Zwavel is een van de meest voorkomende elementen van de aardkorst. Meestal wordt het aangetroffen in de samenstelling van mineralen die daarnaast metalen bevatten. De processen die plaatsvinden wanneer het kookpunt en het smeltpunt van zwavel worden bereikt, zijn erg interessant. We zullen deze processen analyseren, evenals de moeilijkheden die ermee gepaard gaan, in dit artikel. Maar laten we eerst een duik nemen in de geschiedenis van de ontdekking van dit element.
Geschiedenis
In zijn oorspronkelijke vorm, evenals in de samenstelling van mineralen, is zwavel al sinds de oudheid bekend. In oude Griekse teksten wordt het giftige effect van de verbindingen op het menselijk lichaam beschreven. Het zwaveldioxide dat vrijkomt bij de verbranding van verbindingen van dit element kan inderdaad dodelijk zijn voor mensen. Rond de 8e eeuw begon men in China zwavel te gebruiken om pyrotechnische mengsels te maken. Geen wonder, want men denkt dat buskruit in dit land is uitgevonden.
Zelfs in het oude Egypte kenden mensen een methode om zwavelhoudend erts op basis van koper te roosteren. Zo werd het metaal gedolven. Zwavel ontsnapte in de vorm van giftig gas SO2.
Ondanks dat het al sinds de oudheid beroemd is, kwam de kennis van wat zwavel is, dankzij het werk van de Franse natuuronderzoeker AntoineLavoisier. Hij was het die vaststelde dat het een element is en dat de verbrandingsproducten ervan oxiden zijn.
Hier is zo'n korte geschiedenis van de kennis van mensen met dit chemische element. Vervolgens zullen we in detail praten over de processen die plaatsvinden in de ingewanden van de aarde en die leiden tot de vorming van zwavel in de vorm waarin het nu is.
Hoe ontstaat zwavel?
Er is een algemene misvatting dat dit element het vaakst wordt aangetroffen in zijn oorspronkelijke (dat wil zeggen, pure) vorm. Dit is echter niet helemaal waar. Inheemse zwavel wordt meestal gevonden als een toevoeging aan ander erts.
Op dit moment zijn er verschillende theorieën over de oorsprong van het element in zijn puurste vorm. Ze suggereren een verschil in de tijd van vorming van zwavel en de ertsen waarin het wordt afgewisseld. De eerste, de theorie van syngenese, gaat uit van de vorming van zwavel samen met ertsen. Volgens haar reduceerden sommige bacteriën die in de oceaan leven de sulfaten in het water tot waterstofsulfide. De laatste rees op zijn beurt op, waar het met behulp van andere bacteriën werd geoxideerd tot zwavel. Ze viel op de bodem, vermengd met slib, en vervolgens vormden ze samen erts.
De essentie van de theorie van epigenese is dat zwavel in het erts later werd gevormd dan zelf. Er zijn hier meerdere vestigingen. We zullen het alleen hebben over de meest voorkomende versie van deze theorie. Het bestaat uit dit: grondwater, dat door ophopingen van sulfaatertsen stroomt, wordt ermee verrijkt. Vervolgens worden sulfaationen, die door olie- en gasvelden gaan, gereduceerd tot waterstofsulfide vanwege koolwaterstoffen. Waterstofsulfide, dat naar de oppervlakte stijgt, wordt geoxideerdatmosferische zuurstof tot zwavel, dat zich in de rotsen nestelt en kristallen vormt. Deze theorie heeft de laatste tijd steeds meer bevestigingen gevonden, maar de vraag naar de chemie van deze transformaties blijft open.
Van het proces van de oorsprong van zwavel in de natuur, laten we verder gaan met de aanpassingen ervan.
Allotropie en polymorfisme
Zwavel komt, net als veel andere elementen van het periodiek systeem, in de natuur in verschillende vormen voor. In de scheikunde worden ze allotrope modificaties genoemd. Er is ruitvormige zwavel. Het smeltpunt is iets lager dan dat van de tweede modificatie: monokliene (112 en 119 graden Celsius). En ze verschillen in de structuur van elementaire cellen. Rhombische zwavel is dichter en stabieler. Het kan, wanneer het wordt verwarmd tot 95 graden, in een tweede vorm gaan - monoklinisch. Het element dat we bespreken heeft analogen in het periodiek systeem. Het polymorfisme van zwavel, selenium en tellurium wordt nog steeds besproken door wetenschappers. Ze hebben een zeer nauwe relatie met elkaar en alle wijzigingen die ze vormen, lijken erg op elkaar.
