Punctul de topire al sulfului. Instalații pentru topirea sulfului

Sulful este unul dintre cele mai comune elemente ale crustei pământului. Cel mai adesea se găsește în mineralele care conțin în plus metale. Procesele care apar atunci când punctul de fierbere

poveste

În forma sa nativă, precum și în compoziția mineralelor, sulful a fost cunoscut din antichitate. Vechile texte grecești descriu efectul toxic al compușilor săi asupra corpului uman. Acar gaz, eliberat în timpul arderii compușilor acestui element, poate fi într-adevăr mortal pentru oameni. În jurul secolului al VIII-lea, în China a fost folosit sulf pentru prepararea amestecurilor pirotehnice. Nu este surprinzător faptul că în această țară, se crede, a fost inventat un praf de pușcă.

Chiar și în Egiptul antic, oamenii știau metoda de calcinare a minereurilor care conțin sulf, pe bază de cupru. Astfel, acest metal a fost exploatat. Sulful a dispărut sub forma unei gaze otrăvitoare SO₂.

În ciuda faimei din cele mai vechi timpuri, cunoașterea a ceea ce constituie sulf a provenit din lucrările naturalistului francez Antoine Lavoisier. El a stabilit că este un element, iar produsele arderii sale sunt oxizi.

Iată o scurtă istorie a întâlnirii oamenilor cu acest element chimic. Mai departe, vom descrie în detaliu procesele care au loc în intestinul pământului și care vor conduce la formarea de sulf în forma în care este acum.

Cum apare sulful?

Există o concepție greșită comună că cel mai adesea acest element are loc într-o formă nativă (adică, pură). Cu toate acestea, acest lucru nu este în întregime adevărat. Sulful nativ este cel mai adesea găsit ca o impregnare într-o altă minereu.

În prezent există mai multe teorii cu privire la originea elementului în forma sa pură. Ei își asumă o diferență în timpul formării sulfului și a minereurilor în care acesta a fost intercalat. Prima, teoria sindengezei, presupune formarea de sulf împreună cu minereuri. Potrivit ei, unele bacterii care trăiesc în ocean mai gros, reduce sulfati prezente în apă, la hidrogen sulfurat. Acesta, la rândul său, a crescut în sus, unde, cu ajutorul altor bacterii, a fost oxidat la sulf. Ea a căzut la fund, amestecată cu noroi, iar apoi au format minereu împreună.

Esența teoriei epigenesis este că sulful din minereu a fost format mai târziu decât el însuși. Există mai multe sucursale aici. Vom spune doar despre versiunea cea mai răspândită a acestei teorii. Consta in aceasta: apele subterane, care curg prin acumularea de minereuri de sulfat, sunt imbogatite de ele. Apoi, trecând prin câmpuri de petrol și gaze, ionii de sulfat se reduc la hidrogen sulfurat datorită hidrocarburilor. Acidul hidrogen, care se ridică la suprafață, este oxidat de oxigenul de aer către sulf, care se află în roci, formând cristale. Această teorie a găsit recent tot mai multe dovezi, dar până în prezent problema chimiei acestor transformări rămâne deschisă.

Din procesul de origine a sulfului în natură, ne îndreptăm spre modificările sale.

Alotropie și polimorfism

Sulful, ca multe alte elemente ale tabelului periodic, există în natură în mai multe forme. În chimie sunt chemați modificări alotropice. Există un romb gri. Punctul de topire este oarecum mai mică decât a doua modificare: monoclinică (112 și 119 grade Celsius). Și ele diferă în structura celulelor elementare. Sulful rombic este mai dens și mai rezistent. Se poate încălzi până la 95 de grade într-oa doua formă - monoclinică. Elementul pe care îl discutăm are analogii în tabelul periodic. Polimorfismul sulfului, seleniului și telurului, oamenii de știință încă discută. Au o relație foarte strânsă una cu cealaltă și toate modificările pe care le formează sunt foarte asemănătoare.

