Svavel är ett av de vanligaste elementen i jordskorpan. Oftast finns det i sammansättningen av mineraler som innehåller metaller utöver det. De processer som sker när kokpunkten och smältpunkten för svavel uppnås är mycket intressanta. Vi kommer att analysera dessa processer, såväl som svårigheterna i samband med dem, i den här artikeln. Men först, låt oss dyka in i historien om upptäckten av detta element.
Historia
I sin inhemska form, såväl som i mineralsammansättningen, har svavel varit känt sedan antiken. I antika grekiska texter beskrivs den giftiga effekten av dess föreningar på människokroppen. Den svaveldioxid som frigörs vid förbränning av föreningar av detta element kan verkligen vara dödlig för människor. Runt 800-talet började svavel användas i Kina för att göra pyrotekniska blandningar. Inte konstigt, för det är i det här landet som man tror att krutet har uppfunnits.
Även i det gamla Egypten kände man till en metod för att rosta svavelh altig malm baserad på koppar. Så här bröts metallen. Svavel läckte ut i form av giftig gas SO2.
Trots att den var känd sedan urminnes tider kom kunskapen om vad svavel är tack vare den franske naturforskaren Antoines arbeteLavoisier. Det var han som slog fast att det är ett grundämne och att dess förbränningsprodukter är oxider.
Här är en så kort historik över människors bekantskap med detta kemiska element. Därefter kommer vi att prata i detalj om de processer som äger rum i jordens tarmar och som leder till bildningen av svavel i den form som det är nu.
Hur kommer svavel till?
Det finns en vanlig missuppfattning att detta element oftast finns i sin ursprungliga (det vill säga rena) form. Detta är dock inte riktigt sant. Inhemskt svavel finns oftast som en inneslutning i annan malm.
För tillfället finns det flera teorier om ursprunget till grundämnet i dess renaste form. De antyder en skillnad i tidpunkten för bildning av svavel och de malmer i vilka det är insprängt. Den första, teorin om syngenes, antar bildningen av svavel tillsammans med malmer. Enligt henne reducerade vissa bakterier som lever i havet sulfaterna i vattnet till svavelväte. Den senare reste sig i sin tur, där den med hjälp av andra bakterier oxiderades till svavel. Hon föll till botten, blandad med silt, och därefter bildade de tillsammans malm.
Kärnan i teorin om epigenes är att svavel i malmen bildades senare än den själv. Det finns flera grenar här. Vi kommer bara att prata om den vanligaste versionen av denna teori. Den består av detta: grundvatten, som rinner genom ansamlingar av sulfatmalmer, berikas med dem. Sedan, passerar genom olje- och gasfält, reduceras sulfatjoner till vätesulfid på grund av kolväten. Svavelväte, som stiger till ytan, oxiderasatmosfäriskt syre till svavel, som lägger sig i klipporna och bildar kristaller. Denna teori har nyligen funnit fler och fler bekräftelser, men frågan om kemin i dessa transformationer är fortfarande öppen.
Från processen för uppkomsten av svavel i naturen, låt oss gå vidare till dess modifieringar.
Allotropi och polymorfism
Svavel, liksom många andra element i det periodiska systemet, finns i naturen i flera former. Inom kemin kallas de allotropa modifieringar. Det finns rombiskt svavel. Dess smältpunkt är något lägre än den för den andra modifieringen: monoklinisk (112 och 119 grader Celsius). Och de skiljer sig åt i strukturen av elementära celler. Rombiskt svavel är tätare och stabilare. Den kan, när den värms upp till 95 grader, gå in i en andra form - monoklinisk. Elementet vi diskuterar har analoger i det periodiska systemet. Polymorfismen av svavel, selen och tellur diskuteras fortfarande av forskare. De har ett mycket nära förhållande till varandra, och alla modifieringar som de bildar är väldigt lika.
Och sedan kommer vi att analysera de processer som sker under smältningen av svavel. Men innan du börjar bör du kasta dig in lite i teorin om kristallgittrets struktur och de fenomen som uppstår under fasövergångar av materia.
Vad är en kristall gjord av?
Som ni vet, i gasform, är ämnet i form av molekyler (eller atomer), som rör sig slumpmässigt i rymden. i flytande materialdess ingående partiklar är grupperade, men har fortfarande en ganska stor rörelsefrihet. I ett fast tillstånd av aggregering är allt lite annorlunda. Här ökar ordningsgraden till sitt maximala värde, och atomerna bildar ett kristallgitter. Naturligtvis finns det fluktuationer i det, men de har en mycket liten amplitud, och det kan inte kallas fri rörlighet.
Alla kristaller kan delas in i elementära celler - sådana på varandra följande sammansättningar av atomer som upprepas genom hela provföreningens volym. Här är det värt att klargöra att sådana celler inte är ett kristallgitter, och här är atomerna belägna inuti volymen av en viss figur och inte vid dess noder. För varje kristall är de individuella, men de kan delas in i flera huvudtyper (syngoni) beroende på geometrin: trikliniska, monokliniska, rombiska, romboedriska, tetragonala, sexkantiga, kubiska.
