Sumpor je jedan od najčešćih elemenata zemljine kore. Najčešće se nalazi u sastavu minerala koji pored njega sadrže i metale. Veoma su interesantni procesi koji nastaju kada se postigne tačka ključanja i topljenja sumpora. Analizirat ćemo ove procese, kao i poteškoće u vezi s njima, u ovom članku. Ali prvo, hajde da zaronimo u istoriju otkrića ovog elementa.
Historija
U svom izvornom obliku, kao iu sastavu minerala, sumpor je poznat od antike. U drevnim grčkim tekstovima opisano je otrovno dejstvo njegovih spojeva na ljudski organizam. Sumpor dioksid koji se oslobađa prilikom sagorijevanja spojeva ovog elementa zaista može biti smrtonosan za ljude. Oko 8. vijeka, sumpor se počeo koristiti u Kini za pravljenje pirotehničkih smjesa. Nije ni čudo, jer se u ovoj zemlji vjeruje da je izmišljen barut.
Čak iu starom Egiptu ljudi su poznavali metodu pečenja rude koja sadrži sumpor na bazi bakra. Ovako se kopao metal. Sumpor je izašao u obliku otrovnog gasa SO2.
Uprkos tome što je poznat od antičkih vremena, saznanje o tome šta je sumpor, došlo je zahvaljujući radu francuskog prirodnjaka AntoineaLavoisier. On je bio taj koji je ustanovio da je to element, a produkti njegovog sagorevanja su oksidi.
Evo ovako kratke istorije upoznavanja ljudi sa ovim hemijskim elementom. Zatim ćemo detaljno govoriti o procesima koji se odvijaju u utrobi zemlje i koji dovode do stvaranja sumpora u obliku u kojem je sada.
Kako nastaje sumpor?
Postoji uobičajena zabluda da se ovaj element najčešće nalazi u svom izvornom (to jest, čistom) obliku. Međutim, to nije sasvim tačno. Prirodni sumpor se najčešće nalazi kao inkluzija u drugoj rudi.
U ovom trenutku postoji nekoliko teorija o porijeklu elementa u njegovom najčistijem obliku. Oni upućuju na razliku u vremenu nastanka sumpora i rudama u kojima se on nalazi. Prva, teorija singeneze, pretpostavlja stvaranje sumpora zajedno sa rudama. Prema njenim rečima, neke bakterije koje žive u okeanu, redukovale su sulfate u vodi u sumporovodik. Potonji se, pak, podigao, gdje je, uz pomoć drugih bakterija, oksidiran u sumpor. Ona je pala na dno, pomešana sa muljem, a zatim su zajedno formirali rudu.
Suština teorije epigeneze je da je sumpor u rudi nastao kasnije od njega samog. Ovdje postoji nekoliko grana. Govorit ćemo samo o najčešćoj verziji ove teorije. Sastoji se od toga: podzemne vode, koje teku kroz akumulacije sulfatnih ruda, obogaćuju se njima. Zatim, prolazeći kroz naftna i plinska polja, sulfatni ioni se reduciraju u sumporovodik zbog ugljikovodika. Vodonik sulfid, koji se diže na površinu, oksidira seatmosferski kiseonik u sumpor, koji se taloži u stenama, formirajući kristale. Ova teorija u posljednje vrijeme nalazi sve više i više potvrda, ali pitanje hemije ovih transformacija ostaje otvoreno.
Od procesa nastanka sumpora u prirodi, pređimo na njegove modifikacije.
Alotropija i polimorfizam
Sumpor, kao i mnogi drugi elementi periodnog sistema, postoji u prirodi u nekoliko oblika. U hemiji se nazivaju alotropske modifikacije. Postoji rombični sumpor. Njegova tačka topljenja je nešto niža od one druge modifikacije: monoklinske (112 i 119 stepeni Celzijusa). I razlikuju se po strukturi elementarnih ćelija. Rombični sumpor je gušći i stabilniji. Može, kada se zagrije na 95 stepeni, preći u drugi oblik - monoklinički. Element o kojem raspravljamo ima analoge u periodnom sistemu. Naučnici još uvijek raspravljaju o polimorfizmu sumpora, selena i telura. Oni imaju veoma blizak odnos jedni s drugima, a sve modifikacije koje formiraju su veoma slične.
