Диоксид серы so2

Традиционно содержание Серы в удбрениях выражают содержанием Оксида серы. Все свойства Серы, как питательного элемента описаны в статье Сера.

Степень окисления
+4 для серы является довольно устойчивой
и проявляется в тетрагалогенидах SHal4,
оксодигалогенидах SOHal2,
диоксиде SO2 и
в отвечающих им анионах. Мы познакомимся
со свойствами диоксида серы и сернистой
кислоты.

Физические свойства диоксида
серы SO2. Диоксид
серы в обычных условиях – газ. Температура
сжижения его равна

(–10)ºС, поэтому
диоксид серы может использоваться как
хладагент.

Химические свойства. Сера в этом
соединении имеет степень окисления
(+4), поэтому проявляет как окислительные,
так и восстановительные свойства.

ПДК = 0,05% (об.)

Сырьём для получения SO2
являются следующие

материалы:

– флотационный колчедан, содержащий
пирит

4FeS2 + 11O2
=2Fe2O3
+ 8SO2
(2.1)

– элементарная сера

S + O2
= SO2
(2.2)

– газы, содержащие сероводород (это
природные газы, газы коксохимии, газы
цветной металлургии)

2Н2S + 3O2
= 2Н2О + 2SO2
(2.3)

– отходящие газ цветной металлургии,
содержащие SO2,

2Ме + n H2SO4
= Ме2(SO4)n
+ SO2
+ n H2O
(2.4)

– отработанная серная кислота

2H2SO4
= 2 SO2 + O2
+2H2O.
(2.5)

Диоксид серы применяется для получения
серной кислоты.

Основные стадии получения диоксида серы.

Уравнение химической реакции
получения диоксида серы.

4FeS2 + 11O2
= 2Fe2O3
+ 8SO2

Основные процессы (стадии) получения
диоксида серы:

– сушка флотационного колчедана;

– обжиг колчедана;

– охлаждение обжигового газа;

– очистка обжигового газа от пыли;

– специальная очистка (промывка);

– осушка газа.

В соответствии с указанной
последовательностью самостоятельно
составьте принципиальную схему
получения диоксида серы из флотационного
колчедана и объясните назначение каждой
стадии.

Самой первой стадии предшествует
измельчение колчедана.

Подумайте и ответьте, для чего измельчают
сырьё?

Подумайте и ответьте, для чего проводят
сушку колчедана?

Рассмотрим, что происходит при обжиге
колчедана. В состав флотационного
колчедана входит пирит FeS2,
который при взаимодействии с кислородом
воздуха образует обжиговый газ,
содержащий примерно 12 – 15% SO2
и огарок, содержащий твёрдую фазу
– оксид железа (III) Fe2O3,
не прореагировавший пирит FeS2
и твёрдые примеси колчедана.

Подумайте и ответьте, почему требуется
охлаждение обжигового газа перед
очисткой? как используется тепло
реакции? зачем необходима очистка от
пыли? зачем нужна специальная очистка?

Все указанные операции (стадии) нужны,
как минимум, для предотвращения засорения
аппаратуры, для уменьшения гидравлического
сопротивления в системе, главное для
предотвращения отравления катализатора,
предотвращения загрязнения готового
продукта, для извлечения ценных продуктов
(селена, теллура, фтора).

Диоксид серы (SO2) — бесцветный газ с резким неприятным запахом, похожим на сгоревшую спичку.  Тяжелее воздуха в два с половиной раза. Не подлежит горению. В сжиженное состояние переходит под давлением при температуре 10 градусов С. Растворим в воде, этиловом спирте, серной кислоте. Взаимодействуя с щелочью – образует сульфиты. Является главным компонентом в составе вулканических газов.

