Лако-красочные материалы — производство

Кислотами называются химические соединения, содержащие атомы водорода, способные замещаться атомами металлов. В водных растворах кислоты диссоциируют с образованием ионов водорода и кислотного остатка.

Кислоты представляют собой жидкие или твердые вещества, растворы которых имеют кислый вкус и изменяют синий цвет лакмуса в красный. Большинство минеральных кислот разъе­дают растительные и животные ткани, особенно опасны лету­чие кислоты (например, соляная кислота).

Минеральные кислоты в концентрированном виде разру­шают многие природные и химические волокна, в большей или меньшей степени вызывают коррозию металлов.

Серная кислота H2SO4; d24° =1,84; мол. вес. 98.

Концентрированная серная кислота содержит около 95% H2SO4 и представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, кипящую при температуре 338° С.

Растворение концентрированной серной кислоты в воде со­провождается значительным выделением тепла, что необходимо учитывать при приготовлении разбавленных растворов. Концен­трированная серная кислота энергично притягивает влагу и по­этому применяется как водоотнимающее средство.

Для концентрированной серной кислоты весьма характерны окислительные свойства, особенно при нагревании; она обугли­вает многие органические соединения, окисляет большинство металлов и некоторые неметаллы; степень восстановления ее зависит от активности восстановителя (продукты восстановле­ния обычно S02, реже S или H2S):

Си + 2H2S04 =CUS04 + SOgt + 2HaO

2H2S04 + С=СОг + 2S02f + 2 Н20

Для разбавленной H2SO4 окислительные свойства не харак­терны, она ведет себя как обычная кислота: растворяет ме­таллы с выделением водорода и т. д.

Будучи двухосновной, H2SO4 образует два ряда солей: сред­ние (сульфаты) и кислые (бисульфаты).

Из всех кислот серная кислота находит наибольшее приме­нение. Ежегодная мировая выработка серной кислоты состав­ляет свыше 30 млн. т. Для промышленного получения в настоя­щее время применяют два способа: нитрозный и контактный. Химическую сущность обоих способов можно выразить схемой

FeS2—— SOs——— >- SO3—- ► H2S04

(или S)

Основным исходным продуктом в обоих случаях является сернистый газ SO2, получаемый сжиганием на воздухе серы или богатого ею минерала пирита—FeS2 (железного колчедана). В СССР сернистый газ получают в основном из FeS2. При ни — трозном способе получения серной кислоты превращение SO2 в H2SO4 происходит в соответствии со следующими реакциями:

So2 + no2 + h2o=no + h2so4 (1)

2no+ 02 =2fs02 (2)

Из первого уравнения видно, что двуокись азота N02 явля­ется окислителем, восстанавливаясь до окиси азота N0. При взаимодействии с кислородом воздуха окись азота вновь пре­вращается в двуокись, являясь таким образом переносчиком кислорода, т. е. по существу катализатором реакции окисления сернистого ангидрида кислородом воздуха.

В контактном методе получения серной кислоты окисление сернистого газа происходит в присутствии катализатора (пяти — окись ванадия с различными добавками):

2S02 + 02 Ч > 2S03

При температуре 400° С в присутствии V2O5 равновесие сдви­нуто вправо. Образующийся серный ангидрид S03 поглощается крепкой серной кислотой.

В зависимости от способа производства, концентрации, со­держания примесей и назначения различают следующие виды серной кислоты (ГОСТ 2184-65).

1. Контактная: улучшенная 92,5—94%-ная; аккумуляторная (ГОСТ 667-53) —92—94%-ная, олеум не менее 92,5%.

2. Башенная 75%-ная.

3. Регенерированная 62—78%-ная.

Олеум представляет собой серную кислоту, насыщенную сер­ным ангидридом. Содержание свободного серного ангидрида в олеуме— 18,5 и 65%.

Концентрированную серную кислоту (выше 75%) можно перевозить и хранить в железной таре без доступа воздуха или в стеклянных бутылях, помещенных в прочные деревянные об­решетки.

Серную кислоту применяют при крашении одежды из шер­стяной ткани кислотными, кислотно-протравными и металлсо­держащими красителями в концентрации 1 г/л. После обра­ботки текстильных изделий в растворах серной кислоты их необходимо тщательно промыть или нейтрализовать слабыми щелочными средствами (раствором соды или нашатырного спирта). Так как серная кислота нелетучая, то в случае плохой промывки по мере испарения воды концентрация кислоты уве­личивается, что ведет к разрушению ткани.

Азотная кислота HN03; Df = 1,52; мол. вес. 63.

В чистом виде азотная кислота — бесцветная жидкость, ки­пящая при температуре 86° С. Иногда концентрированная азот­ная кислота бывает окрашена в желтый или красно-бурый цвет, что объясняется растворенной в ней двуокисью азота N02, обра­зующейся при разложении азотной кислоты на свету:

4HN03 = 2H20 + 4N02 + Ог

С водой азотная кислота образует азеотропную смесь сле­дующего состава: 69,8% HN03 и 30,2% Н20 (HN03 является сильной одноосновной кислотой, все соли которой растворимы в воде). Азотная кислота окисляет почти все металлы (исклю­чая благородные) и неметаллы и переводит многие соединения низших степеней окисления [8] в высшие.

