Sulful este unul dintre cele mai comune elementeScoarta terestra. Cel mai adesea se găsește în minerale care conțin metale în plus față de el. Procesele care au loc la atingerea temperaturii de fierbere și de topire a sulfului sunt foarte interesante. Vom analiza aceste procese, precum și dificultățile asociate acestora, în acest articol. Dar mai întâi, să ne scufundăm în istoria descoperirii acestui element.
poveste
În formă nativă, precum și în compoziția mineralelorsulful este cunoscut din cele mai vechi timpuri. Textele grecești vechi descriu efectele otrăvitoare ale compușilor săi asupra corpului uman. Dioxidul de sulf eliberat în timpul arderii compușilor acestui element poate fi într-adevăr mortal pentru oameni. În jurul secolului al VIII-lea, sulful a început să fie folosit în China pentru prepararea amestecurilor pirotehnice. Nu este surprinzător, deoarece în această țară se crede că a fost inventat praful de pușcă.
Chiar și în Egiptul Antic, oamenii cunoșteau o metodă de prăjire a minereului care conținea sulf pe bază de cupru. Așa a fost extras acest metal. Sulful a scăpat sub formă de gaz otrăvitor SO2.
În ciuda faptului că este faimos încă din cele mai vechi timpuri,cunoașterea a ceea ce este sulful provine din opera naturalistului francez Antoine Lavoisier. El a stabilit că este un element, iar produșii săi de ardere sunt oxizi.
Iată o scurtă istorie a modului în care oamenii s-au întâlnitacest element chimic. În continuare, vom vorbi în detaliu despre procesele care au loc în intestinele pământului și care conduc la formarea sulfului în forma în care există acum.
Cum apare sulful?
Există o concepție greșită comună căcă cel mai adesea acest element se găsește în forma sa nativă (adică pură). Cu toate acestea, acest lucru nu este chiar adevărat. Sulful nativ este cel mai adesea găsit ca o includere în alte minereuri.
În acest moment există mai multe teorii,referitor la originea elementului în forma sa pură. Ei sugerează o diferență între timpul de formare a sulfului și minereurile în care este încorporat. Prima, teoria singenezei, presupune formarea sulfului împreună cu minereurile. Potrivit acestuia, unele bacterii care trăiesc în adâncurile oceanului au redus sulfații din apă la hidrogen sulfurat. Acesta din urmă, la rândul său, s-a ridicat în sus, unde, cu ajutorul altor bacterii, a fost oxidat la sulf. A căzut la fund, s-a amestecat cu nămol și, ulterior, împreună au format minereu.
Esența teoriei epigenezei este că sulful din minereuformată mai târziu decât ea însăși. Există mai multe ramuri aici. Vom vorbi doar despre cea mai comună versiune a acestei teorii. Constă în aceasta: apa subterană, care curge prin acumulări de minereuri de sulfat, este îmbogățită cu acestea. Apoi, trecând prin câmpurile de petrol și gaze, ionii de sulfat sunt reduși la hidrogen sulfurat datorită hidrocarburilor. Hidrogenul sulfurat, urcând la suprafață, este oxidat de oxigenul atmosferic în sulf, care se depune în roci, formând cristale. Această teorie a găsit recent o confirmare din ce în ce mai mare, dar problema chimiei acestor transformări rămâne încă deschisă.
De la procesul de origine a sulfului în natură, să trecem la modificările acestuia.
Alotropie și polimorfism
Sulful, ca multe alte elemente de masăMendeleev, există în natură sub mai multe forme. În chimie se numesc modificări alotropice. Există sulf rombic. Punctul său de topire este puțin mai scăzut decât cel al celei de-a doua modificări: monoclinic (112 și 119 grade Celsius). Și diferă în structura celulelor elementare. Sulful rombic este mai dens și mai stabil. Când este încălzit la 95 de grade, se poate transforma în a doua formă - monoclinic. Elementul despre care discutăm are analogi în tabelul periodic. Oamenii de știință încă discută despre polimorfismul sulfului, seleniului și teluriului. Au o relație foarte strânsă unul cu celălalt, iar toate modificările pe care le formează sunt foarte asemănătoare.