Применение диоксида серы

SO2 участвует в образовании серной кислоты, активно используется не только в химической промышленности, но и в различных экономических областях. Диоксид серы служит консервантом (E-220) в изготовлении слабоалкогольных напитков. Смесь служит отличным дезинфицирующим средством, им окуривают помещения с сельскохозяйственными продуктами, винные бочки и погреба для предупреждения образования грибка или бактерий. Широко применяется в пищевой промышленности как антибактериальный и консервирующий препарат. В нем обрабатывают свежие овощи и фрукты или добавляют в сиропы. Содержится в соках и овощных пюре во избежание окисления продукции. Сернистый газ используют при отбеливании шерсти, шелка, соломы и во многих других отраслях производства и промышленности.

Отравление сернистым газом

Отравиться парами сернистого газа можно как в домашних условиях так и на производстве:

Вещество обладает сильными токсическими свойствами и оказывает раздражающее воздействие на слизистую. Малая доля газа в воздухе вызывает раздражение глаз и верхних дыхательных путей, гиперемию слизистой оболочки, першение в горле, насморк, кашель и хрипоту. При более большом скоплении следует воспаление или ожог носоглотки, глаз, бронхов и трахеи. Тяжелая форма интоксикации приводит к гнойному бронхиту, острой эмфиземе и токсической пневмонии, что сопровождается расстройством сознания. Вдыхание опасной примеси в крупном количестве способствует образованию рефлекторного спазма голосовой щели, появляется чувство удушья. В сжиженном виде, при попадании в глаза, верхние слои роговицы сильно повреждаются, что чревато потерей зрения. При поражении кожных покровов, подверженная воздействию зона бледнеет, а после появляется гиперемия и пузыри.

До приезда медработников пострадавшему нужно оказать следующую помощь:

Последующим лечением занимаются специалисты скорой помощи.

Диоксид углерода в воздухе рабочей зоны

Чтобы предотвратить производственную аварию, помещение должно соответствовать всем нормам работы с диоксидом серы, а работникам следует соблюдать правила безопасности:

Предельно допустимая концентрация токсичного газа в воздухе – 10 мг/м3. Для обеспечения контроля содержания SO2, рабочая зона должна быть оснащена специальными газоаналитическими приборами, которые можно приобрести в компании – проверенного поставщика КИПиА.

Для беспрерывной проверки рабочей зоны на содержание вещества, и оповещения сотрудников о превышении допустимого порога скопления сернистого газа служат стационарные газоанализаторы: , , , , .

Периодическую диагностику загазованности помогут провести переносные устройства: , , , MRU NOVA Plus, , , , , , , , , , , .

Данные аппараты помогут вовремя среагировать на утечку и не допустить отравления рабочего персонала.

Диоксид
серы (IV) (оксид азота, двуокись серы,
сернистый газ, сернистый ангидрид) —
SO2. В нормальных условиях представляет
собой бесцветный газ с характерным
резким запахом (запах загорающейся спички).
Под давлением сжижается при комнатной
температуре. Растворяется в воде с
образованием нестойкой сернистой
кислоты;
растворимость 11,5 г/100 г воды при 20 °C,
снижается с ростом температуры.
Растворяется также в этаноле, серной
кислоте.
SO2 — один из основных
компонентов вулканических газов.

SO2 очень
токсичен. Симптомы при отравлении сернистым
газом — насморк, кашель, охриплость,
сильное першение в горле и своеобразный
привкус в полости рта. При вдыхании
сернистого газа более высокой концентрации
— удушье,
расстройство речи, затруднение
глотания, рвота,
возможен острый отёк лёгких.

При
кратковременном вдыхании оказывает
сильное раздражающее действие, вызывает
кашель и першение в горле.

ПДК
(предельно допустимая концентрация):

в
атмосферном воздухе максимально-разовая
— 0,5 мг/м³,
среднесуточная
— 0,05 мг/м³;

в
помещении (рабочая зона) — 10 мг/м³.

Из-за
образования в больших количествах в
качестве отходов диоксид серы считается
одним из основных газов, загрязняющих
атмосферу.

Наибольшую
угрозу представляет собой загрязнение
соединениями серы, которые выбрасываются
в атмосферу при сжигании угольного
топлива, нефти и природного газа, а также
при выплавке металлов и производстве
серной кислоты.