Låt oss kort analysera varje typ av gitter, eftersom de är uppdelade i flera underarter. Och låt oss börja med hur de kan skilja sig från varandra. För det första är dessa förhållandena mellan sidornas längder, och för det andra vinkeln mellan dem.
Den trikliniska syngonin, den lägsta av alla, är alltså ett elementärt gitter (parallelogram), där alla sidor och vinklar inte är lika med varandra. En annan representant för den så kallade lägre kategorin av syngonier är monoklinisk. Här är två hörn av cellen 90 grader, och alla sidor har olika längd. Nästa typ som tillhör den lägsta kategorin är den rombiska syngonin. Den har tre olika sidor, men alla vinklar i figurenär lika med 90 grader.
Låt oss gå vidare till mellankategorin. Och dess första medlem är den tetragonala syngonin. Här, analogt, är det lätt att gissa att alla vinklar i figuren den representerar är lika med 90 grader, och även två av de tre sidorna är lika med varandra. Nästa representant är den romboedriska (trigonala) syngonin. Det är här saker och ting blir lite mer intressanta. Denna typ definieras av tre lika sidor och tre vinklar som är lika men inte raka.
Den sista varianten av mellankategorin är den hexagonala syngonin. Det är ännu svårare att definiera det. Detta alternativ är byggt på tre sidor, varav två är lika och bildar en vinkel på 120 grader, och den tredje är i ett plan vinkelrätt mot dem. Om vi tar tre celler av den hexagonala syngonin och fäster dem till varandra får vi en cylinder med en hexagonal bas (det är därför den har ett sådant namn, eftersom "hexa" på latin betyder "sex").
Tja, toppen av alla syngonier, med symmetri i alla riktningar, är kubisk. Hon är den enda som tillhör den högsta kategorin. Här kan du direkt gissa hur det kan karakteriseras. Alla vinklar och sidor är lika och bildar en kub.
Så, vi har avslutat analysen av teorin om huvudgrupperna av syngonier, och nu ska vi berätta mer i detalj om strukturen hos olika former av svavel och de egenskaper som följer av detta.
Svavelets struktur
Som redan nämnts har svavel två modifikationer: rombisk och monoklinisk. Efter avsnittet om teoriVisst blev det tydligt hur de skiljer sig åt. Men hela poängen är att, beroende på temperaturen, kan gittrets struktur förändras. Hela poängen är i själva processen av omvandlingar som sker när smältpunkten för svavel nås. Då är kristallgittret helt förstört, och atomerna kan röra sig mer eller mindre fritt i rymden.
Men låt oss gå tillbaka till strukturen och egenskaperna hos ett sådant ämne som svavel. Egenskaperna hos kemiska element beror till stor del på deras struktur. Till exempel har svavel, på grund av kristallstrukturens egenheter, egenskapen att flyta. Dess partiklar vätas inte av vatten, och luftbubblor som fäster vid dem drar dem till ytan. Sålunda flyter svavelklumpar när det sänks ned i vatten. Detta är grunden för vissa metoder för att separera detta element från en blandning av liknande. Och sedan kommer vi att analysera de viktigaste metoderna för att extrahera denna förening.
Produktion
Svavel kan förekomma med olika mineral, och därför på olika djup. Beroende på detta väljs olika utvinningsmetoder. Om djupet är grunt och det inte finns några ansamlingar av gaser under jorden som stör gruvbrytningen, bryts materialet med en öppen metod: bergskikt avlägsnas och, efter att hitta malm som innehåller svavel, skickas de för bearbetning. Men om dessa villkor inte uppfylls och det finns faror, så används borrhålsmetoden. Det måste nå svavelets smältpunkt. För detta används speciella installationer. En apparat för att smälta svavelklump i denna metod är helt enkelt nödvändig. Men om denna process - litesenare.
I allmänhet, när man utvinner svavel på något sätt, finns det stor risk för förgiftning, eftersom det oftast avsätts svavelväte och svaveldioxid, vilket är mycket farligt för människor.
För att bättre förstå nackdelarna och fördelarna med en viss metod, låt oss bekanta oss med metoderna för att bearbeta svavelh altig malm.
Extraction
Också här finns det flera knep baserade på helt olika egenskaper hos svavel. Bland dem är termisk, extraktion, ångvatten, centrifugal och filtrering.
De mest beprövade av dem är termiska. De är baserade på det faktum att svavelets kok- och smältpunkter är lägre än för malmerna som det "vigs in i". Det enda problemet är att det drar mycket energi. För att upprätthålla temperaturen var det tidigare nödvändigt att bränna en del av svavlet. Trots sin enkelhet är den här metoden ineffektiv och förlusterna kan nå rekordhöga 45 procent.
