Независимо от метода добычи, всегда присутствуют три основных этапа:
- Добычи S02;
- Окисление SO2 в SO3;
- Извлечения серной кислоты.
Сульфитный ангидрид SO2 обычно добывают обжигом пирита (FeS2) как побочный продукт при выплавке железа. Вместо пирита используют также некоторые другие сульфиды (CdS, ZnS) или сероводород, выделенный из природного газа и нефти или полученный при коксовании угля. Иногда используют простое вещество серу.
Контактный метод извлечения серной кислоты
Перед обжигом пирит измельчают для ускорения горения. Для увеличения выхода сульфитного ангидрида в печь для обжига пирита дополнительно подают избыток кислорода. Проходит такая реакция:
4FeS2 + 11O2 ^ 2Fe2O3 + 8SO2 T.
Схема промышленной установки для производства серной кислоты по контактным методом изображена на рисунке.
Процесс работы этой установки заключается в следующем. В печи (2) происходит сжигание пирита. Кислород для горения подают через трубу (1). Поскольку в естественном минерале пирита содержится около 20% примесей, то после обжига, конечно же, в газах также будут примеси. Одной из таких примесей является мышьяк (iii) оксид. Эта сама по себе опасна для окружающей среды вещество каталитической ядом, то есть она нарушает работу катализатора. Для извлечения этой вредной примеси газовую смесь пропускают через специальные электрические фильтры (3) и промывную башню с водой (4). После промывки водой смесь становится влажной, и, для удаления примесей воды, смесь пропускают через колонку с концентрированной серной кислотой (5), которая эффективно поглощает влагу. Далее газовую смесь нагревают в теплообменнике (6) до температуры 450 °, и смесь попадает в контактный аппарат (7), в котором находится катализатор V2O5 (в роли катализатора иногда используют также ванадил сульфат VOSO4, платину или серебро). После этого образован серы триоксид растворяют в концентрированной серной кислоте (8), в результате чего образуется олеум, заполняющий цистерны посредством вывода готового продукта (9).