Tališče žvepla. Naprave za taljenje žvepla

Žveplo je eden najpogostejših elementov zemeljske skorje. Najpogosteje se nahaja v mineralih, ki poleg njega vsebujejo tudi kovine. Procesi, ki se pojavijo, ko vrelišče

Zgodovina

V svoji naravni obliki, pa tudi v sestavi minerala, je bila iz antike poznana žveplo. Stara grška besedila opisujejo toksični učinek svojih spojin na človeško telo. Kisli plin, sproščeno med zgorevanjem spojin tega elementa, je resnično smrtno za človeka. Okoli osmega stoletja se je na Kitajskem uporabljalo žveplo za pripravo pirotehničnih mešanic. Ni presenetljivo, da je v tej državi, je verjel, izumil smodnik.

Tudi v starodavnem Egiptu so ljudje poznali metodo žarjenja rude, ki vsebuje žveplo na osnovi bakra. Tako je bila ta kovina minirana. Žveplo je odšlo v obliki strupenega plina SO₂.

Kljub znano že od antičnih časov je znano, da je žveplo, je zahvaljujoč delu francoskega znanstvenika Antoine Lavoisier. On je tisti, ki je ugotovil, da je to element, in produkti njegovega zgorevanja so oksidi.

Tukaj je kratka zgodovina dating ljudi s tem kemičnim elementom. Nato bomo podrobno opisali procese, ki se pojavljajo v črevesju zemlje in vodijo k nastanku žvepla v obliki, v kateri je zdaj.

Kako se pojavlja žveplo?

Obstaja pogosto napačno prepričanje, da se ta element najpogosteje pojavlja v domači (to je čisti) obliki. Vendar to ni povsem res. Izvorno žveplo najpogosteje najdemo kot impregnacijo v drugi rudi.

Trenutno obstaja več teorij o izvoru elementa v njegovi čisti obliki. Predpostavljajo razliko v času nastanka žvepla in rud, v katere se je raztegnilo. Prvi, teorija sinegeze, predpostavlja nastanek žvepla skupaj s rudami. Glede na to so nekatere bakterije, ki živijo v debelini oceana, obnovile sulfate, ki so v vodi, do vodikovega sulfida. Slednji so se nato dvignili navzgor, kjer so s pomočjo drugih bakterij oksidirali v žveplo. Padla je na dno, pomešana z blatom, nato pa sta skupaj oblikovala rudo.

Bistvo teorije epigeneze je, da se je žveplo v rudi oblikovalo kasneje kot sama. Tu je več vej. Povedali bomo le o najbolj razširjeni različici te teorije. Sestoji iz tega: obogatijo se podzemne vode, ki tečejo skozi akumulacije sulfatnih rud. Potem, skozi oljna in plinska polja, se sulfatni ioni zmanjšajo na vodikov sulfid zaradi ogljikovodikov. Kisli vodik, ki se dvigne na površino, se oksidira z zrakom kisika v žveplo, ki se usede v kamnine in tvori kristale. Ta teorija je nedavno odkrila vse več dokazov, vendar je vprašanje kemije teh transformacij še vedno odprto.

Iz procesa izvora žvepla v naravi se obračamo na njegove spremembe.

Alotropija in polimorfizem

Žveplo, tako kot mnogi drugi elementi periodične mize, v naravi obstaja v več oblikah. V kemiji se imenujejo alotropne spremembe. Obstaja sivo rombično. Tališče nekoliko nižja kot druga modifikacija: monoklinična (112 in 119 stopinj Celzija). In se razlikujejo po strukturi elementarnih celic. Rimbinski žveplo je bolj gosto in odporno. Lahko se segreje do 95 stopinj v drugo obliko - monoklinično. Element, o katerem razpravljamo, vsebuje analoge v periodični tabeli. Polimorfizem žvepla, selena in telurja, znanstveniki še vedno razpravljajo. Imajo zelo tesne odnose med seboj, vse spremembe, ki jih tvorijo, so zelo podobne.

