Schwefel ist eines der häufigsten Elementedie Erdkruste. Am häufigsten kommt es in der Zusammensetzung von Mineralien vor, die zusätzlich Metalle enthalten. Die Prozesse, die auftreten, wenn der Siedepunkt und das Schmelzen von Schwefel erreicht sind, sind sehr interessant. Wir werden diese Prozesse sowie die damit verbundenen Komplexitäten in diesem Artikel analysieren. Aber zuerst tauchen wir in die Geschichte der Entdeckung dieses Elements ein.
Geschichte
Im Heimatstaat sowie in MineralienSchwefel ist seit der Antike bekannt. Die alten griechischen Texte beschreiben die giftige Wirkung seiner Verbindungen auf den menschlichen Körper. Schwefeldioxid, das bei der Verbrennung von Verbindungen dieses Elements freigesetzt wird, kann für Menschen tatsächlich tödlich sein. Um das 8. Jahrhundert begann Schwefel in China zur Herstellung pyrotechnischer Gemische verwendet zu werden. Es ist nicht überraschend, denn in diesem Land wird angenommen, dass Schießpulver erfunden wurde.
Schon im alten Ägypten kannten die Menschen eine Methode zum Rösten von schwefelhaltigem Erz auf Kupferbasis. Somit wurde dieses Metall abgebaut. Schwefel als giftiges Gas SO verlassen2.
Trotz Ruhm aus alten Zeiten,Das Wissen darüber, was Schwefel ist, stammt aus der Arbeit des französischen Naturforschers Antoine Lavoisier. Er hat festgestellt, dass es ein Element ist und die Produkte seiner Verbrennung Oxide sind.
Hier ist eine so kurze Geschichte, wie man Leute trifftdieses chemische Element. Weiter werden wir detailliert über die Prozesse sprechen, die im Darm der Erde stattfinden und zur Bildung von Schwefel in der Form führen, in der er jetzt ist.
Wie erscheint Schwefel?
Es gibt ein weit verbreitetes Missverständnis, dassdass dieses Element am häufigsten in seiner ursprünglichen (dh reinen) Form gefunden wird. Dies ist jedoch nicht ganz richtig. Nativer Schwefel wird am häufigsten als Einschluss in ein anderes Erz gefunden.
Im Moment gibt es mehrere Theorien,über den Ursprung des Elements in seiner reinsten Form. Sie deuten auf einen Unterschied in der Zeit der Bildung von Schwefel und Erzen hin, in die er eingestreut ist. Die erste, die Theorie der Syngenese, geht von der Bildung von Schwefel zusammen mit Erzen aus. Ihr zufolge reduzierten einige im Ozean lebende Bakterien die Sulfate im Wasser zu Schwefelwasserstoff. Letzteres stieg wiederum an, wo es mit Hilfe anderer Bakterien zu Schwefel oxidiert wurde. Es fiel auf den Boden, vermischte sich mit dem Schlamm, und anschließend bildeten sie zusammen Erz.
Das Wesen der Theorie der Epigenese ist, dass Schwefel im Erz istspäter als sie selbst gebildet. Hier gibt es mehrere Niederlassungen. Wir werden nur über die gängigste Version dieser Theorie sprechen. Es besteht aus Folgendem: Grundwasser, das durch Ansammlungen von Sulfaterzen fließt, wird mit diesen angereichert. Beim Durchgang durch Öl- und Gasfelder werden Sulfationen dank Kohlenwasserstoffen zu Schwefelwasserstoff reduziert. Schwefelwasserstoff, der an die Oberfläche steigt, wird durch Luftsauerstoff zu Schwefel oxidiert, der sich in den Gesteinen ablagert und Kristalle bildet. Diese Theorie hat in letzter Zeit immer mehr Bestätigung gefunden, aber die Frage nach der Chemie dieser Transformationen bleibt offen.
Gehen wir vom Prozess des Schwefelursprungs in der Natur zu seinen Modifikationen über.
Allotropie und Polymorphismus
Schwefel, wie viele andere TabellenelementeMendeleev existiert in der Natur in verschiedenen Formen. In der Chemie werden sie allotrope Modifikationen genannt. Es gibt rhombischen Schwefel. Sein Schmelzpunkt ist etwas niedriger als der der zweiten Modifikation: monoklin (112 und 119 Grad Celsius). Und sie unterscheiden sich in der Struktur der Elementarzellen. Rhombischer Schwefel ist dichter und stabiler. Wenn es auf 95 Grad erhitzt wird, kann es sich in eine zweite Form verwandeln - monoklin. Das Element, über das wir sprechen, enthält Analoga im Periodensystem. Wissenschaftler diskutieren immer noch den Polymorphismus von Schwefel, Selen und Tellur. Sie haben eine sehr enge Beziehung zueinander und alle Modifikationen, die sie bilden, sind sehr ähnlich.
