Тэмпература плаўлення серы. Ўстаноўкі для плаўлення серы

Сера - адзін з самых распаўсюджаных элементаў зямной кары. Часцей за ўсё яна сустракаецца ў складзе мінералаў, якія змяшчаюць акрамя яе металы. Вельмі цікавыя працэсы, якія адбываюцца пры дасягненні тэмпературы кіпення і плаўлення серы. Гэтыя працэсы, а таксама звязаныя з імі складанасці мы і разбяром ў гэтым артыкуле. Але для пачатку окунёмся ў гісторыю адкрыцця гэтага элемента.

гісторыя

У самароднае выглядзе, а таксама ў складзе мінералаў сера была вядомая яшчэ са старажытнасці. У старых грэцкіх тэкстах апісана атрутнае дзеянне яе злучэнняў на чалавечы арганізм. Сярністы газ, які выдаткоўваецца пры гарэнні злучэнняў гэтага элемента, сапраўды можа быць смяротна небяспечны для людзей. Прыкладна ў 8 стагоддзі серу пачалі выкарыстоўваць у Кітаі для падрыхтоўкі піратэхнічных сумесяў. Нядзіўна, бо менавіта ў гэтай краіне, як лічыцца, вынайшлі порах.

Яшчэ ў Старажытным Егіпце людзям быў вядомы спосаб абпалу серазмяшчальных руды на аснове медзі. Такім чынам здабывалі гэты метал. Сера сыходзіла ў выглядзе атрутнага газу SO _2.

Нягледзячы на вядомасць са старажытных часоў, веданне аб тым, што ўяўляе сабой сера, прыйшло дзякуючы працам французскага прыродазнаўца Антуана Лавуазье. Менавіта ён усталяваў, што яна з'яўляецца элементам, а прадукты яе гарэння - аксідамі.

Вось такая вось кароткая гісторыя знаёмства людзей з гэтым хімічным элементам. Далей мы падрабязна распавядзем аб працэсах, якія адбываюцца ў нетрах зямлі і якія прыводзяць да адукацыі серы ў тым выглядзе, у якім яно ёсць цяпер.

Як з'яўляецца сера?

Існуе распаўсюджанае зман аб тым, што часцей за ўсё гэты элемент сустракаецца ў самароднае (гэта значыць чыстым) выглядзе. Аднак гэта не зусім так. Самароднае сера часцей за ўсё сустракаецца як ўкрапванне ў іншую руду.

На дадзены момант ёсць некалькі тэорый, якія тычацца паходжання элемента ў чыстым выглядзе. Яны мяркуюць адрозненне ў часе адукацыі серы і руд, у якія яна вкрапляют. Першая, тэорыя сингенеза, прадугледжвае ўтварэнне серы сумесна з рудамі. Згодна з ёй некаторыя бактэрыі, якія насяляюць у тоўшчы акіяна, аднаўлялі сульфаты, якія знаходзяцца ў вадзе, да серавадароду. Апошні, у сваю чаргу, падымаўся ўверх, дзе з дапамогай іншых бактэрый акісляецца да серы. Яна падала на дно, змешвалася з глеем, і пасля яны разам ўтваралі руду.

Сутнасць тэорыі эпигенеза - тое, што сера ў рудзе ўтварылася пазней яе самой. Тут ёсць некалькі адгалінаванняў. Мы распавядзем толькі аб самім распаўсюджаным варыянце гэтай тэорыі. Складаецца ён вось у чым: падземныя воды, працякаючы праз навалы сульфатных руд, ўзбагачаюцца імі. Затым, праходзячы праз радовішча нафты і газу, іёны сульфатаў аднаўляюцца да серавадароду дзякуючы вуглевадародах. Сярністы вадарод, паднімаючыся да паверхні, акісляецца кіслародам паветра да серы, якая і асядае ў пародах, утвараючы крышталі. Гэтая тэорыя ў апошні час знаходзіць усё больш пацверджанняў, але пакуль застаецца адкрытым пытанне аб хімізм гэтых ператварэнняў.

Ад працэсу паходжання серы ў прыродзе пяройдзем да яе мадыфікацыям.