En dan zullen we de processen analyseren die plaatsvinden tijdens het smelten van zwavel. Maar voordat je begint, moet je je een beetje verdiepen in de theorie van de structuur van het kristalrooster en de verschijnselen die optreden tijdens faseovergangen van materie.
Waar is een kristal van gemaakt?
Zoals je weet, is de stof in gasvormige toestand in de vorm van moleculen (of atomen), die willekeurig in de ruimte bewegen. in vloeibare materiede samenstellende deeltjes zijn gegroepeerd, maar hebben nog steeds een vrij grote bewegingsvrijheid. In een vaste staat van aggregatie is alles een beetje anders. Hier neemt de ordeningsgraad toe tot zijn maximale waarde en vormen de atomen een kristalrooster. Natuurlijk zitten er fluctuaties in, maar ze hebben een zeer kleine amplitude, en dit kan geen vrij verkeer worden genoemd.
Elk kristal kan worden onderverdeeld in elementaire cellen - dergelijke opeenvolgende verbindingen van atomen die worden herhaald door het hele volume van de monsterverbinding. Hier is het de moeite waard om te verduidelijken dat dergelijke cellen geen kristalrooster zijn, en hier bevinden de atomen zich in het volume van een bepaalde figuur, en niet op de knooppunten. Voor elk kristal zijn ze individueel, maar ze kunnen worden onderverdeeld in verschillende hoofdtypen (syngonie), afhankelijk van de geometrie: trikliene, monokliene, ruitvormige, rhomboëdrische, tetragonale, hexagonale, kubische.
Laten we elk type rooster kort analyseren, omdat ze zijn onderverdeeld in verschillende ondersoorten. En laten we beginnen met hoe ze van elkaar kunnen verschillen. Ten eerste zijn dit de verhoudingen van de lengtes van de zijkanten en ten tweede de hoek ertussen.
De triklinische syngonie, de laagste van allemaal, is dus een elementair rooster (parallelogram), waarin alle zijden en hoeken niet gelijk zijn aan elkaar. Een andere vertegenwoordiger van de zogenaamde lagere categorie van syngonieën is monoklinisch. Hier zijn twee hoeken van de cel 90 graden en hebben alle zijden verschillende lengtes. Het volgende type dat tot de laagste categorie behoort, is de ruitvormige syngonie. Het heeft drie ongelijke zijden, maar alle hoeken van de figuurzijn gelijk aan 90 graden.
Laten we verder gaan met de middelste categorie. En het eerste lid is de tetragonale syngonie. Hier is het naar analogie gemakkelijk te raden dat alle hoeken van de figuur die het voorstelt gelijk zijn aan 90 graden, en ook twee van de drie zijden zijn gelijk aan elkaar. De volgende vertegenwoordiger is de rhomboëdrische (trigonale) syngonie. Dit is waar de dingen een beetje interessanter worden. Dit type wordt gedefinieerd door drie gelijke zijden en drie hoeken die gelijk maar niet recht zijn.
De laatste variant van de middelste categorie is de zeshoekige syngonie. Het is nog moeilijker om het te definiëren. Deze optie is aan drie zijden gebouwd, waarvan er twee gelijk zijn en een hoek van 120 graden vormen, en de derde in een vlak dat er loodrecht op staat. Als we drie cellen van de zeshoekige syngonie nemen en ze aan elkaar bevestigen, krijgen we een cilinder met een zeshoekige basis (daarom heeft het zo'n naam, omdat "hexa" in het Latijn "zes" betekent).
Nou, de top van alle syngonieën, met symmetrie in alle richtingen, is kubisch. Zij is de enige die tot de hoogste categorie behoort. Hier kun je meteen raden hoe het kan worden gekarakteriseerd. Alle hoeken en zijden zijn gelijk en vormen een kubus.
Dus, we zijn klaar met de analyse van de theorie over de hoofdgroepen van syngonieën, en nu zullen we meer in detail vertellen over de structuur van verschillende vormen van zwavel en de eigenschappen die hieruit volgen.
De structuur van zwavel
Zoals reeds vermeld, heeft zwavel twee modificaties: rhombisch en monoklien. Na het gedeelte over theorieHet werd toch wel duidelijk hoe ze verschillen. Maar het hele punt is dat, afhankelijk van de temperatuur, de structuur van het rooster kan veranderen. Het hele punt zit in het proces van transformaties die plaatsvinden wanneer het smeltpunt van zwavel wordt bereikt. Dan wordt het kristalrooster volledig vernietigd en kunnen de atomen min of meer vrij in de ruimte bewegen.
