- 硫酸，硫酸的前身
- 式
- 化学结构
- 在2D中
- 在3D中
- 特点
- 物理和化学特性
- 与空气和水的反应
- 可燃性
- 反应性
- 毒性
- 应用领域
- 间接
- 直接
- 硫酸工业的发展
- 硫酸工艺
- 诺德豪森的硫酸
- 领导室
- 处理
- 当前生产：接触过程
- 双重接触过程
- 用于生产硫酸的原料
- 黄铁矿
- 二氧化硫
- 回收利用
- 临床效果
- 安全与风险
- 全球化学品统一分类和标签制度（GHS）的危险说明
- GHS危险等级
- 防范说明代码
- 参考文献
在硫酸（H 2 SO 4）是液体，油性，无色化合物，溶于用的热释放水和腐蚀金属和织物。与木材接触会烧焦木材和大多数有机物，但不太可能引起火灾。
硫酸也许是所有重工业化学品中最重要的，其消耗量已被多次引用来指示一国经济的总体状况。
硫酸96％超纯
长期接触低浓度或短期接触高浓度会导致不利的健康影响。迄今为止，硫酸最重要的用途是在磷肥工业中。
其他重要应用还包括石油精炼，颜料生产，钢酸洗，有色金属提取以及炸药，洗涤剂，塑料，人造纤维和医药产品的生产。
硫酸，硫酸的前身
在中世纪的欧洲，炼金术士将硫酸称为硫酸，硫酸油或硫酸白酒。它被认为是最重要的化学物质，并被尝试用作哲学家的石头。
硫酸骨架配方
苏美尔人已经有了各种类型的硫酸的清单。此外，希腊医生迪奥斯科里德斯（Dioscorides）和老普林尼（Pliny the Elder）也提高了医疗用途。
左：1771年约瑟夫·赖特（Joseph Wright）的“炼金术士，寻找哲学家的石头” /右图：根据炼金术士座右铭“ Visit interiora terrae”；矫正隐匿症”（“访问地球内部，矫正您会发现隐藏的石头”）。Stolzius von Stolzembuirg，Theatrum Chymicum，1614年
在希腊化炼金术著作中，已经提到了硫酸物质的冶金用途。硫酸是指可以从中获得硫酸的一组玻璃状矿物质。
式
-式：H 2 SO 4
编号Cas：7664-93-9
化学结构
在2D中
硫酸
在3D中
硫酸/球棒分子模型
硫酸/球分子模型
特点
物理和化学特性
硫酸属于强氧化性酸的反应性基团。
与空气和水的反应
-除非酸度超过80-90％，否则与水的反应可以忽略不计，否则水解热极高，可能导致严重灼伤。
可燃性
-强氧化剂通常不可燃。它们可以通过向燃烧位置提供氧气来加速其他材料的燃烧。
-但是，硫酸具有高反应活性，与硫酸接触时能点燃细碎的可燃材料。
-加热时会散发出剧毒烟雾。
-具有爆炸性或与多种物质不相容。
-在高温高压下会发生剧烈的化学变化。
-会与水剧烈反应。
反应性
-硫酸是强酸性的。
-与五氟化溴剧烈反应。
-在80°C下用对硝基甲苯爆炸。
-将浓硫酸与结晶高锰酸钾混合在装有水分的容器中时，会发生爆炸。形成七氧化二锰，在70°C时爆炸。
-丙烯腈与浓硫酸的混合物必须保持良好的冷藏状态，否则会发生剧烈的放热反应。
-将硫酸（96％）与以下任何物质等份混合时，温度和压力升高：乙腈，丙烯醛，2-氨基乙醇，氢氧化铵（28％），苯胺，正丁醛，氯磺酸，乙二胺，亚乙基亚胺，表氯醇，亚乙基氰醇，盐酸（36％），氢氟酸（48.7％），环氧丙烷，氢氧化钠，苯乙烯单体。
-硫酸（浓）与碳化物，溴酸盐，氯酸盐，底漆材料，苦味酸盐和金属粉末接触非常危险。
-可能引起烯丙基氯剧烈聚合，并与次氯酸钠放热反应，生成氯气。
-通过将氯硫酸和98％硫酸混合，获得HCl。
毒性
-硫酸腐蚀所有人体组织。吸入蒸气会导致严重的肺损伤。眼睛接触可能导致视力完全丧失。与皮肤接触可导致严重坏死。
-摄入1茶匙至半盎司浓缩化学药品中的硫酸对成年人可能是致命的。如果酸进入气管，即使滴几滴也可能致命。
