Bod tání síry. Zařízení na tavení síry

Síra je jedním z nejběžnějších prvků zemské kůry. Nejčastěji se vyskytuje v minerálech, které navíc obsahují kovy. Procesy, ke kterým dochází, když bod varu

Historie

Ve své původní podobě i ve složení minerálů byla síra známá již od starověku. Starý řecký text popisuje toxický účinek jeho sloučenin na lidské tělo. Kyselý plyn, uvolněné během spalování sloučenin tohoto prvku, může být skutečně smrtelné pro lidi. Okolo 8. století byla v Číně používána síra pro přípravu pyrotechnických směsí. Není překvapením, že se v této zemi, jak se věří, vynalezl střelný prach.

Dokonce i ve starověkém Egyptě lidé věděli způsob kalcinace rudy obsahující síru na bázi mědi. Tento kov byl tažen. Síra odešla ve formě toxického plynu SO₂.

Navzdory slávě z dávných dob, znalost toho, co tvoří síru, pochází z prací francouzského přírodovědec Antoina Lavoisiera. Byl to ten, kdo zjistil, že je to prvek a produkty jeho spalování jsou oxidy.

Zde je stručná historie datování lidí tímto chemickým prvkem. Dále podrobně popíšeme procesy, které se vyskytují v ústí země a vedou k tvorbě síry ve formě, v níž se nyní nachází.

Jak vypadá síra?

Existuje častá mylná představa, že nejčastěji se tento prvek vyskytuje v nativní (tedy čisté) formě. To však není zcela pravdivé. Nativní síra se nejčastěji vyskytuje jako impregnace v jiné rudě.

V současné době existuje několik teorií týkajících se původu prvku v jeho čisté podobě. Předpokládají rozdíl v době tvorby síry a rud, do kterých se rozptýlila. První, teorie syngenese, předpokládá tvorbu síry společně s rudami. Podle něj jsou některé bakterie žijící v tloušťce oceánu, obnovené sírany, které jsou ve vodě, na sirovodík. Ta druhá zase stoupala nahoru, kde s pomocí jiných bakterií byla oxidována na síru. Spadla na dno, smíchala s bahnem a následně tvořila rudu.

Podstatou teorie epigeneze je, že síra v rudě byla vytvořena později než sama. Tam je několik větví. Budeme říkat pouze o nejrozšířenější verzi této teorie. Spočívá v tom: podzemní vody, které proudí skrze hromadění síranových rud, jsou jim obohaceny. Poté, procházející ropnými a plynovými poli, jsou síranové ionty redukovány na sirovodík kvůli uhlovodíkům. Sůdný vodík, stoupající na povrch, je oxidován vzdušným kyslíkem na síru, který se usazuje v horninách a vytváří krystaly. Tato teorie nedávno našla stále více a více důkazů, ale otázka chemie těchto transformací zatím zůstává otevřená.

Z procesu původu síry v přírodě se obracíme k její modifikaci.

Alotropie a polymorfismus

Síra, stejně jako mnoho jiných prvků periodické tabulky, existuje v přírodě v několika formách. V chemii jsou voláni alotropické modifikace. Tam je šedá kosočtverec. Bod tání je o něco nižší než druhá modifikace: monoklinická (112 a 119 stupňů Celsia). A liší se ve struktuře elementárních buněk. Síla kosočtvercová je hustší a odolnější. To může být zahřátá až na 95 stupňů do druhé formy - monoklinické. Prvek, o kterém diskutujeme, má v periodické tabulce analogy. Polymorfismus síry, selenu a teluru, vědci stále diskutují. Mají velmi vzájemný vztah a všechny modifikace, které tvoří, jsou velmi podobné.

A pak budeme analyzovat procesy, které se vyskytují při tavení síry. Ale před zahájením by se měl poněkud ponořit do teorie struktury krystalové mříže a jevů, ke kterým dochází během fázových přechodů hmoty.

Co tvoří krystal?

Jak je známo, v plynném stavu je látka ve formě molekul (nebo atomů) náhodně se pohybujících ve vesmíru. V kapalné hmotě jsou její částice seskupeny, ale stále mají dostatek volnosti pohybu. V pevném agregovaném stavu je všechno trochu jiné. Zde se stupeň uspořádání zvyšuje na maximální hodnotu a atomy tvoří krystalovou mřížku. V tom samozřejmě dochází k oscilacím, ale mají velmi malou amplitudu a to se nedá nazvat volným pohybem.

Každý krystal může být rozdělen na elementární buňky - takové po sobě jdoucí sloučeniny atomů, které se opakují v celém vzorku sloučeniny. Zde je třeba objasnit, že taková buňka - není krystalová mřížka, a pak atomy jsou uspořádány v určitých údaje o objemu, spíše než ve svých uzlech. Pro každou z krystalu, jsou jedinečné, ale mohou být rozděleny do několika hlavních typů (krystalové soustavy), v závislosti na geometrii: triklinický, jednoklonné, kosočtverečné, romboedrických, tetragonální, hexagonální, kubické.