A zatim ćemo analizirati procese koji se dešavaju tokom topljenja sumpora. Ali prije nego što počnete, trebali biste se malo zaroniti u teoriju strukture kristalne rešetke i fenomena koji se dešavaju tokom faznih prijelaza materije.
Od čega je napravljen kristal?
Kao što znate, u gasovitom stanju, supstanca je u obliku molekula (ili atoma) koji se nasumično kreću u svemiru. u tečnoj materijinjegove sastavne čestice su grupisane, ali i dalje imaju prilično veliku slobodu kretanja. U solidnom agregatnom stanju, sve je malo drugačije. Ovdje se stepen uređenosti povećava do svoje maksimalne vrijednosti, a atomi formiraju kristalnu rešetku. Naravno, postoje fluktuacije u njemu, ali one imaju vrlo malu amplitudu i to se ne može nazvati slobodnim kretanjem.
Bilo koji kristal se može podijeliti na elementarne ćelije - takva uzastopna jedinjenja atoma koja se ponavljaju kroz cijeli volumen uzorka spoja. Ovdje je vrijedno pojasniti da takve ćelije nisu kristalna rešetka, a ovdje se atomi nalaze unutar volumena određene figure, a ne u njenim čvorovima. Za svaki kristal su individualni, ali se mogu podijeliti u nekoliko glavnih tipova (singonija) ovisno o geometriji: triklinički, monoklinički, rombični, romboedarski, tetragonalni, heksagonalni, kubni.
Ajmo ukratko analizirati svaku vrstu rešetki, jer su podijeljene u nekoliko podvrsta. I počnimo s time kako se mogu razlikovati jedni od drugih. Prvo, ovo su odnosi dužina stranica, a drugo, ugao između njih.
Dakle, triklinička singonija, najniža od svih, je elementarna rešetka (paralelogram), u kojoj sve strane i uglovi nisu jednaki jedni drugima. Još jedan predstavnik takozvane niže kategorije singonija je monoklinička. Ovdje su dva ugla ćelije pod uglom od 90 stepeni, a sve strane imaju različite dužine. Sljedeći tip koji pripada najnižoj kategoriji je rombična singonija. Ima tri nejednake strane, ali sve uglove figurejednaki su 90 stepeni.
Pređimo na srednju kategoriju. A njen prvi član je tetragonalna singonija. Ovdje je, po analogiji, lako pogoditi da su svi uglovi figure koju predstavlja jednaki 90 stepeni, a takođe su dvije od tri strane jednake jedna drugoj. Sljedeći predstavnik je romboedarska (trigonalna) singonija. Ovdje stvari postaju malo zanimljivije. Ovaj tip je definisan sa tri jednake stranice i tri ugla koji su jednaki, ali nisu ravni.
Posljednja varijanta srednje kategorije je heksagonalna singonija. Još je teže definisati to. Ova opcija je izgrađena na tri strane, od kojih su dvije jednake i čine ugao od 120 stepeni, a treća je u ravni koja je okomita na njih. Ako uzmemo tri ćelije heksagonalne singonije i pričvrstimo ih jednu za drugu, dobićemo cilindar sa šestougaonom osnovom (zato i ima takav naziv, jer "hexa" na latinskom znači "šest").
Pa, vrh svih singonija, koji ima simetriju u svim smjerovima, je kubičan. Ona jedina pripada najvišoj kategoriji. Ovdje možete odmah pogoditi kako se može okarakterisati. Svi uglovi i stranice su jednaki i formiraju kocku.
Dakle, završili smo analizu teorije o glavnim grupama singonija, a sada ćemo detaljnije reći o strukturi različitih oblika sumpora i svojstvima koja iz toga proizlaze.
Struktura sumpora
Kao što je već spomenuto, sumpor ima dvije modifikacije: rombičnu i monoklinsku. Nakon odjeljka o teorijiSigurno je postalo jasno po čemu se razlikuju. Ali cijela stvar je u tome da se, ovisno o temperaturi, struktura rešetke može promijeniti. Čitava poenta je u samom procesu transformacija koje se dešavaju kada se dostigne tačka topljenja sumpora. Tada je kristalna rešetka potpuno uništena, a atomi se mogu više ili manje slobodno kretati u prostoru.