-长期暴露会引起气管支气管炎，口腔炎，结膜炎和胃炎。可能会发生胃穿孔和腹膜炎，然后循环衰竭。循环休克通常是直接的死亡原因。
-患有慢性呼吸道，胃肠道或神经疾病以及任何眼睛和皮肤疾病的人处于较高的风险中。
应用领域
-硫酸是世界上使用最广泛的工业化学品之一。但是，它的大部分用途都可以视为间接用途，可以作为试剂而不是成分参与。
-大多数硫酸最终会在生产其他化合物时以废酸的形式出现，或者以某种类型的硫酸盐残留物形式出现。
-许多产品都含有硫或硫酸，但几乎所有产品都是特殊的小批量产品。
-2014年生产的硫酸约有19％被约20种化学工艺消耗，其余的则被广泛用于各种工业和技术应用。
-全世界对硫酸的需求的增长是以降序排列的，这归因于磷酸，二氧化钛，氢氟酸，硫酸铵以及铀加工和冶金应用的生产。
间接
-迄今为止，硫酸的最大消费国是化肥工业。它占2014年全球总消费量的58％以上。但是，到2019年，这一份额预计将下降至约56％，这主要是由于其他化学和工业应用的增长所致。
-磷酸盐肥料的生产，尤其是磷酸，是硫酸的主要市场。它还用于制造肥料材料，例如三重过磷酸钙和磷酸一铵和二铵。少量用于生产过磷酸钙和硫酸铵。
-在其他工业应用中，大量的硫酸在涉及诸如硝化，缩合和脱水等反应的有机化学和石油化学过程中以及在提纯精制过程中用作酸脱水反应介质。石油，用于粗馏分油的精制，烷基化和提纯。
-在无机化学工业中，其在生产TiO2颜料，盐酸和氢氟酸中的用途非常显着。
-在金属加工业中，硫酸用于钢的酸洗，矿物的湿法冶金工艺中的铜，铀和钒矿石的浸出，以及电解槽的提纯和电镀中。有色金属。
-在造纸工业，某些纺织品的生产，化学纤维的生产和皮革的鞣制中，某些纸浆生产过程也需要硫酸。
直接
-将硫酸掺入最终产品中的硫酸最大的用途可能是在有机磺化过程中，特别是用于生产洗涤剂。
-磺化在获得其他有机化学品和次要药物方面也起着重要作用。
-铅酸电池是最著名的含硫酸的消费产品之一，仅占总硫酸消耗量的一小部分。
-在某些条件下，硫酸直接用于农业，以修复高碱性土壤，例如美国西部沙漠地区发现的土壤。然而，就所用硫酸的总体积而言，这种使用不是很重要。
硫酸工业的发展
硫酸工艺
形成蓝色硫酸的硫酸铜（II）晶体
获得硫酸的最古老的方法是所谓的“硫酸法”，它是基于天然来源的硫酸盐（各种硫酸盐）的热分解。
波斯炼金术士JābiribnHayyān（也称为Geber，721-815 AD），Razi（865-925 AD）和Jamal Din al-Watwat（1318 AD）在其矿物分类清单中包括了硫酸。
Jabir ibn Hayyan的著作首次提到了“硫酸工艺”。然后，炼金术士大圣阿尔伯特（Saint Albert the Great）和瓦伦丁（Basilius Valentinus）更详细地描述了这一过程。使用明矾和黄铜矿（蓝色硫酸）作为原料。
在中世纪末期，在玻璃容器中少量获得硫酸，在潮湿的环境中，硝石将硫磺燃烧。
由于对硫酸的需求增加，从16世纪开始，硫酸工艺便开始以工业规模使用。
诺德豪森的硫酸
生产的重点是在诺德豪森的德国城市（这就是为什么矾开始被称为“北豪森矾”），被用在硫酸亚铁（绿矾，硫酸亚铁4 - 7H 2 O）作为原料，将其加热，并将得到的三氧化硫与水混合，得到硫酸（硫酸油）。
该工艺在厨房中进行，其中一些具有多个平行的水平，以便获得更多量的硫酸油。
厨房用于生产硫酸
领导室
在18世纪，开发了一种更经济的硫酸生产工艺，称为“铅室工艺”。
在此之前，所获得的最大酸浓度为78％，而在“硫酸工艺”中获得的是浓酸和发烟硫酸，因此该方法继续在工业的某些部门中使用，直到“脱硫工艺”出现为止。 1870年的“接触”，从而可以更便宜地获得浓酸。