Антропогенное
загрязнение серой в два раза превышает
природное. Серный
ангидрид образуется
при постепенном окислении сернистого
ангидрида кислородом воздуха с участием
света. Конечным продуктом реакции
является аэрозоль серной кислоты в
воздухе, раствор в дождевой воде (в
облаках). Выпадая с осадками, она
подкисляет почву, обостряет заболевания
дыхательных путей, скрыто угнетающе
воздействует на здоровье человека.
Выпадение аэрозоля серной кислоты из
дымовых факелов химических предприятий
чаще отмечается при низкой облачности
и высокой влажности воздуха. Растения
около таких предприятий обычно бывают
густо усеяны мелкими некротическими
пятнами, образовавшимися в местах
оседания капель серной кислоты, что
доказывает присутствие её в окружающей
среде в существенных количествах.
Пирометаллургические предприятия
цветной и чёрной металлургии, а
также ТЭЦ ежегодно
выбрасывают в атмосферу десятки миллионов
тонн серного ангидрида.

SO2,
бесцветный газ с резким запахом, один
из главных загрязнителей атмосферы.
Д.с. образуется при сжигании ископаемого
топлива на предприятиях топливно-энергетического
комплекса и в двигателях внутреннего
сгорания, а также на предприятиях
нефтехимического комплекса. Д.с. пагубно
влияет на растения, так как проникает
в лист и вступает в реакцию с железом,
входящим в состав хлорофилла, вызывает
распад хлорофилла и гибель растения.
Загрязнение атмосферы Д.с. — главная
причина кислотных дождей. Во всем мире
идет поиск возможностей уменьшения
выбросов Д.с. в атмосферу. В странах
Западной Европы за последние 20 лет
удалось сократить объем выбросов Д.с.
с 65 до 40 млн т в год, однако за счет
увеличения выбросов Д.с. Индией, Китаем
и странами СНГ в глобальном масштабе
общее количество выбросов Д.с. практически
не уменьшилось. В РФ в 1995 г., несмотря на
некоторый спад производства, количество
выбросов Д.с. по сравнению с 1980 г. возросло
в 1,5 раза. Количество Д.с., которое
выбрасывается в атмосферу на единицу
национального продукта, зависит от
уровня технологии и экологической
безопасности предприятий страны. Так,
в последние годы существования СССР на
единицу национального продукта
выбрасывалось Д.с. в 19 раз больше, чем в
Японии. Загрязнение Д.с. во многом связано
с «экспортом» загрязнения, т. е.
трансграничным переносом загрязнений
атмосферными потоками. Поскольку в
Европе преобладает западный перенос,
то многие страны получают по преимуществу
«импортные» кислотные дожди. Европейская
часть РФ получает с запада Д.с. примерно
в 5 раз больше, чем производит сама. В
аналогичном положении находятся и такие
страны, как Швеция и Норвегия.

Физико-химические основы процесса обжига флотационного колчедана.

Уравнение химической реакции и его
анализ.

Заметим, что флотационный колчедан,
кроме пирита FeS2,
содержит сульфиды других металлов. В
колчедане также содержится небольшое
количество мышьяка, селена и теллура,
которые окисляются кислородом воздуха
и дают побочные продукты, отравляющие
катализатор на стадии окисления SO2
в SO3.

Рассмотрим окисление пирита кислородом
воздуха.

Установлено, что при нагревании
флотационного колчедана до 500ºС
происходит диссоциация пирита:

FeS2 = FeS
+ S
(3.1а)

Сера быстро сгорает в газовой фазе:

S + О2 = SO2.
(3.1б)

При дальнейшем повышении температуры
сульфид железа окисляется:

4FeS + 7О2
= 2Fe2O3
+4SO2.
(3.1в)

(Эта реакция является лимитирующей).