Vi följer grenen av historisk utveckling, så vi går vidare till ångvattenmetoden. Till skillnad från termiska metoder används dessa metoder fortfarande i många fabriker. Märkligt nog är de baserade på samma egenskap - skillnaden i kokpunkt och smältpunkt för svavel från de för associerade metaller. Den enda skillnaden är hur uppvärmningen sker. Hela processen sker i autoklaver - specialinstallationer. Där tillförs anrikad svavelmalm som innehåller upp till 80 % av det brutna elementet. Sedan, under tryck, pumpas hett vatten in i autoklaven.ånga. Värmer upp till 130 grader Celsius, svavel smälter och tas bort från systemet. Naturligtvis förblir de så kallade svansarna - partiklar av svavel som flyter i vattnet som bildas på grund av kondensering av vattenånga. De tas bort och sätts tillbaka i processen, eftersom de också innehåller mycket av det element vi behöver.
En av de modernaste metoderna - centrifugering. Förresten, det utvecklades i Ryssland. Kort sagt är dess essens att smältan av en blandning av svavel och mineraler som den åtföljs av nedsänks i en centrifug och snurrar i hög hastighet. Den tyngre bergarten tenderar bort från centrum på grund av centrifugalkraften, medan själva svavlet förblir högre. Sedan separeras de resulterande lagren helt enkelt från varandra.
Det finns en annan metod som också används i produktionen än i dag. Den består i att separera svavel från mineraler genom speciella filter.
I den här artikeln kommer vi uteslutande att överväga termiska metoder för att extrahera ett element som utan tvekan är viktigt för oss.
Smältprocess
Studien av värmeöverföring under smältning av svavel är en viktig fråga, eftersom detta är ett av de mest ekonomiska sätten att utvinna detta element. Vi kan kombinera systemets parametrar under uppvärmning, och vi måste beräkna deras optimala kombination. Det är för detta ändamål som en studie av värmeöverföring och en analys av egenskaperna hos svavelsmältningsprocessen utförs. Det finns flera typer av installationer för denna process. Den svavelsmältande pannan är en av dem. Få varan du letar efter med denna produkt- bara en hjälpare. Men idag finns det en speciell installation - en apparat för att smälta svavel i klump. Det kan effektivt användas i produktionen för att producera högrent svavel i stora mängder.
För ovanstående syfte, 1890, uppfanns en installation som gör att svavel kan smältas på ett djup och pumpas till ytan med hjälp av ett rör. Dess design är ganska enkel och effektiv i aktion: två rör är placerade i varandra. Ånga överhettad till 120 grader (smältpunkt för svavel) cirkulerar genom det yttre röret. Änden av det inre röret når avlagringarna av det element vi behöver. När det värms upp av vatten börjar svavel att smälta och komma ut. Allt är ganska enkelt. I den moderna versionen innehåller installationen ytterligare ett rör: det är inne i röret med svavel, och tryckluft strömmar genom det, vilket gör att smältan stiger snabbare.
Det finns flera metoder till, och en av dem når svavlets smältpunkt. Två elektroder sänks under jorden och en ström passerar genom dem. Eftersom svavel är ett typiskt dielektrikum leder det inte ström och börjar bli väldigt varmt. Således smälter det och med hjälp av ett rör, som i den första metoden, pumpas det ut. Om de vill skicka svavel till produktionen av svavelsyra, sätts det i brand under jorden och den resulterande gasen tas ut. Den oxideras ytterligare till svaveloxid (VI) och löses sedan i vatten, vilket ger slutprodukten.
Vi har analyserat smältningen av svavel, smältningen av svavel och metoder för dess utvinning. Nu är det dags att ta reda på varför så komplexa metoder behövs. Faktum är att analysen av processen att smälta svavel ochtemperaturkontrollsystem behövs för att rengöra väl och effektivt applicera slutprodukten från extraktionen. När allt kommer omkring är svavel ett av de viktigaste elementen som spelar en nyckelroll på många områden i vårt liv.
Application
Det är ingen mening att säga var svavelföreningar används. Det är lättare att säga var de inte gäller. Svavel finns i alla gummi- och gummiprodukter, i gasen som tillförs hem (där behövs det för att identifiera en läcka om en sådan uppstår). Det här är de vanligaste och enklaste exemplen. I själva verket är tillämpningarna av svavel otaliga. Att lista dem alla är helt enkelt orealistiskt. Men om vi åtar oss att göra detta, visar det sig att svavel är en av de viktigaste beståndsdelarna för mänskligheten.
Slutsats
Från den här artikeln lärde du dig vad svavels smältpunkt är, varför detta grundämne är så viktigt för oss. Om du är intresserad av denna process och dess studie, då har du förmodligen lärt dig något nytt för dig själv. Dessa kan till exempel vara egenskaper hos svavelsmältningen. Det finns i alla fall ingen gräns för perfektion, och kunskap om de processer som äger rum i industrin kommer inte att störa någon av oss. Du kan självständigt fortsätta att behärska de tekniska krångligheterna i processerna för utvinning, utvinning och bearbetning av svavel och andra element som finns i jordskorpan.