Аллотропия і палімарфізм

Сера, як і многія іншыя элементы табліцы Мендзялеева, існуе ў прыродзе ў некалькіх формах. У хіміі іх называюць алатропныя мадыфікацыі. Існуе сера ромбічных. Тэмпература плаўлення яе некалькі ніжэй, чым у другой мадыфікацыі: моноклинной (112 і 119 градусаў па Цэльсіі). А адрозніваюцца яны будынкам элементарных вочак. Ромбічных сера адрозніваецца большай шчыльнасцю і ўстойлівасцю. Яна можа пры награванні да 95 градусаў пераходзіць у другую форму - моноклинную. У абмяркоўваецца намі элемент, які мае адпаведнікі ў табліцы Мендзялеева. Палімарфізм серы, селену і тэлура навукоўцы абмяркоўваюць да гэтага часу. Яны маюць вельмі цесную сувязь паміж сабой, і ўсе мадыфікацыі, якія яны ўтвараюць, моцна падобныя.

А далей мы разбяром працэсы, якія адбываюцца пры плаўленні серы. Але перад тым як пачаць, варта трохі акунуцца ў тэорыю будынка крышталічнай рашоткі і з'яў, якія адбываюцца пры фазавых пераходах рэчывы.

З чаго складаецца крышталь?

Як вядома, у газападобным стане рэчыва знаходзіцца ў выглядзе малекул (або атамаў), бязладна рухаліся ў прасторы. У вадкім рэчыве складнікі яго часціцы групуюцца, але ўсё роўна маюць досыць вялікую свабоду руху. У цвёрдым агрэгатным стане ўсё крыху інакш. Тут ступень спарадкаванасці ўзрастае да свайго максімальнага значэння, і атамы ўтвараюць крышталічную рашотку. У ёй, вядома, адбываюцца ваганні, але яны маюць вельмі малую амплітуду, і гэта нельга назваць свабодным рухам.

Любы крышталь можна падзяліць на элементарныя ячэйкі - такія паслядоўныя злучэння атамаў, якія паўтараюцца ва ўсім аб'ёме ўзору злучэння. Тут варта ўдакладніць, што такія ячэйкі - гэта не крышталічная рашотка, і тут атамы размяшчаюцца ўнутры аб'ёму пэўнай фігуры, а не ў яе вузлах. Для кожнага крышталя яны індывідуальныя, але іх можна падзяліць на некалькі асноўных тыпаў (Сінгон) у залежнасці ад геаметрыі: триклинная, моноклинная, ромбічных, ромбоэдрическая, тетрагональная, гексагональную, кубічных.

Коратка разбяром кожны тып рашотак, бо яны дзеляцца яшчэ на некалькі падвідаў. І пачнем мы з таго, чым яны могуць адрознівацца паміж сабой. Па-першае, гэта суадносін даўжынь бакоў, а па-другое, кут паміж імі.

Такім чынам, триклинная Сінгон, самая найнізкая з усіх, уяўляе сабой элементарную краты (паралелаграм), у якой усе бакі і куты не роўныя паміж сабой. Яшчэ адзін прадстаўнік так званай ніжэйшай катэгорыі Сінгон - моноклинная. Тут два кута ячэйкі роўныя 90 градусам, а ўсе бакі маюць розную даўжыню. Наступны выгляд, якая адносіцца да ніжэйшай катэгорыі, - ромбічных Сінгон. Яна мае тры няроўныя паміж сабой боку, але ўсе куты фігуры роўныя 90 градусам.

Пяройдзем да сярэдняй катэгорыі. І першы яе член - тетрагональная Сінгон. Тут па аналогіі няцяжка здагадацца, што ўсе куты фігуры, якую яна прадстаўляе, роўныя 90 градусам, а таксама дзве з трох бакоў роўныя паміж сабой. Наступны прадстаўнік - ромбоэдрическая (тригональная) Сінгон. Тут усё крыху цікавей. Гэты тып вызначаецца трыма аднолькавымі бакамі і трыма кутамі, якія роўныя паміж сабой, але не з'яўляюцца прамымі.

Апошні варыянт сярэдняй катэгорыі - гексагональную Сінгон. У яе вызначэнні яшчэ больш складанасці. Гэты варыянт будуецца на трох баках, дзве з якіх роўныя і ўтвараюць кут 120 градусаў, а трэцяя знаходзіцца ў перпендыкулярнай ім плоскасці. Калі ўзяць тры ячэйкі гексагональные Сінгон і прыкласці іх адзін да аднаго, то мы атрымаем цыліндр з шасціграннай падставай (менавіта таму ў яе такую назву, бо "гекса" у перакладзе з лацінскага азначае "шэсць").

