گوگرد یکی از رایج ترین عناصر پوسته زمین است. بیشتر اوقات، در ترکیب مواد معدنی حاوی فلزات علاوه بر آن یافت می شود. فرآیندهایی که هنگام رسیدن به نقطه جوش و نقطه ذوب گوگرد رخ می دهد بسیار جالب است. ما این فرآیندها و همچنین مشکلات مرتبط با آنها را در این مقاله تحلیل خواهیم کرد. اما ابتدا اجازه دهید به تاریخچه کشف این عنصر بپردازیم.
تاریخ
گوگرد در شکل بومی خود و همچنین در ترکیب مواد معدنی از دوران باستان شناخته شده است. در متون یونان باستان تأثیر سمی ترکیبات آن بر بدن انسان شرح داده شده است. دی اکسید گوگرد آزاد شده در حین احتراق ترکیبات این عنصر در واقع می تواند برای مردم کشنده باشد. در حدود قرن هشتم، گوگرد در چین برای ساختن مخلوط‌های پیروتکنیک مورد استفاده قرار گرفت. جای تعجب نیست، زیرا اعتقاد بر این است که در این کشور باروت اختراع شده است.
حتی در مصر باستان، مردم روشی را برای برشته کردن سنگ معدنی حاوی گوگرد بر پایه مس می دانستند. به این ترتیب فلز استخراج شد. گوگرد به شکل گاز سمی خارج شد SO2.
با وجود مشهور بودن از زمان های قدیم، دانش گوگرد چیست، به لطف کار طبیعت شناس فرانسوی آنتوان به دست آمد.لاووازیه او بود که ثابت کرد این عنصر یک عنصر است و محصولات احتراق آن اکسید هستند.
در اینجا تاریخچه مختصری از آشنایی مردم با این عنصر شیمیایی است. در ادامه به تفصیل در مورد فرآیندهایی که در روده های زمین اتفاق می افتد و منجر به تشکیل گوگرد به شکل فعلی می شود صحبت خواهیم کرد.
گوگرد چگونه به وجود می آید؟
یک تصور غلط رایج وجود دارد که این عنصر اغلب به شکل اصلی (یعنی خالص) خود یافت می شود. با این حال، این کاملا درست نیست. گوگرد بومی اغلب به عنوان یک ماده معدنی دیگر یافت می شود.
در حال حاضر، چندین نظریه در مورد منشاء عنصر در خالص ترین شکل آن وجود دارد. آنها تفاوت در زمان تشکیل گوگرد و سنگ معدنی که در آنها پراکنده شده است را پیشنهاد می کنند. اولی، نظریه سنتز، تشکیل گوگرد همراه با سنگ معدن را فرض می کند. به گفته وی، برخی از باکتری هایی که در اقیانوس زندگی می کنند، سولفات های موجود در آب را به سولفید هیدروژن کاهش می دهند. دومی به نوبه خود بالا آمد و در آنجا با کمک سایر باکتری ها به گوگرد اکسید شد. او به پایین افتاد، با سیلت مخلوط شد و متعاقباً آنها با هم سنگ معدن را تشکیل دادند.
ماهیت نظریه اپی ژنز این است که گوگرد در سنگ معدن دیرتر از خودش تشکیل شده است. در اینجا چندین شعبه وجود دارد. ما فقط در مورد رایج ترین نسخه این نظریه صحبت خواهیم کرد. این شامل این است: آب های زیرزمینی که از طریق انباشت سنگ های سولفات جریان می یابد، با آنها غنی می شود. سپس با عبور از میدان های نفت و گاز، یون های سولفات به دلیل هیدروکربن ها به سولفید هیدروژن تبدیل می شوند. سولفید هیدروژن که به سطح بالا می رود، اکسید می شوداکسیژن اتمسفر به گوگرد، که در سنگ ها ته نشین می شود و کریستال ها را تشکیل می دهد. این نظریه اخیراً تأییدهای بیشتری پیدا کرده است، اما سؤال شیمی این تبدیل ها همچنان باز است.