Și apoi vom analiza procesele care au loc în timpultopirea sulfului. Dar înainte de a începe, ar trebui să vă plonjați puțin în teoria structurii rețelei cristaline și în fenomenele care apar în timpul tranzițiilor de fază ale materiei.
Din ce este făcut un cristal?
După cum se știe, în stare gazoasă o substanțăeste sub formă de molecule (sau atomi) care se mișcă aleatoriu în spațiu. Într-o substanță lichidă, particulele constitutive sunt grupate, dar au totuși o libertate de mișcare destul de mare. În starea solidă de agregare totul este puțin diferit. Aici gradul de ordine crește la valoarea sa maximă, iar atomii formează o rețea cristalină. Desigur, în el apar oscilații, dar au o amplitudine foarte mică, iar aceasta nu poate fi numită mișcare liberă.
Orice cristal poate fi împărțit în elementarcelulele sunt astfel de conexiuni secvențiale de atomi care se repetă pe întregul volum al probei compuse. Aici merită clarificat faptul că astfel de celule nu sunt o rețea cristalină, iar aici atomii sunt localizați în interiorul volumului unei anumite figuri și nu în nodurile sale. Sunt individuale pentru fiecare cristal, dar pot fi împărțite în mai multe tipuri (sisteme) principale în funcție de geometrie: triclinic, monoclinic, rombic, romboedric, tetragonal, hexagonal, cubic.
Să examinăm pe scurt fiecare tip de grătar, deoarece acesteasunt împărțite în continuare în mai multe subspecii. Și vom începe cu modul în care pot diferi unul de celălalt. În primul rând, acestea sunt rapoartele lungimilor laturilor și, în al doilea rând, unghiul dintre ele.
Astfel, sistemul triclinic, cel mai josdintre toate, este o rețea elementară (paralelogram), în care toate laturile și unghiurile nu sunt egale între ele. Un alt reprezentant al așa-numitei categorii inferioare de sisteme este monoclinic. Aici cele două colțuri ale celulei au 90 de grade, iar toate laturile au lungimi diferite. Următorul tip, aparținând categoriei inferioare, este sistemul rombic. Are trei laturi inegale, dar toate unghiurile figurii sunt de 90 de grade.
Să trecem la categoria de mijloc.Iar primul său membru este un sistem tetragonal. Aici, prin analogie, nu este greu de ghicit că toate unghiurile figurii pe care o reprezintă sunt egale cu 90 de grade și, de asemenea, două dintre cele trei laturi sunt egale între ele. Următorul reprezentant este sistemul romboedric (trigonal). Aici lucrurile devin puțin mai interesante. Acest tip este definit de trei laturi egale și trei unghiuri care sunt egale, dar nu drepte.
Ultima opțiune din categoria de mijloc estesistem hexagonal. Există și mai multă complexitate în definiția sa. Această opțiune este construită pe trei laturi, dintre care două sunt egale și formează un unghi de 120 de grade, iar a treia este într-un plan perpendicular pe ele. Dacă luăm trei celule ale sistemului hexagonal și le aplicăm una pe cealaltă, vom obține un cilindru cu o bază hexagonală (de aceea are un astfel de nume, deoarece „hexa” înseamnă „șase” în latină).
Ei bine, partea de sus a tuturor sistemelor, care are simetrie înăuntruîn toate direcțiile - cubic. Ea este singura care aparține categoriei celei mai înalte. Aici puteți ghici imediat cum poate fi caracterizat. Toate unghiurile și laturile sunt egale între ele și formează un cub.
Deci, am terminat de analizat teoria în funcție de principalele grupe de singonie, iar acum vom vorbi mai detaliat despre structura diferitelor forme de sulf și proprietățile care decurg din aceasta.
Structura sulfului
După cum am menționat deja, sulful are două modificări:rombic și monoclinic. După secțiunea de teorie, probabil a devenit clar cum diferă. Dar ideea este că structura rețelei se poate schimba în funcție de temperatură. Întregul punct se află în proces de transformări care apar atunci când se atinge punctul de topire al sulfului. Apoi rețeaua cristalină este complet distrusă, iar atomii se pot mișca mai mult sau mai puțin liber în spațiu.