Maar laten we teruggaan naar de structuur en kenmerken van een stof als zwavel. De eigenschappen van chemische elementen hangen grotendeels af van hun structuur. Zwavel heeft bijvoorbeeld, vanwege de eigenaardigheden van de kristalstructuur, de eigenschap van flotatie. De deeltjes worden niet bevochtigd door water en luchtbellen die eraan hechten, trekken ze naar de oppervlakte. Klompzwavel drijft dus wanneer het in water wordt ondergedompeld. Dit is de basis voor sommige methoden om dit element te scheiden van een mengsel van vergelijkbare. En dan zullen we de belangrijkste methoden analyseren om deze verbinding te extraheren.
Productie
Zwavel kan voorkomen bij verschillende mineralen, en dus op verschillende diepten. Afhankelijk hiervan worden verschillende extractiemethoden gekozen. Als de diepte ondiep is en er zich geen ondergrondse gassen ophopen die de mijnbouw belemmeren, wordt het materiaal gedolven volgens een open methode: gesteentelagen worden verwijderd en, bij het vinden van erts dat zwavel bevat, worden ze naar verwerking gestuurd. Maar als niet aan deze voorwaarden wordt voldaan en er gevaren zijn, wordt de boorgatmethode gebruikt. Het moet het smeltpunt van zwavel bereiken. Hiervoor worden speciale installaties gebruikt. Een apparaat voor het smelten van klompzwavel bij deze methode is eenvoudig noodzakelijk. Maar over dit proces - een beetjelater.
Over het algemeen is er bij het extraheren van zwavel op welke manier dan ook een hoog risico op vergiftiging, omdat er meestal waterstofsulfide en zwaveldioxide mee worden afgezet, wat erg gevaarlijk is voor de mens.
Laten we, om de nadelen en voordelen van een bepaalde methode beter te begrijpen, kennis maken met de methoden voor het verwerken van zwavelhoudend erts.
Extractie
Ook hier zijn er verschillende trucs die gebaseerd zijn op totaal verschillende eigenschappen van zwavel. Onder hen zijn thermisch, extractie, stoom-water, centrifugaal en filtratie.
De meest bewezen daarvan zijn thermisch. Ze zijn gebaseerd op het feit dat de kook- en smeltpunten van zwavel lager zijn dan die van de ertsen waarin het zich "huwt". Het enige probleem is dat het veel energie verbruikt. Om de temperatuur op peil te houden was het vroeger nodig om een deel van de zwavel te verbranden. Ondanks zijn eenvoud is deze methode niet effectief en kunnen de verliezen oplopen tot 45 procent.
We volgen de tak van historische ontwikkeling, dus we gaan over op de stoom-watermethode. In tegenstelling tot thermische methoden worden deze methoden nog steeds in veel fabrieken gebruikt. Vreemd genoeg zijn ze gebaseerd op dezelfde eigenschap: het verschil in kookpunt en smeltpunt van zwavel met die van verwante metalen. Het enige verschil is hoe de verwarming plaatsvindt. Het hele proces vindt plaats in autoclaven - speciale installaties. Daar wordt verrijkt zwavelerts aangevoerd dat tot 80% van het gewonnen element bevat. Vervolgens wordt onder druk heet water in de autoclaaf gepompt.stoom. Opwarming tot 130 graden Celsius, zwavel smelt en wordt uit het systeem verwijderd. Natuurlijk blijven de zogenaamde staarten over - zwaveldeeltjes die in het water drijven, gevormd door de condensatie van waterdamp. Ze worden verwijderd en weer in het proces geplaatst, omdat ze ook veel van het element bevatten dat we nodig hebben.
Een van de modernste methoden - centrifugeren. Trouwens, het is ontwikkeld in Rusland. Kortom, de essentie is dat de smelt van een mengsel van zwavel en mineralen waarmee het gepaard gaat, wordt ondergedompeld in een centrifuge en met hoge snelheid ronddraait. Het zwaardere gesteente neigt weg van het centrum vanwege de middelpuntvliedende kracht, terwijl de zwavel zelf hoger blijft. Vervolgens worden de resulterende lagen eenvoudig van elkaar gescheiden.