Суммарным уравнением является уравнение

4FeS2 + 11O2
= 2Fe2O3
+ 8SO2
(3.1)

– целевой компонент SO2
(12 – 15%);

– избыточный кислород воздуха;

– азот воздуха;

– газообразные соединения мышьяка,
селена и теллура;

– влага (колчедана и воздуха);

Теоретические основы обжига колчедана
зависят от того, в каких печах происходит
обжиг.

Аппаратура, применяемая для обжига:

– механические печи, в которых
колчедан находится на нескольких подах
и сгорает по мере перемещения его с
одного пода на другой;

– печи пылевидного обжига, в которых
частицы пиритного концентрата сгорают
во время падения в полой камере;

– печи кипящего слоя, в которых
частицы пиритного концентрата
поддерживаются во взвешенном
(псевдоожиженном) состоянии поступающим
снизу воздухом и сгорают при интенсивном
перемешивании.

Первые два типа мало интенсивны. В
сернокислотных цехах устанавливают
главным образом печи кипящего слоя
(КС).

Физико–химические основы обжига
флотационного колчедана в
кипящем слое.

Теоретические основы процесса всегда
рассматриваем исключительно для того,
чтобы обосновать оптимальные условия
проведения процесса, а затем при
необходимости скорректировать их для
промышленных установок.

Первое, что подлежит анализу – это
уравнение химической реакции. Запишем
его:

4FeS2 + 11O2
= 2Fe2O3
+ 8SO2.

Поскольку лимитирующим процессом
является реакция

4FeS + 7О2 = 2Fe2O3
+4SO2,

то изучать необходимо данную реакцию.

Обжиг сульфида железа – необратимый
экзотермический гетерогенный процесс.
Скорость реакции зависит от следующих
факторов:

– природы реагирующих веществ;

– поверхности взаимодействия.

Кинетическое уравнение, то есть
выражение скорости реакции, выглядит
следующим образом:

υ = k·F·∆c,

где υ – скорость
реакции;

k – константа скорости
(зависит от природы реагирующих веществ
и от температуры);

F – поверхность
соприкосновения фаз;

∆c – движущая сила
процесса (это разность концентраций
либо исходных веществ, либо продуктов
реакции на поверхности и в массе).

Как любой гетерогенный процесс,
представленный моделью частиц с
невзаимодействующим ядром, обжиг пирита
состоит из трёх последовательных
стадий:

— внешняя диффузия (газ подходит к
поверхности);

— кинетика (это само химическое
взаимодействие);

— внутренняя диффузия (продукты реакции
отторгаются, а к поверхности диффундируют
новые молекулы).

Вторую стадию — химическое взаимодействие
— называют кинетической стадией или
кинетической областью протекания
процесса, две другие – диффузной
областью процесса.

Известно, что гетерогенный процесс
лимитируется самой медленной стадией
процесса. Установлено, что в данном
случае лимитирующей стадией является
окисление сульфида железа(II)
– уравнение 3.1в.

Далее исследуют влияние различных
факторов (температура, концентрация и
величина поверхности соприкосновения)
на реакцию окисления сульфида железа(II).
Интенсификация этой реакции в итоге
приведёт к увеличению скорости горения
пирита в целом – уравнение (3.1).

Рассмотрим, как установили оптимальную
температуру обжига.

Зависимость скорости реакции (точнее,
константы скорости) от температуры
описывается уравнением Аррениуса:

K = k0·e(–E/RT),

где K – константа
скорости реакции;

k0 –
предэкспоненциальный множитель;

e – основание
натурального логарифма;

E – энергия активации,
кДж/моль;

R – универсальная
газовая постоянная, 8,3 Дж/моль·К;

T – температура, К.

Это уравнение часто используется в
логарифмической форме:

Такую форму легко представлять
графически. На Рис. 17 показана зависимость
константы скорости реакции от температуры.

Если К1 и К2
– константы скорости реакции при
соответствующих температурах Т1
и Т2, то

Рис. 17. Зависимость константы скорости
реакции от

температуры

Для реакции окисления сульфида железа
(II) зависимость lnK
от 1/T выглядит следующим
образом (Рис.18):

Рис. 18. Зависимость константы скорости
реакции окисления сульфида железа(II)
от температуры.