Dar să revenim la structura și caracteristicile acestui lucrusubstanțe precum sulful. Proprietățile elementelor chimice depind în mare măsură de structura lor. De exemplu, sulful, datorită caracteristicilor structurii sale cristaline, are proprietatea de flotație. Particulele sale nu sunt umezite de apă, iar bulele de aer care aderă la ele le trag la suprafață. Astfel, sulful bulgărelor plutește atunci când este scufundat în apă. Aceasta este baza pentru unele metode de separare a acestui element de un amestec de altele similare. Și apoi vom analiza principalele metode de extragere a acestui compus.
extracție
Sulful poate apărea cu diverse minerale șideci la diferite adâncimi. În funcție de aceasta, se aleg diferite metode de extracție. Dacă adâncimea este mică și nu există acumulări de gaze subterane care interferează cu mineritul, atunci materialul este extras prin metoda în cariera deschisă: straturile de rocă sunt îndepărtate și, găsind minereu care conține sulf, este trimis pentru prelucrare. Dar dacă aceste condiții nu sunt îndeplinite și există pericole, atunci se folosește metoda puțului. Necesită atingerea punctului de topire al sulfului. În acest scop se folosesc instalații speciale. Este pur și simplu necesar un aparat pentru topirea sulfului în bucăți în această metodă. Dar mai multe despre acest proces puțin mai târziu.
În general, la extragerea sulfului prin orice metodă, există un risc mare de otrăvire, deoarece, cel mai adesea, odată cu acesta apar hidrogen sulfurat și dioxid de sulf gazos, care sunt foarte periculoase pentru oameni.
Pentru a înțelege mai bine ce dezavantaje și avantaje are această sau acea metodă, să ne familiarizăm cu metodele de procesare a minereului care conține sulf.
Extracţie
Și aici există mai multe tehnici bazate pe proprietăți complet diferite ale sulfului. Printre acestea se numără termică, extracție, abur-apă, centrifugă și filtrare.
Cele mai dovedite dintre ele sunt termice.Ele se bazează pe faptul că punctele de fierbere și de topire ale sulfului sunt mai mici decât cele ale minereurilor în care „se înfundă”. Singura problemă este că folosește multă energie. Pentru a menține temperatura anterior, o parte din sulf a trebuit să fie ars. În ciuda simplității sale, această metodă este ineficientă, iar pierderile pot ajunge la un record de 45 la sută.
Urmăm, așadar, ramura dezvoltării istoriceSă trecem la metoda abur-apă. Spre deosebire de metodele termice, aceste metode sunt încă folosite în multe fabrici. Destul de ciudat, ele se bazează pe aceeași proprietate - diferența dintre punctele de fierbere și de topire ale sulfului față de indicatori similari pentru metalele însoțitoare. Singura diferență este modul în care are loc încălzirea. Întregul proces are loc în autoclave - instalații speciale. Acolo este furnizat minereu de sulf îmbogățit, care conține până la 80% din elementul exploatat. Aburul de apă fierbinte este apoi pompat în autoclavă sub presiune. Încălzind până la 130 de grade Celsius, sulful se topește și este îndepărtat din sistem. Desigur, există și așa-numitele cozi - particule de sulf care plutesc în apa formată din cauza condensării vaporilor de apă. Ele sunt îndepărtate și reintroduse în proces, deoarece conțin și o mulțime din elementul de care avem nevoie.
Una dintre cele mai moderne metode este centrifuga.Apropo, a fost dezvoltat în Rusia. Pe scurt, esența sa este că un amestec topit de sulf și mineralele care îl însoțesc este scufundat într-o centrifugă și rotit cu viteză mare. Datorită forței centrifuge, roca mai grea se îndepărtează de centru, iar sulful în sine rămâne mai sus. Apoi straturile rezultate sunt pur și simplu separate unul de celălalt.
