Sulfur ialah salah satu unsur paling biasa dalam kerak bumi. Selalunya, ia terdapat dalam komposisi mineral yang mengandungi logam sebagai tambahan kepadanya. Proses yang berlaku apabila takat didih dan takat lebur sulfur dicapai adalah sangat menarik. Kami akan menganalisis proses ini, serta kesukaran yang berkaitan dengannya, dalam artikel ini. Tetapi pertama-tama, mari kita selami sejarah penemuan unsur ini.
Sejarah
Dalam bentuk aslinya, serta dalam komposisi mineral, sulfur telah diketahui sejak zaman dahulu. Dalam teks Yunani kuno, kesan toksik sebatiannya pada tubuh manusia diterangkan. Sulfur dioksida yang dikeluarkan semasa pembakaran sebatian unsur ini sememangnya boleh membawa maut kepada manusia. Sekitar abad ke-8, sulfur mula digunakan di China untuk membuat campuran piroteknik. Tidak hairanlah, kerana di negara inilah serbuk barut dipercayai dicipta.
Malah di Mesir purba, orang ramai mengetahui kaedah membakar bijih yang mengandungi sulfur berasaskan tembaga. Beginilah cara logam itu dilombong. Sulfur terlepas dalam bentuk gas beracun SO2.
Walaupun terkenal sejak zaman purba, pengetahuan tentang apa itu sulfur, datang berkat karya naturalis Perancis AntoineLavoisier. Dialah yang menegaskan bahawa ia adalah unsur, dan hasil pembakarannya ialah oksida.
Berikut adalah sejarah ringkas orang ramai mengenali unsur kimia ini. Seterusnya, kita akan bercakap secara terperinci tentang proses yang berlaku di dalam perut bumi dan membawa kepada pembentukan sulfur dalam bentuk seperti sekarang.
Bagaimanakah sulfur terhasil?
Terdapat salah tanggapan umum bahawa unsur ini paling kerap ditemui dalam bentuk asalnya (iaitu, tulen). Walau bagaimanapun, ini tidak sepenuhnya benar. Sulfur asli paling kerap dijumpai sebagai kemasukan dalam bijih lain.
Pada masa ini, terdapat beberapa teori mengenai asal usul unsur dalam bentuk yang paling tulen. Mereka mencadangkan perbezaan dalam masa pembentukan sulfur dan bijih di mana ia diselingi. Yang pertama, teori syngenesis, menganggap pembentukan sulfur bersama-sama dengan bijih. Menurutnya, beberapa bakteria yang hidup di lautan, mengurangkan sulfat dalam air kepada hidrogen sulfida. Yang terakhir, seterusnya, bangkit, di mana, dengan bantuan bakteria lain, ia dioksidakan kepada sulfur. Dia jatuh ke dasar, bercampur dengan kelodak, dan seterusnya mereka bersama-sama membentuk bijih.
Intipati teori epigenesis ialah sulfur dalam bijih itu terbentuk kemudian daripada dirinya sendiri. Terdapat beberapa cawangan di sini. Kami hanya akan bercakap tentang versi yang paling biasa bagi teori ini. Ia terdiri daripada ini: air bawah tanah, yang mengalir melalui pengumpulan bijih sulfat, diperkaya dengan mereka. Kemudian, melalui medan minyak dan gas, ion sulfat dikurangkan kepada hidrogen sulfida kerana hidrokarbon. Hidrogen sulfida, naik ke permukaan, teroksidaoksigen atmosfera kepada sulfur, yang mengendap di dalam batu, membentuk kristal. Teori ini baru-baru ini menemui lebih banyak pengesahan, tetapi persoalan kimia transformasi ini masih terbuka.
Daripada proses asal usul sulfur dalam alam semula jadi, mari kita beralih kepada pengubahsuaiannya.
Alotropi dan polimorfisme
Sulfur, seperti banyak unsur lain dalam jadual berkala, wujud dalam alam semula jadi dalam beberapa bentuk. Dalam kimia ia dipanggil pengubahsuaian alotropik. Terdapat belerang rombik. Takat leburnya agak lebih rendah daripada pengubahsuaian kedua: monoklinik (112 dan 119 darjah Celsius). Dan mereka berbeza dalam struktur sel asas. Sulfur ketupat lebih tumpat dan stabil. Ia boleh, apabila dipanaskan hingga 95 darjah, masuk ke dalam bentuk kedua - monoklinik. Unsur yang kita bincangkan mempunyai analog dalam jadual berkala. Polimorfisme sulfur, selenium dan tellurium masih dibincangkan oleh saintis. Mereka mempunyai hubungan yang sangat rapat antara satu sama lain, dan semua pengubahsuaian yang mereka bentuk adalah sangat serupa.