Und dann analysieren wir die Prozesse, die wann auftretenSchwefel schmelzen. Aber bevor Sie loslegen, sollten Sie ein wenig in die Theorie des Aufbaus des Kristallgitters und der Phänomene eintauchen, die bei Phasenübergängen von Materie auftreten.
Woraus besteht ein Kristall?
Wie Sie wissen, ist Materie im gasförmigen Zustandhat die Form von Molekülen (oder Atomen), die sich zufällig im Raum bewegen. In einer flüssigen Substanz sind ihre Bestandteile gruppiert, haben aber dennoch eine ziemlich große Bewegungsfreiheit. In einem festen Aggregatzustand ist alles etwas anders. Hier steigt der Ordnungsgrad auf seinen Maximalwert an und die Atome bilden ein Kristallgitter. Natürlich treten darin Schwingungen auf, aber sie haben eine sehr kleine Amplitude, und dies kann nicht als freie Bewegung bezeichnet werden.
Jeder Kristall kann in elementare unterteilt werdenZellen - solche sequentiellen Verbindungen von Atomen, die sich über das gesamte Volumen der Probenverbindung wiederholen. Hier ist klarzustellen, dass solche Zellen kein Kristallgitter sind, und hier befinden sich die Atome innerhalb des Volumens einer bestimmten Figur und nicht an ihren Knoten. Sie sind für jeden Kristall individuell, können aber je nach Geometrie in mehrere Haupttypen (Syngonien) unterteilt werden: triklin, monoklin, rhombisch, rhomboedrisch, tetragonal, hexagonal, kubisch.
Lassen Sie uns kurz jede Art von Gittern analysieren, weil sieweiter in mehrere Unterarten unterteilt. Und beginnen wir damit, wie sie sich voneinander unterscheiden können. Erstens sind dies die Verhältnisse der Seitenlängen und zweitens der Winkel zwischen ihnen.
Somit ist das triklinische System das niedrigsteist ein elementares Gitter (Parallelogramm), bei dem alle Seiten und Winkel nicht gleich sind. Ein weiterer Vertreter der sogenannten unteren Kategorie von Syngonien ist monoklin. Hier sind zwei Ecken der Zelle 90 Grad und alle Seiten haben unterschiedliche Längen. Der nächste Typ, der zur niedrigsten Kategorie gehört, ist die rhombische Syngonie. Es hat drei ungleiche Seiten, aber alle Winkel der Figur sind 90 Grad.
Kommen wir zur mittleren Kategorie.Und ihr erstes Mitglied ist die tetragonale Syngonie. Hier ist es analog leicht zu erraten, dass alle Winkel der Figur, die sie darstellt, gleich 90 Grad sind und auch zwei der drei Seiten einander gleich sind. Der nächste Vertreter ist die rhomboedrische (trigonale) Syngonie. Hier wird es etwas interessanter. Dieser Typ wird durch drei identische Seiten und drei Winkel definiert, die zueinander gleich, aber nicht gerade sind.
Die letzte Option der mittleren Kategorie -sechseckiges System. Es ist noch schwieriger, es zu definieren. Diese Option ist auf drei Seiten aufgebaut, von denen zwei gleich sind und einen Winkel von 120 Grad bilden, und die dritte in einer Ebene senkrecht zu ihnen liegt. Wenn wir drei Zellen der sechseckigen Syngonie nehmen und sie aneinander befestigen, erhalten wir einen Zylinder mit sechseckiger Basis (deshalb hat er einen solchen Namen, weil "Hexa" auf Latein "sechs" bedeutet).
Nun, die Spitze aller Syngonien, die Symmetrie hatalle Richtungen, - kubisch. Sie ist die einzige, die der höchsten Kategorie angehört. Hier können Sie sofort erahnen, wie es sich charakterisieren lässt. Alle Winkel und Seiten sind gleich und bilden einen Würfel.
Wir haben also die Analyse der Theorie über die Hauptgruppen von Syngonien abgeschlossen und werden nun ausführlicher über die Struktur verschiedener Schwefelformen und die daraus folgenden Eigenschaften berichten.
Die Struktur von Schwefel
Wie bereits erwähnt, hat Schwefel zwei Modifikationen:rhombisch und monoklin. Nach dem Theorieteil wurde wohl klar, wie sie sich unterscheiden. Aber der springende Punkt ist, dass sich die Struktur des Gitters je nach Temperatur ändern kann. Der springende Punkt liegt im eigentlichen Prozess der Umwandlungen, die auftreten, wenn der Schmelzpunkt von Schwefel erreicht wird. Dann ist das Kristallgitter vollständig zerstört und die Atome können sich mehr oder weniger frei im Raum bewegen.