Și apoi vom analiza procesele care apar în timpul topirii sulfului. Dar, înainte de a începe, ar trebui să se înmoaie puțin în teoria structurii laturii cristaline și a fenomenelor care apar în timpul tranzițiilor de fază ale materiei.

Din ce constă cristalul?

După cum se știe, în stare gazoasă substanța este sub formă de molecule (sau atomi) care se deplasează în mod aleatoriu în spațiu. În materia lichidă, particulele sale componente sunt grupate, dar ele încă mai au suficientă libertate de mișcare. Într-o stare agregată solidă, totul este puțin diferit. Aici, gradul de ordonare crește la valoarea sa maximă, iar atomii formează o latură de cristal. În ea, desigur, apar oscilații, dar au o amplitudine foarte mică și acest lucru nu poate fi numit o mișcare liberă.

Orice cristal poate fi împărțit în celule elementare - astfel de compuși consecutivi de atomi care se repetă în întreaga probă a compusului. Aici merită clarificat faptul că astfel de celule nu sunt o latură de cristal, iar aici atomii sunt localizați în interiorul volumului unei anumite figuri și nu în nodurile sale. Pentru fiecare din cristal, ele sunt unice, dar ele pot fi împărțite în mai multe tipuri majore (sisteme de cristal), în funcție de geometria: triclinic, monoclinic, ortorombică, romboedrale, tetragonale, hexagonală, cubică.

Examinați pe scurt fiecare tip de grilă, deoarece acestea sunt împărțite în mai multe subspecii. Și vom începe cu ceea ce pot diferi unul de celălalt. În primul rând, este raportul dintre lungimile laturilor și, în al doilea rând, unghiul dintre ele.

Astfel, sincronia triclinică, cea mai mică dintre toate, este o latură elementară (paralelogramă) în care toate laturile și unghiurile nu sunt egale. Un alt reprezentant al așa-numitei categorii inferioare de sincogii este monoclinic. Aici, cele două unghiuri ale celulei sunt de 90 de grade, iar toate laturile au lungimi diferite. Următoarea specie, aparținând celei mai joase categorii, este syngonia rombică. Are trei laturi inegale, dar toate unghiurile figurinei sunt egale cu 90 de grade.

Să trecem la categoria de mijloc. Și primul său termen este sistemul tetragonal. Aici analogia nu este greu de ghicit că toate unghiurile figurii, ea este egală cu 90 de grade, precum și două dintre cele trei laturi sunt egale. Următorul reprezentant este o sincronizare rhomboedică (trigonală). Aici totul este puțin mai interesant. Acest tip este definit de trei laturi identice și trei unghiuri, care sunt egale între ele, dar nu sunt drepte.

Ultima variantă a categoriei medii este syngonia hexagonală. În definiția sa, chiar și mai complexă. Această opțiune este construită pe trei laturi, dintre care două sunt egale și formează un unghi de 120 de grade, iar al treilea este în planul perpendicular pe ele. Dacă luați un sistem hexagonal cu trei celule și să le atașați unul de altul, vom obține un cilindru cu bază hexagonală (care este motivul pentru care ea are un astfel de nume, pentru că „hexa“ în latină înseamnă „șase“).

Ei bine, vârful tuturor syngoniilor, care are simetrie în toate direcțiile, este cubic. Este singura care aparține categoriei celei mai înalte. Aici puteți ghici imediat cum poate fi caracterizată. Toate unghiurile și laturile sunt egale unul cu altul și formează un cub.

Deci, am terminat analiza teoriei cu privire la grupurile de bază ale syngoniilor, iar acum vom spune în detaliu structura diferitelor forme de sulf și proprietățile care rezultă din aceasta.

