Точката на топене на сярата. Инсталации за топене на сяра

Сярата е един от най-често срещаните елементи на земната кора. Най-често се среща в минералите, които освен това съдържат метали. Процесите, които се случват, когато точка на кипене

история

В родната си форма, както и в състава на минералите, сярата е била известна от древността. Старите гръцки текстове описват токсичния ефект на неговите съединения върху човешкото тяло. Кисел газ, освободен по време на изгарянето на съединенията от този елемент, може наистина да бъде смъртоносен за хората. Около 8-ти век в Китай се използва сяра за приготвянето на пиротехнически смеси. Не е изненадващо, че в тази страна се смята, че е измислил барут.

Дори в древен Египет, хората са знаели метода за калциране на сярна руда, базирана на мед. По този начин този метал е добит. Сярата изчезна под формата на отровен газ₂.

Въпреки славата от древни времена, познаването на това, което представлява сяра, идва от произведенията на френския природолец Антоан Лавоазие. Той беше този, който установи, че това е елемент, а продуктите от неговото изгаряне са оксиди.

Ето една кратка история за запознаване на хората с този химически елемент. След това ще опишем подробно процесите, протичащи в недрата на земята и водещи до образуването на сяра във формата, в която е сега.

Как изглежда сярата?

Има често срещано погрешно схващане, че най-често този елемент се намира в естествена форма (т.е. чиста). Това обаче не е напълно вярно. Основната сяра най-често се среща като импрегниране в друга руда.

В момента има няколко теории за произхода на елемента в неговата чиста форма. Те приемат разлика във времето на образуване на сяра и руди, в които тя се разпръсква. Първата, теорията за сингенето, предполага образуване на сяра заедно с руди. Според него някои бактерии, живеещи в дебелината на океана, възстановяват сулфатите във водата до сероводород. Последният, на свой ред, се издига нагоре, където с помощта на други бактерии се окислява до сяра. Тя падна на дъното, смесена с кал, и след това те образуват руда заедно.

Същността на теорията за епигенезата е, че сярата в рудата се формира по-късно от самата нея. Тук има няколко клона. Ще разкажем само за най-разпространената версия на тази теория. Състои се от това: подземните води, които текат през натрупвания на сулфатни руди, се обогатяват от тях. След това, преминавайки през нефтени и газови полета, сулфатните йони се редуцират до сероводород, дължащ се на въглеводородите. Кисел водород, издигащ се на повърхността, се окислява от въздуха кислород до сяра, която се установява в скалите, образуващи кристали. Тази теория наскоро намери все повече и повече доказателства, но досега въпросът за химията на тези трансформации остава открит.

От процеса на произход на сярата в природата, ние се обръщаме към неговите модификации.

Алотропия и полиморфизъм

Сярата, подобно на много други елементи на периодичната таблица, съществува в природата в няколко форми. В химията те се наричат алотропни модификации. Има сива ромбика. Точка на топене тя е малко по-ниска от втората модификация: моноклинична (112 и 119 градуса по Целзий). И те се различават в структурата на елементарните клетки. Ромбичната сяра е по-гъста и устойчива. Тя може да бъде загрята до 95 градуса във втора форма - моноклинична. Елементът, който обсъждаме, има аналози в периодичната таблица. Полиморфизъм на сяра, селен и телур, учените все още обсъждат. Те имат много тясна връзка помежду си и всички модификации, които те създават, са много сходни.

И тогава ще анализираме процесите, които се случват по време на топенето на сярата. Но преди да започнем, трябва да се потопим малко в теорията за структурата на кристалната решетка и явленията, които се появяват по време на фазовите преходи на материята.

От какво се състои кристалът?

Както е известно, в газовото състояние веществото е под формата на молекули (или атоми), които се движат случайно в пространството. В течната материя съставните частици са групирани заедно, но все още имат достатъчно свобода на движение. В твърдо агрегатно състояние всичко е малко по-различно. Тук степента на подреждане се увеличава до максималната му стойност и атомите образуват кристална решетка. В нея, разбира се, възникват трептения, но те имат много малка амплитуда и това не може да се нарече свободно движение.

Всеки кристал може да бъде разделен на елементарни клетки - такива последователни съединения на атоми, които се повтарят в цялата проба на съединението. Тук е полезно да се изясни, че такива клетки не са кристална решетка, а тук атомите са разположени вътре в обема на определена фигура, а не в нейните възли. За всяка от кристала, те са уникални, но те могат да бъдат разделени в няколко основни типа (кристал системи) в зависимост от геометрията: триклинен, моноклинна, орторомбична, ромбоидни, четириъгълни, шестоъгълна, кубичен.

