Серная кислота: свойства, производство и применение

Серная кислота (H₂SO₄) — сильная двухосновная неорганическая кислота, один из важнейших и наиболее крупнотоннажных продуктов современной химической промышленности. Безводная серная кислота представляет собой бесцветную, очень вязкую и гигроскопичную жидкость без запаха. Температура плавления составляет 10,4 °C, плотность — 1831–1834 кг/м³ при 20 °C. При нагревании кислота частично разлагается с выделением триоксида серы SO₃, а перегоняется в виде азеотропной смеси с массовой долей H₂SO₄ 98,3% и температурой кипения 338,8 °C. При более высоких температурах происходит полное разложение. Серная кислота неограниченно смешивается с водой и SO₃, в водных растворах практически полностью диссоциирует с образованием ионов H₃O⁺, HSO₄⁻ и SO₄²⁻, даёт два ряда солей — сульфаты и гидросульфаты. Техническая смесь концентрированной H₂SO₄, SO₃ и дисерной кислоты H₂S₂O₇ называется олеумом. Серная кислота вытесняет другие кислоты из их солей и нейтрализуется щелочами. Концентрированная H₂SO₄ является сильным окислителем: при нагревании окисляет почти все металлы (кроме золота и платиновых металлов), неметаллы, HBr, HI и другие соединения. На холоду в концентрированной серной кислоте некоторые металлы, например кобальт и железо, пассивируются. Разбавленная H₂SO₄ реагирует с металлами, расположенными в электрохимическом ряду напряжений левее водорода, с выделением H₂. Известны пероксопроизводные: H₂SO₅ (пероксомоносерная, или кислота Каро) и H₂S₂O₈ (пероксодисерная кислота).

Историческая справка и технологии получения

Получение «купоросного масла» (концентрированной серной кислоты) прокаливанием железного или медного купороса описано в трудах алхимиков. Старейший промышленный способ получения серной кислоты был предложен в 1690 году и включал сжигание смеси серы и селитры с поглощением продукта водой в стеклянном баллоне. В 1746 году английский технолог Дж. Робек предложил заменить стеклянные баллоны камерами из листового свинца — так возник камерный способ производства. Нитрозный способ был разработан в 1860 году английским химиком Дж. Гловером. Принцип контактного способа производства серной кислоты был открыт в 1831 году английским химиком П. Филипсом и получил широкое распространение в начале XX века.

В настоящее время основным промышленным методом получения серной кислоты является контактный способ. Процесс включает три стадии: получение диоксида серы SO₂ путём сжигания элементарной серы или обжига железного колчедана; каталитическое окисление SO₂ до триоксида серы SO₃ на ванадиевом катализаторе; абсорбция SO₃ водой с образованием серной кислоты. В качестве сырья используются элементарная сера, колчедан (FeS₂), сероводород, а также отходящие газы металлургических производств.

Области применения

Серная кислота является одним из самых востребованных промышленных химикатов, который иногда называют «кровью химической промышленности» из-за его использования в ключевых синтезах. По данным Statista, глобальный объём рынка серной кислоты в 2020 году составил 256 млн тонн, а к 2026 году прогнозируется рост примерно до 295 млн тонн. Основные направления потребления распределяются следующим образом: около 32% — производство фосфорной кислоты и удобрений; около 58% — базовые химические синтезы, производство пигментов и нефтепереработка; около 2% — извлечение и обработка металлов; около 0,8% — производство аккумуляторов; около 7% — прочие промышленные применения, включая целлюлозно-бумажную промышленность. Сельскохозяйственное применение серной кислоты составляет незначительную долю (около 0,025%) и связано главным образом с использованием в качестве десиканта для картофеля.