In nato bomo analizirali procese, ki se pojavijo med taljenjem žvepla. Toda pred začetkom bi morali malo potopiti v teorijo strukture kristalne rešetke in pojavov, ki se pojavljajo med faznimi prehodi snovi.

Kaj vsebuje kristal?

Kot je znano, je v plinastem stanju snov v obliki molekul (ali atomov), ki se naključno premika v vesolju. V tekoči snovi so njeni sestavni delci združeni, vendar imajo še vedno dovolj prostega gibanja. V trdnem agregatnem stanju je vse malo drugačno. Tukaj stopnja naročanja narašča do njegove največje vrednosti, in atomi tvorijo kristalno mrežo. V njej se seveda pojavljajo nihanja, vendar imajo zelo majhno amplitudo in to ni mogoče imenovati prostega gibanja.

Vsak kristal lahko razdelimo na osnovne celice - takšne zaporedne spojine atomov, ki se ponavljajo po celotnem vzorcu spojine. Tukaj je smiselno razjasniti, da takšne celice niso kristalna mreža, in tu so atomi znotraj volumna določenega števila in ne na vozliščih. Za vsako od kristala, so edinstveni, vendar jih je mogoče razdeliti na več glavnih vrstah (kristalna systems) v odvisnosti od geometrije: tricikličnem, monokliničnega, ortorombični, romboedričen, tetragonalne, šesterokotno, kubični.

Na kratko preučimo vsako vrsto mrež, ker so razdeljeni na več podvrst. Začeli bomo s tem, kar se lahko razlikujejo drug od drugega. Prvič, to je razmerje med dolžino strani in, drugič, kot med njimi.

Tako triklinski kristalni sistem, najnižji od vseh, je osnovno rešetko (paralelogram) kjer so vse strani in kotov nista enaki. Drugi predstavnik tako imenovane nižje kategorije sinergij je monokliničen. Tu sta dva celična kota 90 stopinj in vsa stran ima različne dolžine. Naslednja vrsta, ki spada v najnižjo kategorijo, je rombična sinagonija. Ima tri neenake stranice, vendar so vsi koti slike enaki 90 stopinj.

Premakni se v srednjo kategorijo. Prvi termin pa je tetragonalni sistem. Tu analogija ni težko uganiti, da ona je vse kote na sliki enaka 90 stopinj, pa tudi dva od treh strani so enaki. Naslednji predstavnik je romboedijska (trigonska) sinagonija. Tukaj je vse zanimivo. Ta vrsta je opredeljena s tremi identičnimi strani in tri vogale, ki so enaki med seboj, vendar niso ravne.

Zadnja različica srednje kategorije je šesterokotna sinagonija. V svoji opredelitvi je še bolj zapletena. Ta možnost je zgrajena na treh straneh, od katerih sta dva enaki in tvorita kot 120 stopinj, tretji pa v ravnino, ki je pravokotna na njih. Če ste vzeli šesterokotni sistem treh celic in jih pritrdite s seboj, smo dobili cilinder s heksagonalno osnove (ki je, zakaj ima takšno ime, saj "hexa" v latinščini pomeni "šest").

No, veriga vseh sinhronij, ki ima simetrijo v vseh smereh, je kubična. Je edina, ki spada v najvišjo kategorijo. Tukaj lahko takoj uganeš, kako ga je mogoče označiti. Vsi koti in stranice so enaki drugemu in tvorijo kocko.

Torej smo zaključili analizo teorije o osnovnih skupinah sinhronij, zdaj pa bomo podrobneje pojasnili strukturo različnih oblik žvepla in lastnosti, ki izhajajo iz tega.

Struktura žvepla

Kot smo že omenili, ima žveplo dve modifikaciji: rombično in monoklinično. Po razdelitvi s teorijo je postalo jasno, za kaj so drugačni. Toda celotna točka je, da se odvisna od temperature lahko spremeni struktura mreže. Celotna točka je v procesu transformacij, ki se odvijajo, ko dosežemo tališče žvepla. Potem je kristalna mreža popolnoma uničena in se lahko v prostoru bolj ali manj prosto gibljejo.