Er is nog een andere methode die tot op de dag van vandaag in de productie wordt gebruikt. Het bestaat uit het scheiden van zwavel van mineralen door speciale filters.
In dit artikel zullen we uitsluitend thermische methoden beschouwen voor het extraheren van een element dat ongetwijfeld belangrijk voor ons is.
Smeltproces
De studie van warmteoverdracht tijdens het smelten van zwavel is een belangrijke kwestie, omdat dit een van de meest economische manieren is om dit element te extraheren. We kunnen de parameters van het systeem tijdens het verwarmen combineren en we moeten hun optimale combinatie berekenen. Het is voor dit doel dat een studie van warmteoverdracht en een analyse van de kenmerken van het zwavelsmeltproces worden uitgevoerd. Er zijn verschillende soorten installaties voor dit proces. De zwavelsmeltketel is er een van. Het item dat u zoekt bij dit product krijgen- gewoon een hulpje. Tegenwoordig is er echter een speciale installatie - een apparaat voor het smelten van klompzwavel. Het kan effectief in de productie worden gebruikt om zeer zuivere zwavel in grote hoeveelheden te produceren.
Voor het bovenstaande doel werd in 1890 een installatie uitgevonden waarmee zwavel op een diepte kan worden gesmolten en met een pijp naar de oppervlakte kan worden gepompt. Het ontwerp is vrij eenvoudig en effectief in actie: twee pijpen bevinden zich in elkaar. Stoom oververhit tot 120 graden (smeltpunt van zwavel) circuleert door de buitenpijp. Het uiteinde van de binnenpijp bereikt de afzettingen van het element dat we nodig hebben. Bij verhitting door water begint zwavel te smelten en naar buiten te komen. Alles is vrij eenvoudig. In de moderne versie bevat de installatie nog een buis: deze zit in de buis met zwavel, en er stroomt perslucht doorheen, waardoor de smelt sneller stijgt.
Er zijn nog meer methoden, en een ervan bereikt het smeltpunt van zwavel. Twee elektroden worden ondergronds neergelaten en er wordt een stroom doorheen geleid. Omdat zwavel een typisch diëlektricum is, geleidt het geen stroom en begint het erg heet te worden. Het smelt dus en met behulp van een pijp, zoals bij de eerste methode, wordt het weggepompt. Als ze zwavel willen sturen naar de productie van zwavelzuur, dan wordt het ondergronds in brand gestoken en het resulterende gas wordt eruit gehaald. Het wordt verder geoxideerd tot zwaveloxide (VI) en vervolgens opgelost in water, waardoor het eindproduct wordt verkregen.
We hebben het smelten van zwavel, het smelten van zwavel en de extractiemethoden geanalyseerd. Nu is het tijd om uit te zoeken waarom zulke complexe methoden nodig zijn. In feite is de analyse van het proces van het smelten van zwavel entemperatuurregelsysteem is nodig om het eindproduct van de extractie goed en effectief te kunnen reinigen. Zwavel is tenslotte een van de belangrijkste elementen die op veel gebieden van ons leven een sleutelrol spelen.
Toepassing
Het heeft geen zin om te zeggen waar zwavelverbindingen worden gebruikt. Het is gemakkelijker om te zeggen waar ze niet van toepassing zijn. Zwavel komt voor in alle rubber en rubberproducten, in het gas dat aan huizen wordt geleverd (daar is het nodig om een lek te identificeren als die zich voordoet). Dit zijn de meest voorkomende en eenvoudige voorbeelden. In feite zijn de toepassingen van zwavel legio. Om ze allemaal op te sommen is gewoon onrealistisch. Maar als we ons ertoe verbinden dit te doen, blijkt zwavel een van de meest essentiële elementen voor de mensheid te zijn.
Conclusie
Van dit artikel heb je geleerd wat het smeltpunt van zwavel is, waarom dit element zo belangrijk voor ons is. Als je geïnteresseerd bent in dit proces en de studie ervan, dan heb je waarschijnlijk iets nieuws voor jezelf geleerd. Dit kunnen bijvoorbeeld kenmerken zijn van het smelten van zwavel. In ieder geval is er geen grens aan perfectie, en kennis van de processen die plaatsvinden in de industrie zal niemand van ons storen. Je kunt zelfstandig doorgaan met het beheersen van de technologische fijne kneepjes van de processen van winning, extractie en verwerking van zwavel en andere elementen in de aardkorst.