Există o altă metodă care este, de asemenea, folosită și astăzi în producție. Aceasta presupune separarea sulfului de minerale prin filtre speciale.
În acest articol ne vom uita exclusiv la metodele termice de extragere a unui element care, fără îndoială, este important pentru noi.
Proces de topire
Studiul transferului de căldură în timpul topirii sulfului -o întrebare importantă, deoarece aceasta este una dintre cele mai economice modalități de a extrage acest element. Putem combina parametrii sistemului la încălzire și trebuie să calculăm combinația optimă a acestora. În acest scop, se efectuează un studiu al transferului de căldură și o analiză a caracteristicilor procesului de topire a sulfului. Există mai multe tipuri de instalații pentru realizarea acestui proces. Un cazan de topire a sulfului este unul dintre ele. Obținerea elementului necesar folosind acest produs este doar o metodă auxiliară. Cu toate acestea, astăzi există o instalație specială - un aparat de topire a sulfului. Poate fi utilizat eficient în producție pentru a produce sulf de înaltă puritate în volume mari.
În scopul de mai sus în 1890 a existata fost inventată o instalație care permite topirea sulfului în adâncime și pomparea la suprafață cu ajutorul unei țevi. Designul său este destul de simplu și eficient în funcționare: două țevi sunt amplasate una în cealaltă. Aburul supraîncălzit la 120 de grade (punctul de topire al sulfului) circulă prin conducta exterioară. Capătul conductei interioare ajunge la depozitele elementului de care avem nevoie. Când este încălzit de apă, sulful începe să se topească și să iasă. Este destul de simplu. În versiunea modernă, instalația conține o altă țeavă: este situată în interiorul unei țevi cu sulf, iar aer comprimat curge prin ea, ceea ce face ca topitura să se ridice mai repede.
Există mai multe metode și într-una dintre elese atinge temperatura de topire a sulfului. Doi electrozi sunt coborâți în subteran și curentul este trecut prin ei. Deoarece sulful este un dielectric tipic, nu conduce curentul și începe să se încălzească foarte mult. Astfel, se topește și este pompat folosind o țeavă, ca în prima metodă. Dacă vor să folosească sulful pentru a produce acid sulfuric, îi dau foc sub pământ și eliberează gazul rezultat în exterior. Se oxidează la oxid de sulf (VI), apoi se dizolvă în apă, obținându-se produsul final.
Am demontat instalatii de topire a sulfului, de topiresulf și metode de extracție a acestuia. Acum este timpul să aflăm de ce sunt necesare metode atât de complexe. De fapt, analiza procesului de topire a sulfului și un sistem de control al temperaturii sunt necesare pentru a purifica temeinic și a aplica eficient produsul final al extracției. La urma urmei, sulful este unul dintre cele mai importante elemente care joacă un rol cheie în multe domenii ale vieții noastre.
cerere
Este inutil să spunem unde sunt folosite conexiunilesulf. Este mai ușor să spui unde nu sunt folosite. Sulful se găsește în orice cauciuc și produse din cauciuc, în gazul care este furnizat locuințelor (unde este necesar să se identifice o scurgere în cazul uneia). Acestea sunt cele mai comune și simple exemple. De fapt, există nenumărate utilizări pentru sulf. Este pur și simplu nerealist să le enumerați pe toate. Dar dacă ne angajăm să facem acest lucru, se dovedește că sulful este unul dintre cele mai necesare elemente pentru umanitate.
concluzie
Din acest articol ați învățat ce temperaturătopirea sulfului, de ce acest element este atât de important pentru noi. Dacă ești interesat de acest proces și de studiul lui, atunci probabil că ai învățat ceva nou pentru tine. De exemplu, acestea pot fi caracteristici ale topirii sulfului. În orice caz, nu există limită pentru perfecțiune și niciunul dintre noi nu ar fi împiedicat de cunoașterea proceselor care au loc în industrie. Puteți continua în mod independent să stăpâniți complexitățile tehnologice ale proceselor de extracție, extracție și prelucrare a sulfului și a altor elemente conținute în scoarța terestră.