Dan kemudian kita akan menganalisis proses yang berlaku semasa pencairan sulfur. Tetapi sebelum anda mula, anda harus terjun sedikit ke dalam teori struktur kekisi kristal dan fenomena yang berlaku semasa peralihan fasa jirim.
kristal diperbuat daripada apa?
Seperti yang anda ketahui, dalam keadaan gas, bahan tersebut adalah dalam bentuk molekul (atau atom), bergerak secara rawak di angkasa. dalam bahan cairzarah konstituennya dikumpulkan, tetapi masih mempunyai kebebasan pergerakan yang agak besar. Dalam keadaan terkumpul yang kukuh, semuanya berbeza sedikit. Di sini tahap susunan meningkat kepada nilai maksimumnya, dan atom membentuk kekisi kristal. Sudah tentu, terdapat turun naik di dalamnya, tetapi ia mempunyai amplitud yang sangat kecil, dan ini tidak boleh dipanggil pergerakan bebas.
Sebarang kristal boleh dibahagikan kepada sel asas - sebatian atom yang berturutan sedemikian yang diulang sepanjang keseluruhan isipadu sebatian sampel. Di sini perlu dijelaskan bahawa sel-sel tersebut bukanlah kisi kristal, dan di sini atom-atom terletak di dalam isipadu angka tertentu, dan bukan pada nodnya. Bagi setiap kristal, ia adalah individu, tetapi ia boleh dibahagikan kepada beberapa jenis utama (syngoni) bergantung pada geometri: triklinik, monoklinik, rombik, rombohedral, tetragonal, heksagon, kubik.
Mari kita menganalisis secara ringkas setiap jenis kekisi, kerana ia terbahagi kepada beberapa subspesies. Dan mari kita mulakan dengan bagaimana mereka boleh berbeza antara satu sama lain. Pertama, ini ialah nisbah panjang sisi, dan kedua, sudut di antara mereka.
Oleh itu, syngony triclinic, yang paling rendah daripada semua, ialah kisi asas (paralelogram), di mana semua sisi dan sudut tidak sama antara satu sama lain. Satu lagi wakil dari kategori syngonies yang dipanggil lebih rendah adalah monoklinik. Di sini, dua sudut sel adalah 90 darjah, dan semua sisi mempunyai panjang yang berbeza. Jenis seterusnya yang tergolong dalam kategori terendah ialah syngoni rhombic. Ia mempunyai tiga sisi yang tidak sama, tetapi semua sudut rajah ituadalah sama dengan 90 darjah.
Mari kita beralih ke kategori pertengahan. Dan ahli pertamanya ialah syngoni tetragonal. Di sini, dengan analogi, mudah untuk meneka bahawa semua sudut rajah yang diwakilinya adalah sama dengan 90 darjah, dan juga dua daripada tiga sisi adalah sama antara satu sama lain. Wakil seterusnya ialah syngoni rhombohedral (trigonal). Di sinilah perkara menjadi lebih menarik. Jenis ini ditakrifkan oleh tiga sisi yang sama dan tiga sudut yang sama tetapi tidak lurus.
Varian terakhir bagi kategori tengah ialah syngoni heksagon. Terdapat lebih banyak kesukaran untuk mentakrifkannya. Pilihan ini dibina pada tiga sisi, dua daripadanya adalah sama dan membentuk sudut 120 darjah, dan yang ketiga berada dalam satah berserenjang dengan mereka. Jika kita mengambil tiga sel syngoni heksagon dan melekatkannya antara satu sama lain, kita akan mendapat silinder dengan tapak heksagon (sebab itu ia mempunyai nama sedemikian, kerana "heksa" dalam bahasa Latin bermaksud "enam").
Nah, bahagian atas semua syngonies, mempunyai simetri dalam semua arah, adalah kubik. Dia adalah satu-satunya yang tergolong dalam kategori tertinggi. Di sini anda boleh meneka dengan segera bagaimana ia boleh dicirikan. Semua sudut dan sisi adalah sama dan membentuk kubus.
Jadi, kami telah menyelesaikan analisis teori mengenai kumpulan utama syngonies, dan sekarang kami akan memberitahu dengan lebih terperinci tentang struktur pelbagai bentuk sulfur dan sifat-sifat yang mengikutinya.