油脂或发烟硫酸（CAS：8014-95-7）是一种油状稠度和深棕色溶液，具有三氧化硫和硫酸的可变组成，可以用式H 2 SO 4表示。 xSO 3（其中x表示氧化硫（VI）的自由摩尔含量）。x的值为1给出了经验式H 2 S 2 O 7，其对应于二硫酸（或焦硫酸）。
处理
铅室工艺是用于大量生产硫酸的工业方法，之后被“接触工艺”所取代。
1746年，约翰·罗巴克（John Roebuck）在英国伯明翰的铅衬里腔室开始生产硫酸，这种硫酸腔室比以前使用的玻璃容器更坚固，成本更低，并且可以做得更大。
将二氧化硫（来自元素硫或含硫的金属矿物，例如黄铁矿的燃烧）与蒸汽和氮氧化物一起引入衬有铅片的大室内。
二氧化硫和二氧化氮溶解，并且在约30分钟的时间内，二氧化硫被氧化为硫酸。
这可以使硫酸生产有效地工业化，并且经过各种改进，该工艺在近两个世纪以来一直是标准的生产方法。
1793年，Clemente和Desormes通过将补充空气引入铅室工艺中获得了更好的结果。
在1827年，盖伊·卢萨克（Gay-Lussac）提出了一种从铅室废气中吸收氮氧化物的方法。
1859年，格洛弗（Glover）开发了一种通过用热气汽提从新形成的酸中回收氮氧化物的方法，这使连续进行氮氧化物催化过程成为可能。
在1923年，彼得森（Petersen）引入了一种改进的塔式工艺，使其在1950年代之前一直可以与接触工艺竞争。
制浆过程变得如此强大，以至于在1946年它仍然占世界硫酸产量的25％。
当前生产：接触过程
接触过程是当前高浓度生产硫酸的方法，这是现代工业过程中必需的。铂曾经是该反应的催化剂。但是，现在优选五氧化二钒（V2O5）。
1831年，在英国的布里斯托尔，百富勤·菲利普斯（Peregrine Phillips）在高温下使用铂催化剂将二氧化硫氧化为三氧化硫的专利。
然而，仅在大约1872年后，对发烟硫酸的生产染料的需求增加之后，才开始采用他的发明，并大力发展接触方法。
接下来，寻找更好的固体催化剂，并研究了SO2 / SO3平衡的化学性质和热力学。
联系过程可以分为五个阶段：
- 硫和双氧（O2）结合形成二氧化硫。
- 在纯化单元中纯化二氧化硫。
- 在五氧化二钒催化剂存在下，在450°C的温度和1-2 atm的压力下，向二氧化硫中添加过量的双氧。
- 将形成的三氧化硫添加到硫酸中，得到发烟硫酸（二硫酸）。
- 然后将发烟硫酸添加到水中以形成高度浓缩的硫酸。
以黄铁矿为原料的接触法生产硫酸的方案
氮氧化物工艺（在铅室工艺期间）的基本缺点是，所获得的硫酸浓度最高不得超过70％到75％，而接触工艺会产生浓酸（98 ％）。
随着用于接触过程的相对便宜的钒催化剂的发展，再加上对浓硫酸的需求不断增加，氮氧化物加工厂的全球硫酸产量稳步下降。
到1980年，西欧和北美的氮氧化物加工厂几乎没有生产酸。
双重接触过程
双接触双吸收工艺（DCDA或双接触双吸收）引入了对硫酸生产接触工艺的改进。
1960年，拜耳为所谓的双重催化工艺申请了专利。1964年开始使用这种工艺的第一家工厂。
通过在最终的催化阶段之前引入一个初步的SO 3吸收阶段，改进的接触过程可以显着提高SO 2转化率，从而大大减少其向大气的排放。
气体通过最终吸收塔返回，不仅获得了从SO 2到SO 3的高转化效率（约99.8％），而且还允许生产更高浓度的硫酸。
该过程与普通接触过程之间的本质区别在于吸收阶段的数量。
从1970年代开始，主要工业国家对环境保护提出了更严格的规定，双重接管过程在新工厂中变得更加普遍。但是，许多环境标准不太严格的发展中国家仍在使用常规的接触方法。
当前接触工艺发展的主要动力集中在提高工艺中产生的大量能量的回收和利用上。
实际上，大型现代化硫酸厂不仅可以看作是化工厂，而且可以看作是火力发电厂。
用于生产硫酸的原料
黄铁矿