Ampak naj se vrnemo k strukturi in značilnostim take snovi kot žvepla. Lastnosti kemičnih elementov so v veliki meri odvisne od njihove strukture. Na primer, žveplo, zaradi svoje kristalne strukture, ima lastnost flotacije. Njene delce se ne zmočijo z vodo, mehurčki, ki se jih držijo, jih potegnejo do površine. Tako se siva žvepla pojavlja, ko se potopi v vodo. To je osnova za nekatere metode ločevanja tega elementa iz mešanice podobnega. In nato bomo analizirali glavne metode rudarjenja te spojine.

Ekstrakcija

Žveplo lahko ležijo z različnimi minerali in posledično na različnih globinah. Glede na to so izbrani različni načini ekstrakcije. Če je globina je majhna in ni podzemne akumulacije plinov, ki ovirajo proizvodnje, se material izkopati ga odprte metode: čistih plasti kamnin in iskanje rude, ki vsebujejo žveplo, ga pošlje v recikliranje. Toda, če ti pogoji niso izpolnjeni in obstajajo nevarnosti, se uporabi vdolbinica. Zahteva, da se doseže tališče žvepla. Če želite to narediti, uporabite posebne nastavitve. Naprava za taljenje žvepla v tej metodi je preprosto potrebna. Toda o tem procesu, malo kasneje.

Na splošno, ko rudarjenje žvepla na kakršen koli način, obstaja veliko tveganje zastrupitve, saj pogosteje z njim obstajajo vodikov sulfid in žveplov dioksid, ki so zelo nevarni za ljudi.

Da bi bolje razumeli, kakšne so pomanjkljivosti in prednosti te ali tiste metode, se bomo spoznali z metodami predelave žveplove rude.

Ekstrakcija

Tudi tu je več tehnik, ki temeljijo na popolnoma drugačnih lastnosti žvepla. Med njimi so značilni toplotni, ekstraktivni, parovodni, centrifugalni in filtrirni.

Najbolj preizkušeni so toplotni. Temelji na dejstvu, da je vrelišče in tališče žvepla nižje kot v rudah, v katere se "klini". Edini problem je, da se porabi veliko energije. Da bi ohranili temperaturo, je bilo treba zažgati nekaj žvepla. Kljub vsej enostavnosti je ta metoda neučinkovita in izgube lahko dosežejo rekordnih 45 odstotkov.

Gremo po veji zgodovinskega razvoja, zato se obrnemo na metodo pare vode. Te metode v nasprotju s termičnim sistemom še vedno uporabljajo v številnih tovarnah. Čudno je, da temeljijo na isti lastnosti - razliko med vreliščem in tališčem žvepla iz podobnih parametrov za spremljajoče kovine. Edina razlika je, kako se zgodi ogrevanje. Celoten proces je v avtoklavih - posebnih instalacijah. Obogatena je žveplova ruda, ki vsebuje do 80% ekstrahiranega elementa. Nato se pod pritiskom v avtoklavu črpajo vroča voda. Ogrevanje do 130 stopinj Celzija, žveplo se stopi in odstrani iz sistema. Seveda obstajajo tudi ti repi - delci žvepla, ki plujejo v vodi, nastanejo zaradi kondenzacije vodne pare. Odstranijo jih in jih vrnejo v postopek, saj je tudi to veliko elementov, ki jih potrebujemo.

Ena najsodobnejših metod je centrifugalna. Mimogrede, se je razvil v Rusiji. Če na kratko, njegovo bistvo je, da se talina mešanice žvepla in mineralov, ki jo spremlja, potopi v centrifugo in se odpihne z veliko hitrostjo. Teža kamnina zaradi centrifugalne sile teče od središča, medtem ko je žveplo še vedno višje. Nato dobljene plasti preprosto ločimo drug od drugega.