از روند پیدایش گوگرد در طبیعت، به سراغ تغییرات آن برویم.
آلوتروپی و چندشکلی
گوگرد، مانند بسیاری از عناصر دیگر جدول تناوبی، به اشکال مختلفی در طبیعت وجود دارد. در شیمی به آنها تغییرات آلوتروپیک می گویند. گوگرد لوزی شکل وجود دارد. نقطه ذوب آن تا حدودی کمتر از تغییر دوم است: مونوکلینیک (112 و 119 درجه سانتیگراد). و آنها در ساختار سلول های ابتدایی متفاوت هستند. گوگرد لوزی متراکم تر و پایدارتر است. وقتی تا 95 درجه گرم می شود، می تواند به شکل دوم - مونوکلینیک تبدیل شود. عنصر مورد بحث ما در جدول تناوبی مشابه دارد. چندشکلی گوگرد، سلنیوم و تلوریم هنوز توسط دانشمندان مورد بحث است. آنها رابطه بسیار نزدیکی با یکدیگر دارند و تمام تغییراتی که ایجاد می کنند بسیار شبیه به هم هستند.
و سپس فرآیندهایی را که در حین ذوب گوگرد رخ می دهد تجزیه و تحلیل خواهیم کرد. اما قبل از شروع، باید کمی در نظریه ساختار شبکه بلوری و پدیده‌هایی که در طول انتقال فاز ماده رخ می‌دهند غوطه‌ور شوید.
کریستال از چه ساخته شده است؟
همانطور که می دانید، در حالت گازی، این ماده به شکل مولکول (یا اتم) است که به طور تصادفی در فضا حرکت می کند. در ماده مایعذرات تشکیل دهنده آن گروه بندی شده اند، اما همچنان آزادی حرکت نسبتا زیادی دارند. در حالت جامد از تجمع، همه چیز کمی متفاوت است. در اینجا درجه نظم به حداکثر مقدار خود افزایش می یابد و اتم ها یک شبکه کریستالی تشکیل می دهند. البته نوساناتی در آن وجود دارد، اما دامنه بسیار کمی دارند و نمی توان به آن گفت حرکت آزاد.
هر کریستالی را می توان به سلول های ابتدایی تقسیم کرد - مانند ترکیبات متوالی اتم ها که در کل حجم ترکیب نمونه تکرار می شوند. در اینجا لازم به توضیح است که چنین سلول هایی یک شبکه کریستالی نیستند و در اینجا اتم ها در داخل حجم یک شکل خاص قرار دارند و نه در گره های آن. برای هر کریستال، آنها جداگانه هستند، اما می توان آنها را بسته به هندسه به چند نوع اصلی (سینگونی) تقسیم کرد: سه کلینیک، تک کلینیک، لوزی، لوزی، چهار ضلعی، شش ضلعی، مکعبی.
بیایید به طور خلاصه هر نوع شبکه را تجزیه و تحلیل کنیم، زیرا آنها به چندین زیرگونه تقسیم می شوند. و بیایید با تفاوت آنها با یکدیگر شروع کنیم. اولاً اینها نسبت طول اضلاع هستند و ثانیاً زاویه بین آنها.
بنابراین، همگامی سه کلینیک، پایین ترین از همه، یک شبکه ابتدایی (متوازی الاضلاع) است که در آن همه اضلاع و زوایا با یکدیگر برابر نیستند. یکی دیگر از نمایندگان به اصطلاح دسته پایین تر سینگونی ها مونوکلینیک است. در اینجا، دو گوشه سلول 90 درجه است و تمام ضلع ها طول های متفاوتی دارند. نوع بعدی که به پایین ترین دسته تعلق دارد، سنگونی لوزی است. سه ضلع نابرابر دارد، اما تمام زوایای شکلبرابر با 90 درجه هستند.