黄铁矿是硫酸生产中的主要原材料，直到20世纪中叶，从炼油过程和天然气提纯中开始回收大量的元素硫，成为了主要原料。行业溢价。
二氧化硫
目前，二氧化硫是通过各种方法从各种原料中获得的。
在美国，自20世纪初以来，该行业的基础是通过“ Frasch工艺”从地下沉积物中获得元素硫。
通过浓缩和纯化作为其他工业过程的副产物而获得的大量硫酸，也可以产生中等浓度的硫酸。
回收利用
从环境的角度来看，这种酸的再循环越来越重要，特别是在主要发达国家。
当然，基于元素硫和黄铁矿的硫酸生产对市场条件相对敏感，因为由这些材料生产的酸代表一种主要产品。
相反，当硫酸是一种副产品，目的是从另一种工艺中除去废物时，其生产水平不是由硫酸市场的状况决定的，而是由市场条件决定的。主要产品。
临床效果
-硫酸用于工业和某些家用清洁产品，例如浴室清洁剂。它也用于电池。
-故意摄入，尤其是高度浓缩的产品，可能会导致严重的伤害和死亡。这些摄入暴露在美国很少见，但在世界其他地区很常见。
-这是一种强酸，会引起组织损伤和蛋白质凝结。它腐蚀皮肤，眼睛，鼻子，粘膜，呼吸道和胃肠道，或与之接触的任何组织。
-损伤的严重程度取决于接触的浓度和持续时间。
-较低的暴露量（浓度低于10％）只会引起皮肤，上呼吸道和胃肠道粘膜刺激。
-急性吸入暴露对呼吸系统的影响包括：刺激鼻子和喉咙，咳嗽，打喷嚏，反射性支气管痉挛，呼吸困难和肺水肿。死亡可能因突然的循环系统衰竭，声门水肿和气道受累或急性肺损伤而发生。
-摄入硫酸可能会立即导致上腹部疼痛，恶心，流涎以及类似“咖啡渣”的粘液或出血性物质呕吐。偶尔会出现新鲜血液的呕吐。
-摄入浓硫酸会引起食道腐蚀，坏死和食道或胃穿孔，尤其是幽门。偶尔会看到小肠受伤。以后的并发症可能包括狭窄和瘘管形成。摄入后，可能会发生代谢性酸中毒。
-严重的皮肤烧伤可能会出现坏死和疤痕。如果身体表面足够大的面积受到影响，这可能是致命的。
-眼睛对腐蚀伤害特别敏感。即使使用低浓度的硫酸也可能引起刺激，流泪和结膜炎。高浓度的硫酸飞溅会导致：角膜烧伤，视力下降，并偶尔出现眼球穿孔。
-长期暴露可能与肺功能改变，慢性支气管炎，结膜炎，肺气肿，频繁的呼吸道感染，胃炎，牙釉质侵蚀以及可能的呼吸道癌症有关。
安全与风险
全球化学品统一分类和标签制度（GHS）的危险说明
全球化学品统一分类和标签制度（GHS）是联合国创建的一项国际商定系统，旨在通过使用全球一致的标准来取代不同国家使用的各种分类和标签标准（国家联合国，2015年）。
危害等级（及其对应的GHS章节），分类和标签标准以及关于硫酸的建议如下（欧洲化学品管理局，2017；联合国，2015； PubChem，2017）：
GHS危险等级
H303：吞咽可能有害（PubChem，2017）。
H314：造成严重的皮肤灼伤和眼损伤（PubChem，2017年）。
H318：造成严重眼损伤（PubChem，2017）。
H330：吸入致命（PubChem，2017）。
H370：对器官造成损害（PubChem，2017年）。
H372：长期或反复接触会对器官造成伤害（PubChem，2017）。
H402：对水生生物有害（PubChem，2017）。
防范说明代码
P260，P264，P270，P271，P273，P280，P284，P301 + P330 + P331，P303 + P361 + P353，P304 + P340，P305 + P351 + P338，P307 + P311，P310，P312，P314，P320，P321， P363，P403 + P233，P405和P501（PubChem，2017）。
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