Aber zurück zu der Struktur und den Merkmalen solcherSubstanzen wie Schwefel. Die Eigenschaften chemischer Elemente hängen weitgehend von ihrer Struktur ab. Beispielsweise hat Schwefel aufgrund der Besonderheiten der Kristallstruktur die Eigenschaft der Flotation. Seine Partikel werden von Wasser nicht benetzt und anhaftende Luftblasen ziehen sie an die Oberfläche. So schwimmt stückiger Schwefel, wenn er in Wasser getaucht wird. Dies ist die Grundlage für einige Methoden, dieses Element aus einer Mischung ähnlicher Elemente zu trennen. Und dann werden wir die wichtigsten Methoden zur Extraktion dieser Verbindung analysieren.
Bergbau
Schwefel kann mit verschiedenen Mineralien und vorkommenalso in unterschiedlichen Tiefen. Abhängig davon werden unterschiedliche Extraktionsverfahren gewählt. Wenn die Tiefe gering ist und keine Ansammlungen von Gasen im Untergrund vorhanden sind, die den Abbau stören, wird das Material offen abgebaut: Gesteinsschichten werden entfernt und bei Fund von schwefelhaltigem Erz zur Verarbeitung geschickt. Aber wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind und Gefahren bestehen, wird die Bohrlochmethode verwendet. Es muss den Schmelzpunkt von Schwefel erreichen. Dazu werden spezielle Anlagen verwendet. Eine Vorrichtung zum Schmelzen von stückigem Schwefel ist bei diesem Verfahren lediglich erforderlich. Aber zu diesem Vorgang später mehr.
Im Allgemeinen besteht bei der Gewinnung von Schwefel in irgendeiner Weise ein hohes Vergiftungsrisiko, da sich meistens Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid ablagern, die für den Menschen sehr gefährlich sind.
Um besser zu verstehen, welche Nachteile und Vorteile diese oder jene Methode hat, machen wir uns mit den Methoden zur Verarbeitung von schwefelhaltigem Erz vertraut.
Extraktion
Auch hier gibt es mehrere Tricks, die auf ganz anderen Eigenschaften des Schwefels beruhen. Darunter sind Thermal, Extraktion, Dampf-Wasser, Zentrifugal und Filtration.
Die bewährtesten von ihnen sind thermisch.Sie beruhen darauf, dass die Siede- und Schmelzpunkte von Schwefel niedriger sind als die der Erze, mit denen er „verheiratet“ wird. Das einzige Problem ist, dass es viel Energie verbraucht. Um die Temperatur zu halten, musste früher ein Teil des Schwefels verbrannt werden. Trotz ihrer Einfachheit ist diese Methode ineffizient und die Verluste können einen Rekordwert von 45 Prozent erreichen.
Wir folgen also dem Zweig der historischen Entwicklungwir gehen zur Dampf-Wasser-Methode über. Im Gegensatz zu thermischen Verfahren werden diese Verfahren noch in vielen Betrieben eingesetzt. Seltsamerweise basieren sie auf derselben Eigenschaft - dem Unterschied im Siedepunkt und Schmelzpunkt von Schwefel von denen der assoziierten Metalle. Der einzige Unterschied besteht darin, wie die Erwärmung erfolgt. Der gesamte Prozess findet in Autoklaven statt - speziellen Anlagen. Dort wird angereichertes Schwefelerz geliefert, das bis zu 80 % des abgebauten Elements enthält. Anschließend wird heißer Wasserdampf unter Druck in den Autoklaven gepumpt. Beim Erwärmen auf 130 Grad Celsius schmilzt Schwefel und wird aus dem System entfernt. Natürlich bleiben die sogenannten Schwänze zurück - im Wasser schwimmende Schwefelpartikel, die durch die Kondensation von Wasserdampf entstehen. Sie werden entfernt und wieder in den Prozess eingeführt, da sie auch viele der Elemente enthalten, die wir benötigen.
Eine der modernsten Methoden ist die Zentrifuge.Übrigens wurde es in Russland entwickelt. Kurz gesagt, seine Essenz besteht darin, dass die Schmelze einer Mischung aus Schwefel und Mineralien, die es begleitet, in eine Zentrifuge getaucht wird und sich mit hoher Geschwindigkeit dreht. Das schwerere Gestein tendiert aufgrund der Zentrifugalkraft vom Zentrum weg, während der Schwefel selbst höher bleibt. Dann werden die entstandenen Schichten einfach voneinander getrennt.
Es gibt noch ein weiteres Verfahren, das bis heute in der Produktion eingesetzt wird. Es besteht darin, Schwefel durch spezielle Filter von Mineralien zu trennen.