Stručně zkontrolujte všechny typy mřížek, protože jsou rozděleny do několika poddruhů. A začneme tím, co se od sebe navzájem liší. Za prvé je to poměr délky stran a za druhé úhel mezi nimi.

Triclinická syngona, nejnižší, je tedy elementární mříž (paralelogram), ve které všechny strany a úhly nejsou stejné. Další zástupce tzv. Nižší kategorie syngonií je monoklinický. Zde jsou dva úhly buňky 90 stupňů a všechny strany mají různé délky. Dalším druhem, patřícím do nejnižší kategorie, je rhombická syngony. Má tři nerovné strany, ale všechny úhly postavy jsou rovné 90 stupňům.

Pojďme do střední kategorie. Jeho prvním termínem je čtyřhranný systém. Analogicky zde není těžké uhodnout, že všechny úhly postavy, které reprezentuje, se rovnají 90 stupňům a také dvě ze tří stran se navzájem rovnají. Dalším představitelem je rhombohedral (trigonal) syngony. Tady je všechno trochu zajímavější. Tento typ je definován třemi identickými stranami a třemi úhly, které se navzájem rovnají, ale nejsou rovné.

Poslední variantou střední kategorie je hexagonální syngony. Ve své definici ještě složitější. Toto provedení je založeno na třech stranách, z nichž dvě jsou rovné a svírají úhel 120 stupňů, a třetí je v rovině kolmé k nim. Pokud budete mít hexagonální systém tří buněk, které jsou připojeny k sobě, dostaneme válec s hexagonální základnou (což je důvod, proč má takové jméno, protože „hexa“ v latině znamená „šest“).

No, vrchol všech syngonií, který má symetrii ve všech směrech, je kubický. Je to jediná, která patří do nejvyšší kategorie. Zde můžete okamžitě odhadnout, jak lze charakterizovat. Všechny úhly a strany jsou stejné a tvoří kostku.

Tak jsme dokončili analýzu teorie hlavních skupin křišťálových systémů, a teď vám říci více o struktuře různých forem síry a vlastnosti, které vyplývají z toho.

Struktura síry

Jak již bylo řečeno, síra má dvě modifikace: kosočtvercová a monoklinická. Po rozdělení s teorií bylo jasné, proč se liší. Celý bod však spočívá v tom, že v závislosti na teplotě se struktura mřížky může změnit. Celý bod je v procesu transformací, ke kterým dochází, když se dosáhne bodu tání síry. Pak je krystalová mřížka zcela zničena a atomy se mohou volně pohybovat v prostoru.

Vraťme se však ke struktuře a vlastnostem takové látky, jako je síra. Vlastnosti chemických prvků do značné míry závisí na jejich struktuře. Například síra, díky své krystalové struktuře, má vlastnost flotace. Jeho částice nejsou navlhčeny vodou a vzduchové bubliny, které k nim přilnují, je táhnou na povrch. Šedá síra se tedy vynoří, když je ponořena do vody. To je základ pro některé metody oddělení tohoto prvku od směsi podobných. A pak budeme analyzovat hlavní metody těžby této směsi.

Extrakce

Síra může ležet s různými minerály a následně v různých hloubkách. V závislosti na tom jsou vybrány různé metody extrakce. V případě, že hloubka je malý a neexistuje žádná podzemní plynové nahromadění, které brání produkci, je materiál těží otevřené metody: čistých vrstev hornin a nalezení rudy obsahující síru, k recyklaci. Pokud však tyto podmínky nejsou splněny a existují nebezpečí, použijeme metodu studny. To vyžaduje dosažení bodu tání síry. Chcete-li to provést, použijte speciální nastavení. Zařízení pro tavení síry v této metodě je prostě nezbytné. Ale o tomto procesu, o něco později.

Obecně platí, že extrakce síry v žádném případě je zde vysoké riziko otravy, protože často se s ní lži sirovodíku a oxidu siřičitého, které jsou pro člověka velmi nebezpečné.

Abychom lépe pochopili, jaké jsou nevýhody a výhody této nebo té metody, seznámíme se s metodami zpracování rudy obsahující síru.

Extrakce

Zde je také několik technik založených na zcela odlišných vlastnosti síry. Mezi nimi se vyznačují tepelné, extrakční, parní, odstředivé a filtrační.

Nejvíce testované jsou termické. Jsou založeny na skutečnosti, že teplota varu a bod tání síry jsou nižší než teplota rudy, do které se "klínují". Jediným problémem je, že se spotřebuje spousta energie. Aby teplota byla udržována, muselo se spálit část síry. Přes tuto jednoduchost je tato metoda neúčinná a ztráty mohou dosáhnout rekordních 45 procent.