Structura sulfului

După cum sa menționat deja, sulful are două modificări: rombice și monoclinice. După împărțirea cu teoria, a devenit clar pentru ce sunt diferiți. Însă întregul punct este că, în funcție de temperatură, structura zăbrelei se poate schimba. Întregul punct este în procesul de transformări care au loc atunci când se ajunge la punctul de topire a sulfului. Apoi, rețeaua cristalină este complet distrusă, iar atomii se pot mișca mai mult sau mai puțin liber în spațiu.

Dar să ne întoarcem la structura și caracteristicile unei astfel de substanțe ca sulful. Proprietățile elementelor chimice depind în mare măsură de structura lor. De exemplu, sulful, datorită structurii sale cristaline, are proprietatea flotării. Particulele sale nu sunt umectate de apă, iar bulele de aer care le aderă le trag la suprafață. Astfel, sulful cenușiu apare când este scufundat în apă. Aceasta este baza pentru unele metode de separare a acestui element de un amestec asemănător. Și apoi vom analiza principalele metode de exploatare a acestui compus.

extracție

Sulful se poate afla cu diferite minerale și, prin urmare, la adâncimi diferite. În funcție de aceasta, sunt alese diferite metode de extracție. Dacă adâncimea este mică și nu există acumulări subterane de gaze care impiedica productia, materialul este minat prin metoda deschisă: straturile curate de roci și de a găsi minereu ce conține sulf, trimite pentru reciclare. Dar dacă aceste condiții nu sunt îndeplinite și există pericole, atunci se folosește o metodă bine. Se impune atingerea punctului de topire a sulfului. Pentru a face acest lucru, aplicați setări speciale. Dispozitivul de topire a sulfului în această metodă este pur și simplu necesar. Dar despre acest proces, un pic mai târziu.

În general, extragerea sulfului în orice fel există un risc ridicat de otrăvire, deoarece de multe ori cu ea hidrogen sulfurat minciună și dioxid de sulf, care sunt foarte periculoase pentru oameni.

Pentru a înțelege mai bine care sunt dezavantajele și avantajele acestei sau acelei metode, vom cunoaște metodele de procesare a minereurilor cu conținut de sulf.

extracție

Și aici există mai multe tehnici bazate pe complet diferite proprietăți ale sulfului. Printre acestea se disting cele termice, extractive, cu abur, apă centrifugă și filtrare.

Cele mai testate sunt cele termice. Ele se bazează pe faptul că punctul de fierbere și punctul de topire al sulfului este mai mic decât cel al minereurilor în care se "încuie". Singura problemă este că se consumă multă energie. Pentru a menține temperatura, a trebuit să ardă o parte din sulf. În ciuda simplității, această metodă este ineficientă, iar pierderile pot atinge un record de 45%.

Mergem de-a lungul unei ramuri a dezvoltării istorice, așa că ne întoarcem la metoda de abur-apă. Spre deosebire de termice, aceste metode sunt încă folosite în multe fabrici. Destul de ciudat, ele se bazează pe aceeași proprietate - diferența dintre punctul de fierbere și punctul de topire a sulfului de la parametrii asemănători pentru metalele însoțitoare. Singura diferență este modul în care are loc încălzirea. Întregul proces este în autoclave - instalații speciale. Există minereu sulfuric îmbogățit, care conține până la 80% din elementul extras. Apoi, sub presiune, vaporii de apă fierbinte sunt pompați în autoclavă. Încălzirea până la 130 de grade Celsius, sulful este topit și scos din sistem. Desigur, există și așa-numitele cozi - particule de sulf care plutesc în apă, formate datorită condensării vaporilor de apă. Ele sunt îndepărtate și reintroduse în proces, deoarece există și o mulțime de elemente de care avem nevoie.

Una dintre cele mai moderne metode este centrifuga. Apropo, el sa dezvoltat în Rusia. Dacă, pe scurt, esența ei este că topirea unui amestec de sulf și minerale, pe care o însoțește, se strecoară într-o centrifugă și se desface cu viteză mare. Piatra mai grea, datorită forței centrifuge, tinde din centru, în timp ce sulful în sine rămâne mai înalt. Apoi straturile obținute sunt pur și simplu separate unul de celălalt.