Struktur sulfur
Seperti yang telah disebutkan, sulfur mempunyai dua pengubahsuaian: rombik dan monoklinik. Selepas bahagian teoriSudah tentu menjadi jelas bagaimana mereka berbeza. Tetapi keseluruhannya ialah, bergantung pada suhu, struktur kekisi boleh berubah. Keseluruhan titik berada dalam proses transformasi yang berlaku apabila takat lebur sulfur dicapai. Kemudian kekisi kristal dimusnahkan sepenuhnya, dan atom boleh bergerak lebih kurang bebas di angkasa.
Tetapi mari kita kembali kepada struktur dan ciri-ciri bahan seperti sulfur. Sifat unsur kimia bergantung pada strukturnya. Sebagai contoh, sulfur, disebabkan oleh keanehan struktur kristal, mempunyai sifat pengapungan. Zarahnya tidak dibasahi oleh air, dan gelembung udara yang melekat padanya menariknya ke permukaan. Oleh itu, ketulan sulfur terapung apabila direndam dalam air. Ini adalah asas untuk beberapa kaedah mengasingkan unsur ini daripada campuran yang serupa. Dan kemudian kami akan menganalisis kaedah utama untuk mengekstrak sebatian ini.
Pengeluaran
Sulfur boleh berlaku dengan mineral yang berbeza, dan oleh itu pada kedalaman yang berbeza. Bergantung pada ini, kaedah pengekstrakan yang berbeza dipilih. Sekiranya kedalaman cetek dan tidak ada pengumpulan gas di bawah tanah yang mengganggu perlombongan, maka bahan itu dilombong dengan kaedah terbuka: lapisan batu dikeluarkan dan, mencari bijih yang mengandungi sulfur, ia dihantar untuk diproses. Tetapi jika syarat ini tidak dipenuhi dan terdapat bahaya, maka kaedah lubang gerudi digunakan. Ia perlu mencapai takat lebur sulfur. Untuk ini, pemasangan khas digunakan. Radas untuk mencairkan sulfur ketulan dalam kaedah ini hanya perlu. Tetapi mengenai proses ini - sedikitnanti.
Secara amnya, apabila mengekstrak sulfur dalam apa cara sekalipun, terdapat risiko keracunan yang tinggi, kerana selalunya hidrogen sulfida dan sulfur dioksida termendap bersamanya, yang sangat berbahaya bagi manusia.
Untuk lebih memahami kelemahan dan kelebihan kaedah tertentu, mari kita berkenalan dengan kaedah memproses bijih yang mengandungi sulfur.
Pengeluaran
Di sini juga, terdapat beberapa helah berdasarkan sifat sulfur yang berbeza sama sekali. Antaranya ialah haba, pengekstrakan, air wap, emparan dan penapisan.
Yang paling terbukti adalah haba. Ia adalah berdasarkan fakta bahawa takat didih dan lebur sulfur adalah lebih rendah daripada bijih di mana ia "berkahwin". Satu-satunya masalah ialah ia menggunakan banyak tenaga. Untuk mengekalkan suhu, dahulunya perlu membakar sebahagian daripada sulfur. Walaupun mudah, kaedah ini tidak berkesan dan kerugian boleh mencapai rekod 45 peratus.
Kami mengikuti cabang perkembangan sejarah, jadi kami beralih kepada kaedah air wap. Tidak seperti kaedah terma, kaedah ini masih digunakan di banyak kilang. Anehnya, ia adalah berdasarkan sifat yang sama - perbezaan dalam takat didih dan takat lebur sulfur daripada logam yang berkaitan. Satu-satunya perbezaan ialah bagaimana pemanasan berlaku. Seluruh proses berlaku dalam autoklaf - pemasangan khas. Bijih sulfur yang diperkaya yang mengandungi sehingga 80% unsur yang dilombong dibekalkan di sana. Kemudian, di bawah tekanan, air panas dipam ke dalam autoklaf.wap. Memanaskan sehingga 130 darjah Celsius, sulfur cair dan dikeluarkan daripada sistem. Sudah tentu, ekor yang dipanggil kekal - zarah sulfur terapung di dalam air yang terbentuk akibat pemeluwapan wap air. Ia dialih keluar dan dimasukkan semula ke dalam proses, kerana ia juga mengandungi banyak elemen yang kita perlukan.
Salah satu kaedah paling moden - sentrifuge. By the way, ia dibangunkan di Rusia. Ringkasnya, intipatinya ialah bahawa leburan campuran sulfur dan mineral yang disertainya direndam dalam emparan dan berputar pada kelajuan tinggi. Batuan yang lebih berat cenderung menjauhi pusat kerana daya emparan, manakala sulfur itu sendiri kekal lebih tinggi. Kemudian lapisan yang terhasil hanya dipisahkan antara satu sama lain.
Terdapat kaedah lain yang turut digunakan dalam pengeluaran sehingga kini. Ia terdiri daripada mengasingkan sulfur daripada mineral melalui penapis khas.