АБ – кинетическая область, Еакт
= 250 КДж/моль;

ГВ – диффузная область, Еакт =
17,5 КДж/моль;

ВБ – переходная область, Еакт =
152 КДж/моль.

Самая низкая энергия активации в
диффузной области, это значит, что самый
энергетически выгодный путь протекания
процесса находится в диффузной
области.

Как следует из графика, оптимальная
температура обжига составляет порядка
800ºС.

Нельзя ли снизить температуру процесса?
– Из графика видно, что при низких
температурах процесс протекает в
кинетической области, которая
характеризуется более высокой энергией
активации и более низкими скоростями.

А может для увеличения скорости можно
температуру увеличить более, чем 800ºС?
– Увеличение температуры приводит к
спеканию флотационного колчедана.

Итак, оптимальная температура процесса
800ºС. Поскольку реакция экзотермическая,
то для снижения температуры, то есть
для поддержания оптимального значении,
в печах кипящего слоя размещают
охлаждающие элементы, в которые
подаётся либо вода (при этом образуется
пар) либо пар (при этом образуется
перегретый пар).

Итак, одним из условий ускорения
обжига пирита является увеличение
температуры, но в пределах оптимальных
значений – 800ºС.

Для интенсификации процесса
обжига флотационного колчедана в
кипящем слое необходимо повышать
скорость газового потока. В печах
кипящего слоя должна поддерживаться
такая скорость, при которой частицы
находятся во взвешенном состоянии. Но
увеличение скорости потока приводит
к выносу частиц из печи. Таким образом,
увеличение скорости потока имеет свои
границы.

Дисперсный состав твёрдой фазы.

Очевидно, что для интенсификации
процесса большое значение имеет
дисперсный состав твёрдой фазы. Чем
мельче частицы, тем больше поверхность
соприкосновения. Но очень мелкие частицы
уносятся с газовым потоком, что влечёт
большие потери сырья (колчедана).

С другой стороны, при увеличении размера
частиц уменьшается их общая поверхность
в единице объёма, что снижает интенсивность
процесса.

Интенсивное перемешивание обеспечивает
большую скорость процесса диффузии в
кипящем слое, а, следовательно, и процесса
обжига флотационного колчедана в целом.

Обжиг флотационного колчедана
определяется лимитирующей стадией. Ею
является реакция горения сульфида
железа (FeS2) (уравнение
реакции 3.1в).

Поскольку процесс горения протекает
во внутридиффузной области, ускорение
(интенсификация) указанного процесса
происходит при следующих условиях:

– повышение температуры, но не более
800°С, для чего ставят охлаждающие
элементы;

– увеличение концентрации кислорода,
тоже самое что «увеличение скорости
дутья» в определённых пределах (1,5 –
2,0 раза от теоретического), в противном
случае имеет место унос частиц
флотационного колчедана;

– увеличение поверхности соприкосновения
за счёт уменьшения размеров частиц, но
до определённых пределов, в противном
случае увеличивается унос, если частицы
более мелкие или, если частицы слишком
крупные, изнутри не реагируют, что
увеличивает потери колчедана;

– перемешивание флотационного колчедана
воздухом, как необходимое условие всех
массообменных процессов, в том числе
процессов в кипящем слое.

Очевидно, что газ, полученный обжигом
флотационного колчедана, не может быть
подан непосредственно из печи на
контактное окисление. Поэтому далее
он подвергается переработке, в которую
входят следующие основные процессы:

– очистка от пыли

Получение оксида серы (IV)

S + O2 =
SO2.

Сернистая кислота и её соли

При растворении
диоксида серы в воде образуется слабая
сернистая кислота, основная масса
растворенного SO2
находится
в виде гидратированной формы SO2·H2O,
при охлаждении также выделяется
кристаллогидрат, лишь небольшая часть
молекул сернистой кислоты диссоциирует
на сульфит- и гидросульфит-ионы. В
свободном состоянии кислота не выделена.