Ali vratimo se strukturi i karakteristikama takve supstance kao što je sumpor. Svojstva hemijskih elemenata u velikoj meri zavise od njihove strukture. Na primjer, sumpor, zbog posebnosti kristalne strukture, ima svojstvo flotacije. Njegove čestice ne vlaži voda, a mjehurići zraka koji se zalijepe na njih izvlače ih na površinu. Dakle, grudasti sumpor pluta kada je uronjen u vodu. Ovo je osnova za neke metode odvajanja ovog elementa iz mješavine sličnih. Zatim ćemo analizirati glavne metode za ekstrakciju ovog jedinjenja.
Proizvodnja
Sumpor se može pojaviti sa različitim mineralima, a samim tim i na različitim dubinama. Ovisno o tome, biraju se različite metode ekstrakcije. Ako je dubina plitka i pod zemljom nema nakupina plinova koji ometaju rudarenje, tada se materijal vadi otvorenom metodom: slojevi stijena se uklanjaju i, pronalazeći rudu koja sadrži sumpor, šalje se na preradu. Ali ako ovi uvjeti nisu ispunjeni i postoje opasnosti, tada se koristi metoda bušotine. Treba da dostigne tačku topljenja sumpora. Za to se koriste posebne instalacije. Aparat za topljenje grudnog sumpora u ovoj metodi jednostavno je neophodan. Ali o ovom procesu - malokasnije.
Uglavnom, pri vađenju sumpora na bilo koji način postoji velika opasnost od trovanja, jer se sa njim najčešće talože sumporvodik i sumpordioksid, koji su veoma opasni za ljude.
Da bismo bolje razumjeli nedostatke i prednosti određene metode, hajde da se upoznamo sa metodama prerade rude koja sadrži sumpor.
Izvlačenje
I ovdje postoji nekoliko trikova baziranih na potpuno različitim svojstvima sumpora. Među njima su termalni, ekstrakcijski, parno-vodeni, centrifugalni i filtracijski.
Najviše dokazani od njih su termalni. Oni se zasnivaju na činjenici da su tačke ključanja i topljenja sumpora niže od onih u rudama u koje se on "upliće". Jedini problem je što troši mnogo energije. Za održavanje temperature bilo je potrebno spaliti dio sumpora. Uprkos svojoj jednostavnosti, ova metoda je neefikasna, a gubici mogu dostići rekordnih 45 posto.
Pratimo granu istorijskog razvoja, pa prelazimo na parno-vodeni metod. Za razliku od termičkih metoda, ove metode se još uvijek koriste u mnogim tvornicama. Začudo, baziraju se na istoj osobini - razlici u tački ključanja i talištu sumpora u odnosu na pridružene metale. Jedina razlika je kako se grijanje odvija. Cijeli proces se odvija u autoklavima - specijalnim instalacijama. Tu se isporučuje obogaćena ruda sumpora koja sadrži do 80% iskopanog elementa. Zatim, pod pritiskom, topla voda se pumpa u autoklav.pare. Zagrijavanjem do 130 stepeni Celzijusa, sumpor se topi i uklanja iz sistema. Naravno, ostaju takozvani repovi - čestice sumpora koje plutaju u vodi nastale kondenzacijom vodene pare. Oni se uklanjaju i vraćaju u proces, jer sadrže i dosta elemenata koji su nam potrebni.
Jedna od najmodernijih metoda - centrifuga. Inače, razvijen je u Rusiji. Ukratko, njegova suština je u tome da se talina mješavine sumpora i minerala s kojom se prati uroni u centrifugu i vrti velikom brzinom. Teža stijena se udaljava od centra zbog centrifugalne sile, dok sam sumpor ostaje veći. Zatim se rezultujući slojevi jednostavno odvajaju jedan od drugog.
Postoji još jedna metoda koja se također koristi u proizvodnji do danas. Sastoji se od odvajanja sumpora od minerala kroz posebne filtere.