Dalam artikel ini, kami akan mempertimbangkan kaedah terma secara eksklusif untuk mengekstrak unsur yang sudah pasti penting bagi kami.
Proses pencairan
Kajian pemindahan haba semasa pencairan sulfur merupakan isu penting, kerana ini adalah salah satu cara paling menjimatkan untuk mengekstrak unsur ini. Kita boleh menggabungkan parameter sistem semasa pemanasan, dan kita perlu mengira gabungan optimum mereka. Ia adalah untuk tujuan ini bahawa kajian pemindahan haba dan analisis ciri-ciri proses lebur sulfur dijalankan. Terdapat beberapa jenis pemasangan untuk proses ini. Dandang lebur sulfur adalah salah satu daripadanya. Mendapatkan item yang anda cari dengan produk ini- hanya pembantu. Walau bagaimanapun, hari ini terdapat pemasangan khas - alat untuk mencairkan sulfur ketulan. Ia boleh digunakan dengan berkesan dalam pengeluaran untuk menghasilkan sulfur ketulenan tinggi dalam kuantiti yang banyak.
Untuk tujuan di atas, pada tahun 1890, pemasangan telah dicipta yang membolehkan sulfur dicairkan pada kedalaman dan dipam ke permukaan menggunakan paip. Reka bentuknya agak mudah dan berkesan dalam tindakan: dua paip terletak di antara satu sama lain. Stim yang dipanaskan lampau hingga 120 darjah (takat lebur sulfur) beredar melalui paip luar. Hujung paip dalam mencapai deposit unsur yang kita perlukan. Apabila dipanaskan oleh air, sulfur mula mencair dan keluar. Semuanya agak mudah. Dalam versi moden, pemasangan mengandungi paip lain: ia berada di dalam paip dengan sulfur, dan udara termampat mengalir melaluinya, yang menjadikan leburan meningkat lebih cepat.
Terdapat beberapa kaedah lagi, dan salah satunya mencapai takat lebur sulfur. Dua elektrod diturunkan di bawah tanah dan arus dialirkan melaluinya. Oleh kerana sulfur adalah dielektrik biasa, ia tidak mengalirkan arus dan mula menjadi sangat panas. Oleh itu, ia cair dan dengan bantuan paip, seperti dalam kaedah pertama, ia dipam keluar. Jika mereka ingin menghantar sulfur kepada pengeluaran asid sulfurik, maka ia dibakar di bawah tanah dan gas yang terhasil dibawa keluar. Ia selanjutnya dioksidakan kepada sulfur oksida (VI), dan kemudian dilarutkan dalam air, mendapatkan hasil akhir.
Kami telah menganalisis pencairan sulfur, pencairan sulfur dan kaedah pengekstrakannya. Kini tiba masanya untuk mengetahui mengapa kaedah yang kompleks itu diperlukan. Malah, analisis proses peleburan sulfur dansistem kawalan suhu diperlukan untuk membersihkan dengan baik dan menggunakan produk akhir pengekstrakan dengan berkesan. Lagipun, sulfur ialah salah satu unsur terpenting yang memainkan peranan penting dalam banyak bidang kehidupan kita.
Permohonan
Tidak masuk akal untuk menyatakan di mana sebatian sulfur digunakan. Lebih mudah untuk mengatakan di mana mereka tidak memohon. Sulfur ditemui dalam mana-mana produk getah dan getah, dalam gas yang dibekalkan ke rumah (di sana ia diperlukan untuk mengenal pasti kebocoran jika berlaku). Ini adalah contoh yang paling biasa dan mudah. Malah, penggunaan sulfur tidak terkira banyaknya. Untuk menyenaraikan semuanya adalah tidak realistik. Tetapi jika kita berjanji untuk melakukan ini, ternyata sulfur adalah salah satu unsur yang paling penting untuk manusia.
Kesimpulan
Daripada artikel ini, anda mengetahui apakah takat lebur sulfur, mengapa unsur ini sangat penting kepada kami. Jika anda berminat dengan proses ini dan kajiannya, maka anda mungkin telah mempelajari sesuatu yang baru untuk diri anda sendiri. Sebagai contoh, ini mungkin ciri-ciri pencairan sulfur. Walau apa pun, tiada had untuk kesempurnaan, dan pengetahuan tentang proses yang berlaku dalam industri tidak akan mengganggu mana-mana daripada kita. Anda secara bebas boleh terus menguasai selok-belok teknologi proses pengekstrakan, pengekstrakan dan pemprosesan sulfur dan unsur-unsur lain yang terkandung dalam kerak bumi.