بیایید به رده متوسط برویم. و اولین عضو آن سنگونی چهارضلعی است. در اینجا به قیاس به راحتی می توان حدس زد که تمام زوایای شکلی که نشان می دهد برابر با 90 درجه و همچنین دو ضلع از سه ضلع با یکدیگر برابر هستند. نماینده بعدی همگامی لوزی (مثلثی) است. اینجاست که همه چیز کمی جالب تر می شود. این نوع با سه ضلع مساوی و سه زاویه که مساوی هستند اما مستقیم نیستند تعریف می شود.
آخرین گونه از دسته میانی، همزمانی شش ضلعی است. حتی در تعریف آن دشواری بیشتری وجود دارد. این گزینه در سه ضلع ساخته شده است که دو ضلع آن مساوی و زاویه 120 درجه را تشکیل می دهند و سومی در صفحه ای عمود بر آنها قرار دارد. اگر سه سلول از سنگونی شش ضلعی را برداریم و به یکدیگر وصل کنیم، استوانه ای با پایه شش ضلعی به دست می آید (به همین دلیل است که چنین نامی دارد، زیرا "هگزا" در لاتین به معنای "شش" است)..
خب، بالای تمام سنگونی ها که دارای تقارن در همه جهات هستند، مکعب هستند. او تنها کسی است که به بالاترین رده تعلق دارد. در اینجا می توانید بلافاصله حدس بزنید که چگونه می توان آن را مشخص کرد. همه زوایا و اضلاع مساوی هستند و یک مکعب تشکیل می دهند.
بنابراین، ما تجزیه و تحلیل نظریه را در مورد گروه های اصلی سنگونی ها به پایان رساندیم و اکنون با جزئیات بیشتری در مورد ساختار اشکال مختلف گوگرد و ویژگی های ناشی از آن صحبت خواهیم کرد.
ساختار گوگرد
همانطور که قبلاً ذکر شد، گوگرد دارای دو تغییر است: لوزی و مونوکلینیک. بعد از بخش تئوریمطمئناً مشخص شد که تفاوت آنها چگونه است. اما نکته اصلی این است که بسته به دما، ساختار شبکه می تواند تغییر کند. کل موضوع در همان فرآیند دگرگونی هایی است که با رسیدن به نقطه ذوب گوگرد رخ می دهد. سپس شبکه کریستالی کاملاً از بین می‌رود و اتم‌ها می‌توانند کمابیش آزادانه در فضا حرکت کنند.
اما اجازه دهید به ساختار و ویژگی های ماده ای مانند گوگرد برگردیم. خواص عناصر شیمیایی تا حد زیادی به ساختار آنها بستگی دارد. به عنوان مثال، گوگرد، به دلیل ویژگی های ساختار کریستالی، دارای خاصیت فلوتاسیون است. ذرات آن توسط آب خیس نمی شوند و حباب های هوا که به آنها چسبیده است آنها را به سطح می کشاند. بنابراین، گوگرد توده هنگام غوطه ور شدن در آب شناور می شود. این اساس برخی از روش های جداسازی این عنصر از مخلوطی از موارد مشابه است. و سپس روشهای اصلی استخراج این ترکیب را تحلیل خواهیم کرد.
تولید
گوگرد می تواند با مواد معدنی مختلف و در نتیجه در اعماق مختلف وجود داشته باشد. بسته به این، روش های مختلف استخراج انتخاب می شود. اگر عمق کم باشد و هیچ تجمع گازی در زیر زمین وجود نداشته باشد که با استخراج معادن تداخل داشته باشد، مواد به روش باز استخراج می‌شوند: لایه‌های سنگ برداشته می‌شوند و با یافتن سنگ معدن حاوی گوگرد، برای فرآوری فرستاده می‌شوند. اما در صورت عدم رعایت این شرایط و وجود خطرات از روش گمانه استفاده می شود. باید به نقطه ذوب گوگرد برسد. برای این کار از تاسیسات ویژه استفاده می شود. یک دستگاه برای ذوب گوگرد توده در این روش به سادگی ضروری است. اما در مورد این روند - کمیبعدا.