Будучи двухосновной,
образует два типа солей: средние –
сульфиты и кислые – гидросульфиты. В
воде растворяются лишь сульфиты щелочных
металлов и гидросульфиты щелочных и
щелочно-земельных металлов.

Статья составлена с использованием следующих материалов

Вильдфлуш И.Р., Кукреш С.П., Ионас В.А. Агрохимия: Учебник – 2-е изд., доп. И перераб. – Мн.: Ураджай, 2001 – 488 с., ил.

Химическая энциклопедия: в 5 томах: том 4: Полимерные-Трипсин/Редколлегия: Зефиров Н.С. (гл. ред.) и др. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. – 639 с.: ил

Свернуть
Список всех источников

Физические свойства

При обычных
условиях диоксид серы или сернистый
газ – бесцветный газ с резким удушливым
запахом, температура плавления -75 °С,
температура кипения -10 °С. Хорошо
растворим в воде, при 20 °С в 1 объеме
воды растворяется 40 объемов сернистого
газа. Токсичный газ.

Химические свойства оксида серы (IV)

В результате
диссоциации образуются протоны, поэтому
раствор имеет кислую среду.

2NaOH + SO2 =
Na2SO3 +
H2O;

и раствор
перманганата калия:

окисляется
кислородом в серный ангидрид:

Окислительные
свойства проявляет при взаимодействии
с сильными восстановителями, например:

SO2 +
2CO = S + 2CO2 (при
500 °С, в присутствии Al2O3);

SO2 +
2H2 =
S + 2H2O.

Оксид серы (IV) Строение молекулы so2

Строение молекулы
SO2 аналогично
строению молекулы озона. Атом серы
находится в состоянии sp2-гибридизации,
форма расположения орбиталей – правильный
треугольник, форма молекулы – угловая.
На атоме серы имеется неподеленная
электронная пара. Длина связи S – O равна
0,143 нм, валентный угол составляет
119,5°.

Строение
соответствует следующим резонансным
структурам:

В отличие от
озона, кратность связи S – O равна 2, то
есть основной вклад вносит первая
резонансная структура. Молекула
отличается высокой термической
устойчивостью.

Химические и физические свойства

Диоксид серы – бесцветный газ с резким запахом. Молекула имеет угловую форму.

Легко сжижается в бесцветную легкоподвижную жидкость при температуре 25 °С и давлении около 0,5 МПа.

Для жидкой формы плотность равна 1,4619 г/см3 (при – 10 °С).

Твердый диоксид серы – бесцветные кристаллы, ромбической сингонии.

Диоксид серы заметно диссоциирует только около 2800 °С.

Диссоциация жидкого диоксида серы проходит по схеме:

2SO2 ↔ SO2+ + SO32-

Трехмерная модель молекулы

Трехмерная модель молекулы

Растворимость диоксида серы в воде зависит от температуры:

Водный раствор диоксида серы – это сернистая кислота H2SO3.

Диоксид серы растворим в этаноле, H2SO4, олеуме, CH3COOH. Жидкий сернистый ангидрид смешивается в любых соотношениях с SO3. CHCl3, CS2, диэтиловым эфиром.

Жидкий сернистый ангидрид растворяет хлориды. Иодиды и роданиды металлов не растворяются.

Соли, растворенные в жидком диоксиде серы, диссоциируют.

Диоксид серы способен восстанавливаться до серы и окисляться до шестивалентных соединений серы.

Диоксид серы токсичен. При концентрации 0,03–0,05 мг/л раздражает слизистые оболочки, органы дыхания, глаза.

Основной промышленный способ получения диоксида серы – из серного колчедана FeS2 путем его сжигания и дальнейшей обработки слабой холодной H2SO4.

Неорганические соединения серы представлены сульфатами (гипс CaSO4•2H2O, ангидрит CaSO4) и сульфидами (пирит FeS2).