硫酸的物化性质和制备方法

[db:作者] / 2023-02-07 00:00

硫酸

[物化性质]

硫酸，分子式为H2SO4，相对分子质量98.07，为无色透明油状液体，熔点10.4℃。沸点290℃。密度1.84g/cm3。能以任意比例与水混合，并放出大量的热。化学性质活泼，几乎与所有金属、氧化物、氢氧化物反应生成硫酸盐。具有极强的吸水性和氧化性，能使棉布、纸张、木材等碳水化合物脱水碳化，接触人体能引起严重的烧伤。空气中体积含量达4%～75%时具有爆炸性。无水硫酸在10℃凝固，加热到340℃分解成三氧化硫和水。浓度低于76%的硫酸与金属反应会放出氢气。市售硫酸按纯度不同颜色自无色、黄色乃至红棕色。密度随含量增加而增加，熔点随含量减少而下降。

[制备方法]

(1)硫磺法

由硫磺制取二氧化硫气体，再将二氧化硫催化氧化，生成三氧化硫，最后将三氧化硫与水接触制取硫酸。

(2) 硫铁矿法

以硫化铁矿为原料，经焙烧得到二氧化疏，经净化、氧化成三氧化硫，用稀硫酸吸收得到成品。

(3)中国专利CN1113878A

此法也是利用焙烧硫化铁矿法，但是，在制备过程中，采用含N20～60%(重量含量)的纯氧或富氧空气依次顺流流入串联的1～5个硫铁矿氧化焙烧炉中进行硫铁矿的焙烧，每个炉的出口气体温度为600～1000℃。此高温可用于产生蒸汽及发电。焙烧硫铁矿完毕后的气体经处理后进入转化炉进行转化，使气体中含有的大部分SO2(50%～100%)转化为SO3，转化后的气体被吸收制备硫酸，吸收后气体中的SO3 50%～100%转化为硫酸产品，所得的最终尾气经升温加压或被喷射吸引后返回硫铁矿焙烧炉前与氧气混合或返回SO2转化炉前与SO2炉气混合或返回SO3吸收塔前与SO3炉气混合后循环使用。由于生产过程中使用的氧气中含有部分氮气，因此，在生产过程中，气体中N2的含量逐渐增加。当N2含量达到一定数值时，排放部分硫酸吸收塔后的最终尾气经处理后放空，以维持生产过程中的循环气体中氮的含量为一定数值。

(4)钛白废酸回收硫酸上

钛铁矿的主要成分是偏钛酸亚铁，是一种弱酸弱碱盐。硫酸法生产钛白的过程是使钛铁矿与硫酸反应生成可溶性的钛盐进入溶液，然后通过物理、化学方法使其呈偏钛酸析出，废酸液的有关成分如下:

水合TiO2悬浮物和Ti3+共5%～10%，FeSO4 17%，游离酸(H2SO4) 15%～20%。

李海等采用了溶剂萃取与蒸发浓缩相结合的方法综合利用钛白废酸。主要操作步骤如下。

①向钛白废酸中加入盐酸，用磷酸三丁酯(TBP)萃取Fe3+,得到萃合物为HFeCl4·2TBP；

②在TBP浓度为2.53mol/L、HCI浓度为4.53mol/L、萃取与反萃取相比均为1的条件下，对Fe3+浓度为1.023mol/L的钛白废酸进行连续5级逆流萃取、反萃取，得总产率为99.4%、纯度为99.88%的氯化铁；

③对除Fe3+后的废酸直接蒸发浓缩，进行二次蒸发浓缩后硫酸质量分数可达80%以上。

此法以钛白废酸为原料，制得了氯化铁和盐酸，达到了综合利用钛白废液的目的。

(5)许多湿法冶金工艺会产生大量的废酸，比如在用溶液萃取和电解金属法生产铜的时候，产生的电解液中的硫酸浓度达到180g/L。Gottliebsen、Ken等用萃取法进行处理，硫酸浓度可降至18g/L，回收率达90%。萃取剂由三2-乙基己基胺(TEHA)、Shellsol2046和辛醇三种药剂组成，其中Shellsol2046的作用是降低萃取溶剂的黏性。随后，升温反萃取。实验对反应条件如萃取和反萃取温度、改良剂浓度、萃取相与水相的比例等，并进行优化实验。

[技术指标]GB/T534-2002工业硫酸

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