Так, при нагревании концентрированная азотная кислота окисляет серу в серную кислоту, а фосфор в фосфорную кислоту по уравнениям:

S + 6HN03 = H2S04 + 6N02 + 2НгО

Р + 5HN03 =Н3Р04 + 5N02 + НгО

Некоторые металлы (железо, хром, алюминий), окисляемые разбавленной азотной кислотой, не реагируют с высококонцен­трированной азотной кислотой. Явление это называется пасси­вированием металла.

В промышленности азотную кислоту производят преимуще­ственно путем каталитического окисления синтетического ам­миака. Аммиак, смешанный с девятикратным объемом воздуха просасывается через нагретую до 600° С частую сетку из пла­тины, играющую роль катализатора:

4NH3 + 502 ——- >- 4NO + 6Н20

Образующаяся окись азота окисляется избытком кислорода в N02, которая в поглотительной системе взаимодействует с водой:

2NO + 02 >* 2NQ2

3N02 + НгО ч > 2HN03 + NO

При этом сначала получают разбавленную кислоту, содер­жащую от 45 до 55% HN03 (МРТУ 6-03-159—63).

Транспортируют ее в стеклянных бутылях или в бочках из нержавеющей стали. При необходимости разбавленную азотную кислоту перерабатывают в концентрированную перегонкой с H2S04 с последующей конденсацией паров азотной кислотой или действием жидких окислов азота (обычно N2O4) и чистого кислорода при давлении 50 атм в автоклаве (прямой синтез). В соответствии с ГОСТ 701-58 концентрированную азотную кис­лоту выпускают с содержанием 97—98% HN03 и перевозят в алюминиевых цистернах.

Азотная кислота разрушает ткани животного [9] и раститель­ного происхождения, обесцвечивает многие красители.

Азотную кислоту применяют при отбеливании изделий из чесучи, а также в качестве растворителя при выведении неко­торых пятен (чернил, химического карандаша).

Соляная кислота НС1; мол. вес. 36,5.

Бесцветная прозрачная жидкость с острым запахом хлори­стого водорода. Представляет собой раствор хлористого водо­рода в воде.

В присутствии примесей железа или хлора кислота имеет желтовато-зеленый цвет.

Соляная кислота удельного веса: 1,060; 1,124; 1,16; 1,19 при температуре 15° С содержит соответственно НС1, %; 12,2; 24,8; 31,5; 37,2.

В 1 л воды при атмосферном давлении и при температуре 15° С растворяется 450 объемов хлористого водорода, что соот­ветствует 42,7 вес. %.

Обычно применяемая в лабораториях концентрированная соляная кислота имеет концентрацию 34—36%.

По химическим свойствам соляная кислота является типич­ной сильной одноосновной кислотой, обладающей большой хи­мической активностью.

При взаимодействии с металлами, имеющими отрицательный нормальный потенциал, выделяется водород:

Zn + 2НС1 = ZnCl2 + Н2 +

С

Fe + 2НС1 =Fe Cl2 + Н2 f

Соляная кислота переводит многие окислы и гидроокиси ме­таллов в соответствующие хлориды:

СаО + 2 НС1 =СаС12 + Н20 А1(ОН)3 -I — ЗНС1 = AICI3 + ЗН20

Под действием HCI выделяются свободные кислоты из фос­фатов, силикатов, боратов. Соляная кислота в смеси с азотной кислотой (3:1) называется «царской водкой» и растворяет зо­лото.

Соляная кислота при взаимодействии с сильными окислите­лями проявляет восстановительные свойства:

MnOj + 4НС1 =MnCle + Cl2f + 2НгО

В промышленности хлористый водород получают преимуще­ственно синтезом из хлора и водорода, выделяющихся при электролизе хлоридов щелочных металлов.

Некоторое значение имеет и старый способ: взаимодействие поваренной соли с серной кислотой.

Синтетическая соляная кислота (ГОСТ 857—57) содержит не менее 31% НС1; соляная кислота, полученная из поваренной соли (ГОСТ 1382—42) и содержащая 27,5% НС1, вырабаты­вается двух сортов.

Большое количество соляной кислоты хранят и перевозят в стальных сосудах, футерованных изнутри для защиты от дей­ствия соляной кислоты диабазовыми плитками, резиной, пласт­массами.

Небольшое количество соляной кислоты транспортируют в стеклянных бутылях емкостью 30—40 л, устанавливаемых в деревянные обрешетки или корзины с соломой или древес­ными стружками.

Соляную кислоту можно перевозить в нефутерованных стальных сосудах, предварительно добавив к кислоте неболь­шое количество особых органических веществ — ингибиторов, предохраняющих поверхность стали от действия соляной кис­лоты.

При работе с соляной кислотой следует помнить, что со­держащийся в ней хлористый водород токсичен. Допустимое содержание НС1 в воздухе рабочих помещений не более 0,005 мг/л.

Соляная кислота сильно разъедает различные волокна. Ее применяют для усиления отбеливающего действия перманга — ната и для выведения застарелых пятен ржавчины и чернил, разбавляя в соотношении 1 : 10.