Obstaja še ena metoda, ki se še vedno uporablja v proizvodnji. Gre za ločevanje žvepla iz mineralov skozi posebne filtre.

V tem članku bomo upoštevali le termične metode izločanja elementa, ki je za nas nedvomno pomemben.

Postopek taljenja

Študija prenosa toplote med taljenjem žvepla je pomembno vprašanje, saj je to eden najbolj ekonomičnih načinov za pridobivanje tega elementa. Parametre sistema lahko združimo z ogrevanjem, zato moramo izračunati optimalno kombinacijo. V ta namen se izvede študija prenosa toplote in analiza značilnosti procesa fuzije žvepla. Obstaja več vrst naprav za ta proces. Talna peč za žveplo je ena izmed njih. Pridobivanje izdelka, ki ga iščete s tem izdelkom, je le pomožna metoda. Vendar pa danes obstaja posebna naprava - naprava za taljenje žveplene kisline. Lahko se učinkovito uporablja v proizvodnji za proizvodnjo žvepla visoke čistosti v velikem obsegu.

Za zgoraj navedeni namen je bil leta 1890 izdelana instalacija, ki omogoča, da se žveplo raztopi na globini in črpalka na površino s cevjo. Njegova zasnova je dovolj preprosta in učinkovita v delovanju: dve cevi sta v drugem. Parna krogla pregreje do 120 stopinj (tališče žvepla) skozi zunanjo cev. Konec notranje cevi doseže depozite elementa, ki ga potrebujemo. Ko se segreva z vodo, se žveplo začne taliti in prihaja ven. Vse je dovolj preprosto. V sodobni izvedbi ima instalacija še eno cev: v notranjosti je cev z žveplom, skozi to poteka stisnjen zrak, zaradi česar se talina hitreje dvigne.

Obstaja še nekaj drugih metod, v enem pa dosežemo tališče žvepla. Pod tlemi sta dve elektrodi spuščeni in skozi njih teče struj. Ker je žveplo značilen dielektrik, ne vodi toka in se močno segreje. Tako se topi in s pomočjo cevi kot v prvi metodi izčrpamo. Če se žveplo pošlje v proizvodnjo žveplove kisline, se vžge v podzemlje in nastali plin izpušča zunaj. Oksidira se na žveplov oksid (VI) in nato raztopimo v vodi, da dobimo končni produkt.

Razstavili smo taljenje žvepla, tališče žvepla in metode njegove ekstrakcije. Zdaj je čas, da ugotovimo, zakaj so zapletene metode potrebne. Pravzaprav je potrebna analiza postopka taljenja žvepla in sistema za uravnavanje temperature, da se dobro očisti in učinkovito uporabi končni proizvod ekstrakcije. Navsezadnje je žveplo eden najpomembnejših elementov, ki igrajo ključno vlogo v mnogih življenjskih področjih.

Uporaba

Ni smiselno reči, kje žveplovih spojin. Lažje je reči, kje se ne uporabljajo. Žveplo je v gumijastih in gumijastih izdelkih, v plinu, ki se napaja v domove (tam je potrebno prepoznati puščanje v primeru takega). To so najpogostejši in preprosti primeri. Dejansko so krogi uporabe žvepla nešteti. Če jih želite navesti, je vse preprosto nerealno. Če pa to storimo, se izkaže, da je žveplo eden od najpomembnejših elementov človeštva.

Zaključek

Iz tega članka ste izvedeli, kaj je tališče žvepla, kaj je ta element za nas tako pomemben. Če vas zanima ta proces in njegova študija, ste se verjetno naučili nekaj novega zase. Na primer, lahko so značilnosti taljenja žvepla. V vsakem primeru ni nobene omejitve za popolnost, nobenemu od nas pa ne bo mogoče preprečiti poznavanja procesov v industriji. Samostojno lahko še naprej obvladujete tehnološke subtilnosti pridobivanja, ekstrakcije in predelave žvepla in drugih sestavin, ki jih vsebuje zemlja skorja.