Разгледайте накратко всеки тип мрежа, тъй като те са разделени на няколко подвида. И ние ще започнем с това, което могат да се различават един от друг. Първо, това е съотношението между дължините на страните и второ, ъгъла между тях.

Така, триклиничната синхрония, най-ниската от всички, е елементарна решетка (паралелограма), в която всички страни и ъгли не са равни. Друг представител на така наречената по-ниска категория сингони е моноклонален. Тук двата клетъчни ъгъла са на 90 градуса и всички страни имат различни дължини. Следващият вид, принадлежащ към най-ниската категория, е ромбичният синхон. Той има три неравномерни страни, но всички ъгли на фигурата са равни на 90 градуса.

Нека преминем към средната категория. Първият й термин е четириъгълната система. Тук аналогията не е трудно да се отгатне, че всички ъгли на фигурата, тя е равна на 90 градуса, както и две от трите страни са равни. Следващият представител е ромбохедрична (тригонална) синхрония. Тук всичко е малко по-интересно. Този тип се определя от три еднакви страни и три ъгъла, които са равни една на друга, но не са прави.

Последният вариант на средната категория е шестоъгълна синхрон. В дефиницията си, още по-сложно. Тази опция е изградена на три страни, две от които са равни и образуват ъгъл от 120 градуса, а третият е в равнината, перпендикулярна на тях. Ако сте приели шестоъгълна система от три клетки и ги прилага към друг, ние се цилиндър с шестоъгълна основа (което е и причината тя има такова име, защото "хек" на латински означава "шест").

Е, връхът на всички сингони, който има симетрия във всички посоки, е кубичен. Тя е единствената, която принадлежи към най-високата категория. Тук можете веднага да отгатнете как може да се характеризира. Всички ъгли и страни са равни една на друга и образуват куб.

Затова завършихме анализа на теорията за основните групи синхрони, а сега ще разкажем по-подробно за структурата на различните форми на сяра и свойствата, които са резултат от това.

Структура на сярата

Както вече беше споменато, сярата има две модификации: ромбична и моноклинична. След разделянето на теорията стана ясно за какво са различни. Но цялата точка е, че в зависимост от температурата решетката може да се промени. Цялата точка е в процеса на трансформации, които се осъществяват, когато се достигне точката на топене на сярата. Тогава кристалната решетка е напълно унищожена и атомите могат да се движат повече или по-малко свободно в пространството.

Но нека се върнем към структурата и характеристиките на такова вещество като сяра. Свойствата на химичните елементи до голяма степен зависят от тяхната структура. Например, сярата, поради своята кристална структура, притежава свойството на флотация. Неговите частици не се намокрят с вода, а въздушните мехурчета, които се прилепват към тях, ги изтласкват на повърхността. По този начин, сивата сяра излиза, когато е потопен във вода. Това е основата за някои методи за отделяне на този елемент от смес от подобни. И тогава ще анализираме основните методи за добив на това съединение.

екстракция

Сярата може да лежи с различни минерали и следователно на различни дълбочини. В зависимост от това се избират различни методи за извличане. Ако дълбочината е малка и няма подземни газови натрупвания, които възпрепятстват производството, материалът се добива от отворен метод: чисти слоеве от скали и намиране на руда, съдържаща сяра, изпратете го за рециклиране. Но ако тези условия не са изпълнени и има опасности, тогава се използва добре метод. То изисква да се достигне точката на топене на сярата. За тази цел приложете специални настройки. Устройството за топене на сяра в този метод е просто необходимо. Но за този процес, малко по-късно.

Като цяло, извличането на сяра по никакъв начин е налице висок риск от отравяне, защото често с нея лъжа сероводород и серен диоксид, които са много опасни за хората.

За да разберем по-добре какви са недостатъците и предимствата на този или на този метод, ще се запознаем с методите за обработка на сярна руда.

екстракция

Тук също има няколко техники, базирани на напълно различни свойства на сярата. Сред тях се отличават термични, екстрактивни, пара-водни, центробежни и филтрационни.

Най-тестваните са термични. Те се основават на факта, че температурата на кипене и точката на топене на сярата са по-ниски от тези на рудите, в които тя "се зацепва". Единственият проблем е, че се консумира много енергия. За да се поддържа температурата, човек трябваше да изгори част от сярата. Въпреки цялата простота, този метод е неефективен и загубите могат да достигнат рекорд 45%.