U ovom članku ćemo razmotriti isključivo termičke metode za izdvajanje elementa koji je za nas nesumnjivo važan.
Proces topljenja
Proučavanje prenosa toplote tokom topljenja sumpora je važno pitanje, jer je ovo jedan od najekonomičnijih načina ekstrakcije ovog elementa. Parametre sistema možemo kombinovati tokom grejanja, a potrebno je izračunati njihovu optimalnu kombinaciju. U tu svrhu provode se proučavanje prijenosa topline i analiza karakteristika procesa topljenja sumpora. Postoji nekoliko vrsta instalacija za ovaj proces. Kotao za topljenje sumpora je jedan od njih. Uz ovaj proizvod dobijate predmet koji tražite- samo pomoćnik. Međutim, danas postoji posebna instalacija - aparat za topljenje grudnog sumpora. Može se efikasno koristiti u proizvodnji za proizvodnju sumpora visoke čistoće u velikim količinama.
Za gornju svrhu, 1890. godine, izumljena je instalacija koja omogućava da se sumpor topi na dubini i ispumpava na površinu pomoću cijevi. Njegov dizajn je prilično jednostavan i efikasan u akciji: dvije cijevi se nalaze jedna u drugoj. Para pregrijana na 120 stepeni (tačka topljenja sumpora) cirkuliše kroz vanjsku cijev. Kraj unutrašnje cijevi dolazi do naslaga elementa koji nam je potreban. Kada se zagrije vodom, sumpor se počinje topiti i izlaziti. Sve je prilično jednostavno. U modernoj verziji, instalacija sadrži još jednu cijev: ona je unutar cijevi sa sumporom, a kroz nju struji komprimirani zrak, što čini da se talina brže diže.
Postoji još nekoliko metoda, a jedna od njih dostiže tačku topljenja sumpora. Dvije elektrode su spuštene ispod zemlje i kroz njih se propušta struja. Budući da je sumpor tipičan dielektrik, on ne provodi struju i počinje da se jako zagrijava. Tako se topi i uz pomoć cijevi, kao u prvoj metodi, ispumpava se. Ako žele da pošalju sumpor u proizvodnju sumporne kiseline, onda se on zapali pod zemljom i nastali gas se iznosi. Dalje se oksidira u sumporov oksid (VI), a zatim se rastvara u vodi, čime se dobija konačni proizvod.
Analizirali smo topljenje sumpora, topljenje sumpora i metode njegove ekstrakcije. Sada je vrijeme da saznamo zašto su potrebne tako složene metode. Zapravo, analiza procesa topljenja sumpora iSistem kontrole temperature je neophodan kako bi se dobro očistio i efikasno primenio finalni proizvod ekstrakcije. Uostalom, sumpor je jedan od najvažnijih elemenata koji igraju ključnu ulogu u mnogim područjima našeg života.
Prijava
Nema smisla reći gdje se koriste jedinjenja sumpora. Lakše je reći gdje se ne primjenjuju. Sumpor se nalazi u bilo kojoj gumi i proizvodima od gume, u plinu koji se dovodi u domove (tamo je potrebno identificirati curenje ako do njega dođe). Ovo su najčešći i jednostavni primjeri. U stvari, primjene sumpora su bezbrojne. Nabrojati ih sve je jednostavno nerealno. Ali ako se preduzmemo da to uradimo, ispostaviće se da je sumpor jedan od najvažnijih elemenata za čovečanstvo.
Zaključak
Iz ovog članka ste saznali koja je tačka topljenja sumpora, zašto nam je ovaj element toliko važan. Ako ste zainteresovani za ovaj proces i njegovo proučavanje, onda ste verovatno naučili nešto novo za sebe. Na primjer, to mogu biti karakteristike topljenja sumpora. U svakom slučaju, ne postoji granica savršenstvu, a poznavanje procesa koji se odvijaju u industriji neće smetati nikome od nas. Možete samostalno nastaviti savladavanje tehnoloških zamršenosti procesa ekstrakcije, ekstrakcije i prerade sumpora i drugih elemenata sadržanih u zemljinoj kori.