به طور کلی هنگام استخراج گوگرد به هر طریقی، خطر مسمومیت زیاد است، زیرا اغلب سولفید هیدروژن و دی اکسید گوگرد با آن رسوب می کند که برای انسان بسیار خطرناک است.
برای درک بهتر معایب و مزایای یک روش خاص، بیایید با روش های فرآوری سنگ معدنی حاوی گوگرد آشنا شویم.
استخراج
در اینجا نیز چندین ترفند بر اساس خواص کاملاً متفاوت گوگرد وجود دارد. از جمله آنها حرارتی، استخراج، بخار آب، سانتریفیوژ و فیلتراسیون هستند.
اثبات شده ترین آنها حرارتی هستند. آنها مبتنی بر این واقعیت هستند که نقطه جوش و ذوب گوگرد کمتر از سنگ معدنی است که در آن "تلفیق می شود". تنها مشکل این است که انرژی زیادی مصرف می کند. برای حفظ دما، لازم بود بخشی از گوگرد سوزانده شود. علیرغم سادگی، این روش ناکارآمد است و ضرر می تواند به رکورد 45 درصد برسد.
ما شاخه توسعه تاریخی را دنبال می کنیم، بنابراین به سمت روش آب بخار می رویم. برخلاف روش های حرارتی، این روش ها هنوز در بسیاری از کارخانه ها مورد استفاده قرار می گیرند. به اندازه کافی عجیب، آنها بر اساس همان خاصیت هستند - تفاوت در نقطه جوش و نقطه ذوب گوگرد از فلزات مرتبط. تنها تفاوت در نحوه گرمایش است. کل فرآیند در اتوکلاو - تاسیسات ویژه انجام می شود. سنگ معدن گوگرد غنی شده حاوی 80 درصد عنصر استخراج شده در آنجا عرضه می شود. سپس تحت فشار، آب داغ به داخل اتوکلاو پمپ می شود.بخار. گرم شدن تا 130 درجه سانتیگراد، گوگرد ذوب شده و از سیستم حذف می شود. البته، به اصطلاح دم باقی می ماند - ذرات گوگرد شناور در آب به دلیل تراکم بخار آب تشکیل شده است. آنها حذف می شوند و دوباره وارد فرآیند می شوند، زیرا آنها همچنین حاوی مقدار زیادی عنصر مورد نیاز ما هستند.
یکی از مدرن ترین روش ها - سانتریفیوژ. به هر حال، در روسیه توسعه یافته است. به طور خلاصه، ماهیت آن این است که مذاب مخلوطی از گوگرد و مواد معدنی که با آن همراه است در یک سانتریفیوژ غوطه ور شده و با سرعت بالایی می چرخد. سنگ‌های سنگین‌تر به دلیل نیروی گریز از مرکز از مرکز دور می‌شوند، در حالی که خود گوگرد بالاتر باقی می‌ماند. سپس لایه های به دست آمده به سادگی از یکدیگر جدا می شوند.
روش دیگری نیز وجود دارد که تا به امروز در تولید نیز استفاده می شود. این شامل جداسازی گوگرد از مواد معدنی از طریق فیلترهای مخصوص است.
در این مقاله به طور انحصاری روش های حرارتی را برای استخراج عنصری که بدون شک برای ما مهم است در نظر خواهیم گرفت.
فرایند ذوب
مطالعه انتقال حرارت در حین ذوب گوگرد موضوع مهمی است، زیرا این یکی از اقتصادی ترین راه ها برای استخراج این عنصر است. ما می توانیم پارامترهای سیستم را در هنگام گرمایش ترکیب کنیم و باید ترکیب بهینه آنها را محاسبه کنیم. برای این منظور است که مطالعه انتقال حرارت و تجزیه و تحلیل ویژگی های فرآیند ذوب گوگرد انجام می شود. چندین نوع نصب برای این فرآیند وجود دارد. دیگ ذوب گوگرد یکی از آنهاست. دریافت کالای مورد نظر با این محصول- فقط یک کمک کننده با این حال، امروزه یک نصب ویژه وجود دارد - دستگاهی برای ذوب گوگرد توده. می توان از آن به طور موثر در تولید برای تولید گوگرد با خلوص بالا در مقادیر زیاد استفاده کرد.