In diesem Artikel betrachten wir ausschließlich thermische Methoden zur Gewinnung eines für uns zweifellos wichtigen Elements.
Schmelzvorgang
Untersuchung der Wärmeübertragung beim Schmelzen von Schwefel -eine wichtige Frage, denn dies ist eine der wirtschaftlichsten Möglichkeiten, dieses Element zu extrahieren. Wir können die Parameter des Systems während des Heizens kombinieren, und wir müssen ihre optimale Kombination berechnen. Zu diesem Zweck werden eine Untersuchung der Wärmeübertragung und eine Analyse der Merkmale des Schwefelschmelzprozesses durchgeführt. Für diesen Prozess gibt es mehrere Arten von Installationen. Der Schwefelschmelzkessel ist einer davon. Die Gewinnung des gewünschten Elements mit diesem Produkt ist nur eine Hilfsmethode. Heute gibt es jedoch eine spezielle Anlage - eine Vorrichtung zum Schmelzen von Stückschwefel. Es kann effektiv in der Produktion eingesetzt werden, um hochreinen Schwefel in großen Mengen zu erhalten.
Für den oben genannten Zweck wurde 1890Es wurde eine Anlage erfunden, mit der Schwefel in der Tiefe geschmolzen und mit einem Rohr an die Oberfläche gepumpt werden kann. Sein Design ist recht einfach und effektiv in der Wirkung: Zwei Rohre befinden sich ineinander. Auf 120 Grad (Schmelzpunkt von Schwefel) überhitzter Dampf zirkuliert durch das Außenrohr. Das Ende des Innenrohrs erreicht die Ablagerungen des von uns benötigten Elements. Beim Erhitzen mit Wasser beginnt Schwefel zu schmelzen und tritt aus. Alles ist ganz einfach. In der modernen Version enthält die Installation ein weiteres Rohr: Es befindet sich im Inneren des Rohrs mit Schwefel und wird von Druckluft durchströmt, wodurch die Schmelze schneller aufsteigt.
Es gibt mehrere andere Methoden, und in einer von ihnender Schmelzpunkt von Schwefel erreicht ist. Zwei Elektroden werden in den Untergrund abgesenkt und ein Strom wird durch sie geleitet. Da Schwefel ein typisches Dielektrikum ist, leitet es keinen Strom und beginnt sehr heiß zu werden. Dadurch schmilzt es und wird mit Hilfe eines Rohres wie bei der ersten Methode abgepumpt. Wenn sie Schwefel zur Herstellung von Schwefelsäure schicken wollen, dann wird er unterirdisch angezündet und das entstehende Gas wird abgeführt. Es wird weiter zu Schwefeloxid (VI) oxidiert und dann in Wasser gelöst, wodurch das Endprodukt erhalten wird.
Wir demontierten das Schmelzen von Schwefel, SchmelzanlagenSchwefel und Methoden seiner Gewinnung. Jetzt ist es an der Zeit herauszufinden, warum solch komplexe Methoden benötigt werden. Tatsächlich sind eine Analyse des Schwefelschmelzprozesses und ein Temperaturkontrollsystem erforderlich, um das Endprodukt des Bergbaus gut zu reinigen und effektiv zu nutzen. Schließlich ist Schwefel eines der wichtigsten Elemente, das in vielen Bereichen unseres Lebens eine Schlüsselrolle spielt.
Anwendung
Es macht keinen Sinn zu sagen, wo die Verbindungen angelegt sindSchwefel. Es ist einfacher zu sagen, wo sie nicht zutreffen. Schwefel findet sich in Gummi und Gummiprodukten, im Gas, das an Haushalte geliefert wird (dort wird es benötigt, um ein Leck zu identifizieren, falls eines auftritt). Dies sind die häufigsten und einfachsten Beispiele. Tatsächlich sind die Anwendungen von Schwefel zahllos. Sie alle aufzuzählen ist einfach unrealistisch. Aber wenn wir uns dazu verpflichten, stellt sich heraus, dass Schwefel eines der wichtigsten Elemente für die Menschheit ist.
Fazit
In diesem Artikel haben Sie erfahren, welche TemperaturSchmelzen von Schwefel, dann ist dieses Element für uns so wichtig. Wenn Sie sich für diesen Prozess und sein Studium interessieren, haben Sie wahrscheinlich etwas Neues für sich gelernt. Dies können beispielsweise Merkmale des Schmelzens von Schwefel sein. In jedem Fall sind der Perfektion keine Grenzen gesetzt, und die Kenntnis der in der Industrie ablaufenden Prozesse wird niemanden von uns stören. Sie können die technologischen Feinheiten der Prozesse der Gewinnung, Gewinnung und Verarbeitung von Schwefel und anderen in der Erdkruste enthaltenen Elementen selbstständig weiter beherrschen.