Серная кислота используется в производстве минеральных удобрений (фосфорной кислоты, суперфосфата, сульфата аммония), в качестве электролита в свинцовых аккумуляторах, в гидрометаллургии для вскрытия комплексных руд, для получения фосфорной кислоты, различных минеральных кислот и солей, химических волокон, красителей, взрывчатых веществ, пластмасс, синтетических моющих средств, лекарственных препаратов, для очистки нефтепродуктов, в производстве двуокиси титана и капролактама. Техническая серная кислота, согласно ГОСТ 2184-2013, предназначается для производства удобрений, искусственного волокна, капролактама, двуокиси титана, этилового спирта, анилиновых красителей и целого ряда других производств.

Мировое производство и рынок

Мировой рынок серной кислоты демонстрирует устойчивый рост. По данным Fortune Business Insights, объём рынка в 2025 году оценивался в 35,13 млрд долларов США, в 2026 году прогнозируется 36,61 млрд долларов, а к 2034 году — 52,86 млрд долларов при среднегодовом темпе роста 4,7% в период с 2026 по 2034 год. Азиатско-Тихоокеанский регион доминирует на мировом рынке с долей 50,58% в 2025 году. Среди ключевых компаний, работающих на рынке, — BASF SE, Nouryon, The Mosaic Company, PVS Chemicals и OCP Group.

По другим оценкам, рынок серной кислоты в 2025 году составлял 17,23 млрд долларов США и, как ожидается, вырастет до 18,86 млрд долларов в 2026 году при CAGR 9,4%, а к 2030 году достигнет 26,36 млрд долларов. Основными драйверами роста рынка являются увеличение потребления удобрений, расширение горнодобывающей активности, рост нефтепереработки, развитие химической промышленности, а также растущий спрос на свинцово-кислотные аккумуляторы для электромобилей. Азиатско-Тихоокеанский регион продолжает наращивать мощности, тогда как Европа фокусируется на рециклинге и регенерации кислоты.

Производство в России

В России около 85% всего объёма серной кислоты выпускается пятью крупнейшими заводами. Свыше 60% серосодержащего сырья получают в процессе переработки газа, и более 80% этого сырья применяют в производстве олеума и серной кислоты. Более 60% произведённой серной кислоты используется при изготовлении фосфорных удобрений. В период до 2035 года в проекты, связанные с производством серы и серной кислоты, будет вложено свыше 4 трлн рублей, причём 61% этих инвестиций приходится на сектор нефтепереработки.

В 2025 году на предприятиях группы «Фосагро» была модернизирована установка серной кислоты СК-714 в Череповце, что позволит дополнительно получать около 16 тыс. тонн кислоты в год. Также в Балакове запущена вторая технологическая линия сернокислотной установки СК-20/1, увеличившая выпуск серной кислоты на 750 тыс. тонн в год с полным самообеспечением производственного комплекса.

Безопасность и нормативная база

Серная кислота является коррозионно-активным и опасным веществом. Вдыхание паров серной кислоты вызывает рефлекторное увеличение частоты дыхания и бронхоконстрикцию, а острое воздействие может приводить к тяжёлому бронхоспазму и некардиогенному отёку лёгких. При работе с серной кислотой необходимо соблюдать строгие меры безопасности, использовать средства индивидуальной защиты и обеспечивать эффективную вентиляцию помещений.

Требования к технической серной кислоте в России и странах СНГ регламентируются ГОСТ 2184-2013 «Кислота серная техническая. Технические условия», который распространяется на контактную кислоту (улучшенную и техническую), олеум (улучшенный и технический) и регенерированную кислоту. Для серной кислоты особой чистоты действует ГОСТ 14262-78, а для реактивной — ГОСТ 4204-77.

Заключение

Серная кислота остаётся одним из ключевых продуктов мировой химической промышленности, обеспечивая производство удобрений, химических волокон, красителей, взрывчатых веществ, аккумуляторов и множества других продуктов. Рост спроса на фосфорные удобрения, развитие электромобилей и расширение горнодобывающей промышленности формируют устойчивый спрос на этот важнейший химикат. Россия, обладая значительными производственными мощностями и реализуя крупные инвестиционные проекты, сохраняет позиции одного из ведущих игроков мирового рынка серной кислоты.