برای هدف فوق، در سال 1890، تاسیساتی اختراع شد که به گوگرد اجازه می دهد تا در عمق ذوب شود و با استفاده از لوله به سطح پمپ شود. طراحی آن در عمل بسیار ساده و موثر است: دو لوله در یکدیگر قرار دارند. بخار فوق گرم تا 120 درجه (نقطه ذوب گوگرد) در لوله بیرونی به گردش در می آید. انتهای لوله داخلی به رسوبات عنصر مورد نیاز ما می رسد. هنگامی که توسط آب گرم می شود، گوگرد شروع به ذوب کرده و خارج می کند. همه چیز کاملا ساده است. در نسخه مدرن، نصب شامل لوله دیگری است: داخل لوله با گوگرد است، و هوای فشرده از طریق آن جریان می‌یابد که باعث می‌شود مذاب سریع‌تر بالا بیاید.
چندین روش دیگر وجود دارد که یکی از آنها به نقطه ذوب گوگرد می رسد. دو الکترود در زیر زمین پایین می آیند و جریانی از آنها عبور می کند. از آنجایی که گوگرد یک دی الکتریک معمولی است، جریان را هدایت نمی کند و شروع به گرم شدن می کند. بدین ترتیب ذوب می شود و با کمک لوله مانند روش اول به بیرون پمپاژ می شود. اگر بخواهند گوگرد را برای تولید اسید سولفوریک بفرستند، در زیر زمین آتش زده و گاز حاصل از آن خارج می شود. سپس به اکسید گوگرد (VI) اکسید می شود و سپس در آب حل می شود و محصول نهایی به دست می آید.
ما ذوب گوگرد، ذوب گوگرد و روشهای استخراج آن را تجزیه و تحلیل کرده ایم. اکنون زمان آن رسیده است که بفهمیم چرا چنین روش های پیچیده ای مورد نیاز است. در واقع تجزیه و تحلیل فرآیند ذوب گوگرد وسیستم کنترل دما برای تمیز کردن خوب و اعمال موثر محصول نهایی استخراج مورد نیاز است. به هر حال، گوگرد یکی از مهمترین عناصری است که در بسیاری از زمینه های زندگی ما نقش کلیدی دارد.
برنامه
بی معنی است که بگوییم در کجا از ترکیبات گوگرد استفاده می شود. گفتن اینکه در کجا اعمال نمی شوند راحت تر است. گوگرد در هر لاستیک و فرآورده های لاستیکی، در گازی که به خانه ها عرضه می شود یافت می شود (در آنجا برای شناسایی نشتی لازم است). اینها رایج ترین و ساده ترین نمونه ها هستند. در واقع، کاربردهای گوگرد بی شمار است. فهرست کردن همه آنها به سادگی غیر واقعی است. اما اگر این کار را انجام دهیم، معلوم می‌شود که گوگرد یکی از ضروری‌ترین عناصر برای بشریت است.
نتیجه گیری
از این مقاله متوجه شدید که نقطه ذوب گوگرد چیست و چرا این عنصر برای ما بسیار مهم است. اگر به این فرآیند و مطالعه آن علاقه مند هستید، احتمالاً چیز جدیدی برای خود یاد گرفته اید. به عنوان مثال، اینها ممکن است ویژگی های ذوب گوگرد باشد. در هر صورت، هیچ محدودیتی برای کمال وجود ندارد و آگاهی از فرآیندهای در حال وقوع در صنعت، مزاحم هیچ یک از ما نخواهد بود. شما می توانید به طور مستقل بر پیچیدگی های فنی فرآیندهای استخراج، استخراج و فرآوری گوگرد و سایر عناصر موجود در پوسته زمین تسلط داشته باشید.