Jdeme po větvi historického vývoje, takže se obracíme na metodu parní vodu. Na rozdíl od tepelných, tyto metody jsou stále používány v mnoha továrnách. Je zajímavé, že jsou založeny na stejné vlastnostech - rozdílu mezi teplotou varu a bodem tání síry z podobných parametrů pro doprovodné kovy. Jediným rozdílem je, jak dochází k vytápění. Celý proces je v autoklávech - speciální instalace. Obohacená sírová ruda obsahuje až 80% extrahovaného prvku. Pak se pod tlakem vhájí horká vodní pára do autoklávu. Zahřívá se až na 130 stupňů Celsia, síra se roztaví a vyjme ze systému. Samozřejmě existují i ​​tzv. Ocasy - částice síry plovoucí ve vodě, vytvořené kvůli kondenzování vodní páry. Jsou odstraněny a vráceny zpět do procesu, protože tam je také mnoho prvku, který potřebujeme.

Jedna z nejmodernějších metod je odstředivá. Mimochodem, rozvinul se v Rusku. Stručně řečeno, jeho podstatou je, že tavenina směsi síry a minerálů, kterou doprovází, se vrhá do odstředivky a uvolní se vysokou rychlostí. Těžší hornina, kvůli odstředivé síle, má tendenci od středu, zatímco síra sama zůstává vyšší. Poté se získané vrstvy jednoduše oddělují od sebe.

Existuje i jiná metoda, která se stále používá ve výrobě. Je to v separaci síry od minerálů přes speciální filtry.

V tomto článku budeme zvažovat pouze tepelné metody extrakce prvku, který je pro nás nepochybně důležitý.

Proces tavení

Studium přenosu tepla při tavení síry je důležitou otázkou, protože to je jeden z nejhospodárnějších způsobů, jak tento prvek extrahovat. Parametry systému můžeme kombinovat s vytápěním a musíme vypočítat jejich optimální kombinaci. Za tímto účelem se provádí studium přenosu tepla a analýza vlastností procesu svařování síry. Existuje několik typů instalací pro tento proces. Tavicí pec pro síru je jedním z nich. Získání položky, kterou hledáte s tímto produktem, je jen pomocná metoda. Dnes však existuje speciální instalace - zařízení na tavení kyseliny sírové. Může být účinně použit ve výrobě pro výrobu síry s vysokou čistotou ve velkém objemu.

Pro výše uvedené účely byla v roce 1890 vyvinuta instalace, která umožňuje, aby se síra tavila v hloubce a čerpala na povrch potrubím. Jeho konstrukce je dostatečně jednoduchá a účinná v činnosti: dvě trubky jsou navzájem. Pára cirkuluje přehřátou na 120 stupňů (bod tání síry) vnější trubkou. Konec vnitřní trubky dosáhne usazenin prvku, který potřebujeme. Při zahřátí vodou se síra začíná tát a vystupovat. Všechno je dost jednoduché. V moderní verzi instalace obsahuje další potrubí: je uvnitř potrubí se sírou a prochází stlačeným vzduchem, což způsobuje, že tavenina stoupá rychleji.

Existuje několik dalších metod a v jednom z nich je dosaženo bodu tání síry. Pod zemí jsou dvě elektrody spuštěny a protéká proudem. Vzhledem k tomu, že síra je typický dielektrikum, nevede proud a začne se silně zahřívat. Takto se točí a pomocí trubky, stejně jako v první metodě, je čerpáno ven. Pokud má být síra odeslána do výroby kyseliny sírové, zapálí se v podzemí a výsledný plyn se vypustí na vnější stranu. To je oxidováno na oxid síry (VI) a pak se rozpustí ve vodě, čímž se získá konečný produkt.

Rozložili jsme roztavení síry, bod tání síry a metody její extrakce. Nyní je čas zjistit, proč jsou takové složité metody nutné. Ve skutečnosti je potřeba provést analýzu procesu tavení síry a systému regulace teploty, aby bylo možno dobře vyčistit a efektivně použít konečný produkt extrakce. Koneckonců, síra je jedním z nejdůležitějších prvků, které hrají klíčovou roli v mnoha sférách našeho života.

Aplikace

Nemá smysl říkat, kde sloučeniny síry. Je jednodušší říci, kde se neaplikují. Síra je v jakémkoliv pryžovém a kaučukovém výrobku, v plynu, který je přiváděn do domácností (tam je potřeba identifikovat únik v případě takových). Jedná se o nejběžnější a nejjednodušší příklady. Ve skutečnosti jsou sféry aplikace síry nespočetné. Seznam všech je prostě neskutečný. Ale pokud to uděláme, ukáže se, že síra je jedním z nejdůležitějších prvků pro lidstvo.

Závěr

Z tohoto článku jste se dozvěděli, jaký je bod tání síry, co je pro nás tak důležitý. Pokud máte zájem o tento proces a jeho studium, pravděpodobně jste se naučili něco nového pro sebe. Mohou to být například vlastnosti tání síry. V žádném případě neexistuje žádný limit pro dokonalost a nikdo z nás nebrání v tom, aby věděl procesy probíhající v průmyslu. Můžete samostatně nadále ovládat technologické jemnosti extrakce, extrakce a zpracování síry a dalších prvků obsažených v zemské kůře.