Отиваме в клон на историческо развитие, затова се обръщаме към метода на пара-водата. За разлика от термичните, тези методи все още се използват в много фабрики. Странно, те се основават на една и съща собственост - разликата между точката на кипене и точката на топене на сярата от подобни параметри за придружаващите го метали. Единствената разлика е как се получава нагряването. Целият процес е в автоклави - специални инсталации. Има обогатена сярна руда, съдържаща до 80% от екстрахирания елемент. След това, под налягане, в автоклава се изпомпва гореща водна пара. Затоплянето до 130 градуса по Целзий, сярата се разтапя и се изважда от системата. Разбира се, има и така наречените опашки - частици от сяра, плаващи във водата, образувани поради кондензация на водни пари. Те се отстраняват и се връщат обратно в процеса, тъй като там има и много от елемента, от който се нуждаем.

Един от най-модерните методи е центробежен. Между другото, той се развива в Русия. Накратко, същността на това е, че стопилката е смес от сяра и минерали, който придружава това пада в центрофуга и се върти с висока скорост. По-тежката скала, благодарение на центробежната сила, е насочена от центъра, докато самата сяра остава по-висока. Тогава получените слоеве са просто отделени един от друг.

Има и друг метод, който все още се използва в производството. Той е в отделянето на сяра от минерали чрез специални филтри.

В тази статия ще разгледаме само топлинните методи за извличане на елемент, който несъмнено е важен за нас.

Процесът на топене

Проучването на топлопренасянето по време на топенето на сяра е важен въпрос, защото това е един от най-икономичните начини за извличане на този елемент. Можем да комбинираме параметрите на системата с отопление и трябва да изчислим оптималната им комбинация. За тази цел се извършва изследване на топлопренасянето и анализ на характеристиките на процеса на сярно сливане. Има няколко вида инсталации за този процес. Топилната пещ за сяра е един от тях. Получаването на елемента, който търсите с този продукт, е само спомагателен метод. Днес обаче има специална инсталация - апарат за топене на сярна киселина. Той може ефективно да се използва в производството, за да произведе с висока чистота сяра в голям обем.

За тази цел през 1890 г. е създадена инсталация, която позволява сярата да се стопи на дълбочина и да се изпомпва на повърхността от тръба. Неговият дизайн е достатъчно прост и ефективен в действие: две тръби са във всеки един от друг. Парата циркулира прегрява до 120 градуса (точката на топене на сярата) през външната тръба. Краят на вътрешната тръба достига отлаганията на елемента, от който се нуждаем. Когато се нагрява с вода, сярата започва да се стопява и излиза. Всичко е достатъчно просто. В модерната версия инсталацията съдържа друга тръба: тя е в тръба със сяра и преминава през нея сгъстен въздух, което води до по-бързо покачване на стопилката.

Съществуват няколко други метода, а в една от тях се достига точката на топене на сярата. Под земята два електрода се спускат и тече през тях течност. Тъй като сярата е типичен диелектрик, тя не води ток и започва да се нагрява силно. По този начин се топи и с помощта на тръба, както и при първия метод, се изпомпва. Ако сярата трябва да бъде изпратена за производството на сярна киселина, тя се запалва под земята и полученият газ се изхвърля навън. Окислява се до серен оксид (VI) и след това се разтваря във вода, за да се получи крайният продукт.

Разглобявахме разтопяването на сярата, точката на топене на сярата и методите за нейното извличане. Сега е време да разберете защо такива сложни методи са необходими. Всъщност е необходим анализ на процеса на топене на сярата и системата за контрол на температурата, за да се почисти и ефективно да се използва крайният продукт на екстракцията. В края на краищата сярата е един от най-важните елементи, които играят ключова роля в много области на нашия живот.

приложение

Няма смисъл да казвам къде серни съединения. По-лесно е да се каже къде не се прилагат. Сярата е във всички гумени и каучукови продукти, в газ, който се подава в домовете (там е необходимо да се идентифицира изтичането в случая). Това са най-често срещаните и прости примери. Всъщност сферите на прилагане на сяра са безброй. Да ги изброим е просто нереално. Но ако направим това, се оказва, че сярата е един от най-важните елементи за човечеството.

заключение

От тази статия научихте каква е точката на топене на сярата, какъв е този елемент толкова важен за нас. Ако се интересувате от този процес и неговото проучване, вероятно сте научили нещо ново за себе си. Например, това може да са признаци на топене на сярата. Във всеки случай няма ограничение за съвършенство и никой от нас няма да бъде възпрепятстван да знае процесите, протичащи в индустрията. Можете независимо да продължите да овладеете технологичните тънкости на добива, извличането и преработката на сярата и други елементи, които се съдържат в земната кора.