Există o altă metodă, care este încă utilizată în producție. Este în separarea sulfului de minerale prin filtre speciale.

În acest articol, vom lua în considerare numai metodele termice de extragere a unui element care este, fără îndoială, important pentru noi.

Procesul de topire

Studiul transferului de căldură în timpul topirii sulfului este o problemă importantă, deoarece aceasta este una dintre cele mai economice modalități de extragere a acestui element. Putem combina parametrii sistemului cu încălzire și trebuie să calculăm combinația lor optimă. În acest scop se efectuează studiul transferului de căldură și analiza caracteristicilor procesului de fuziune cu sulf. Există mai multe tipuri de instalații pentru acest proces. Cuptorul de topire pentru sulf este unul dintre ele. Obținerea elementului pe care îl cauți cu acest produs este doar o metodă auxiliară. Cu toate acestea, astăzi există o instalație specială - un aparat pentru topirea acidului sulfuric. Acesta poate fi utilizat în mod eficient în producție pentru a produce sulf de mare puritate într-un volum mare.

Pentru scopul de mai sus, în 1890 a fost inventată o instalație care permite sulfului să se topească la o adâncime și pompată la suprafață printr-o țeavă. Designul său este suficient de simplu și eficient în acțiune: două conducte se află una în cealaltă. Aburul circulă supraîncălzit la 120 de grade (punctul de topire a sulfului) prin tubul exterior. Capătul tubului interior ajunge la depozitele elementului de care avem nevoie. Când este încălzit de apă, sulful începe să se topească și să iasă. Totul este destul de simplu. În versiunea modernă, instalația conține o altă conductă: se află într-o conductă cu sulf și aerul comprimat trece prin ea, ceea ce face ca topitura să crească mai repede.

Există mai multe metode, iar în unul dintre ele se atinge punctul de topire al sulfului. Sub sol, doi electrozi sunt coborâți și un curent trece prin ele. Deoarece sulful este un dielectric tipic, acesta nu conduce curentul și începe să se încălzească puternic. Astfel se topește și, cu ajutorul unei țevi, ca și în prima metodă, este pompată. Dacă sulful urmează să fie trimis la producerea de acid sulfuric, el se aprinde subteran și gazul rezultat este evacuat în exterior. Se oxidează la oxid de sulf (VI) și apoi dizolvată în apă pentru a se obține produsul final.

Am dezasamblat topirea sulfului, punctul de topire a sulfului și metodele de extracție a acestuia. Acum este timpul să aflați de ce sunt necesare astfel de metode complicate. De fapt, analiza procesului de topire a sulfului și a sistemului de control al temperaturii este necesară pentru a curăța și a utiliza 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

Nu are sens să spui unde compușii sulfului. Este mai ușor să spui unde nu se aplică. Sulful se găsește în orice produs din cauciuc și din cauciuc, în gaz, care este alimentat în case (acolo este necesar să se identifice scurgerile în cazul acestora). Acestea sunt cele mai comune și simple exemple. De fapt, sferele de aplicare a sulfului sunt nenumărate. A le lista pe toate este pur și simplu ireală. Dar dacă facem acest lucru, se pare că sulful este unul dintre cele mai importante elemente ale omenirii.

concluzie

Din acest articol ați aflat ce este punctul de topire al sulfului, ce element este atât de important pentru noi. Dacă sunteți interesat de acest proces și de studiul său, probabil că ați învățat ceva nou pentru dvs. De exemplu, pot fi caracteristici ale topirii sulfului. În orice caz, nu există limită pentru perfecțiune și niciunul dintre noi nu va fi împiedicat să cunoască procesele care au loc în industrie. Puteți continua independent să stăpâniți subtilitățile tehnologice ale extracției, extracției și prelucrării sulfului și a altor elemente conținute în crusta pământului.