Ну а вяршыня ўсіх Сінгон, якая мае сіметрыю ва ўсіх напрамках, - кубічных. Яна з'яўляецца адзінай якая належыць да вышэйшай катэгорыі. Тут можна адразу здагадацца, як яе можна характарызаваць. Усе куты і бакі роўныя паміж сабой і ўтвараюць куб.

Такім чынам, мы скончылі разбор тэорыі па асноўных групах Сінгон, а цяпер падрабязней раскажам пра будынак розных формаў серы і ўласцівасцях, якія з гэтага выцякаюць.

будова серы

Як ужо было сказана, сера мае дзве мадыфікацыі: ромбічных і моноклинную. Пасля падзелу з тэорыяй напэўна стала ясна, чым яны адрозніваюцца. Але ўся сутнасць складаецца ў тым, што ў залежнасці ад тэмпературы структура рашоткі можа мяняцца. Уся сутнасць у самім працэсе ператварэнняў, якія адбываюцца, калі дасягаецца тэмпература плаўлення серы. Тады крышталічная рашотка цалкам руйнуецца, і атамы могуць больш-менш свабодна рухацца ў прасторы.

Але вернемся да будынку і асаблівасцях такога рэчыва, як сера. Ўласцівасці хімічных элементаў шмат у чым залежаць ад іх будынка. Напрыклад, сера ў сілу асаблівасцяў крышталічнай структуры валодае ўласцівасцю флотации. Яе часціцы не змочваюцца вадой, і прыліпае да іх бурбалкі паветра цягнуць іх на паверхню. Такім чынам, комовая сера ўсплывае пры апусканні ў ваду. На гэтым заснаваныя некаторыя спосабы аддзялення гэтага элемента з сумесі яму падобных. А далей мы разбяром асноўныя метады здабычы гэтага злучэння.

здабыча

Сера можа залягаць з рознымі мінераламі, а такім чынам, на рознай глыбіні. У залежнасці ад гэтага выбіраюць розныя спосабы здабычы. Калі глыбіня невялікая і пад зямлёй няма навал газаў, якія замінаюць здабычы, то матэрыял здабываюць адкрытым спосабам: прыбіраюць пласты парод і, знаходзячы руду, якая змяшчае серу, адпраўляюць яе на перапрацоўку. Але калі гэтыя ўмовы не выкананыя і ёсць небяспецы, то ўжываюць свідравін метад. У ім неабходна, каб дасягалася тэмпература плаўлення серы. Для гэтага ўжываюць спецыяльныя ўстаноўкі. Апарат для плаўлення комовой серы ў гэтым спосабе проста неабходны. Але пра гэты працэс -немного пазней.

Наогул пры здабычы серы любым спосабам існуе вялікая рызыка атручвання, таму як часцей за ўсё разам з ёй залягаюць серавадарод і сярністы газ, якія вельмі небяспечныя для чалавека.

Каб лепш зразумець, якімі недахопамі і добрымі якасцямі валодае той ці іншы спосаб, азнаёмімся з метадамі перапрацоўкі серазмяшчальных руды.

выманне

Тут таксама ёсць некалькі прыёмаў, заснаваных на цалкам розных уласцівасцях серы. Сярод іх вылучаюць тэрмічныя, экстракцыйны, пароводяной, центрифугальные і фільтрацыйныя.

Самыя правераныя з іх - тэрмічныя. Яны заснаваны на тым, што тэмпературы кіпення і плаўлення серы ніжэй, чым у руд, у якія яна "ўкліньваецца". Праблема толькі ў тым, што расходуецца шмат энергіі. Для падтрымання тэмпературы раней даводзілася спальваць частка серы. Нягледзячы на ўсю прастату, гэты метад малаэфектыўны, і страты могуць даходзіць да рэкордных 45 адсоткаў.

Мы ідзем па галінцы гістарычнага развіцця, таму пераходзім да пароводяной метадзе. У адрозненне ад тэрмічных гэтыя спосабы да гэтага часу выкарыстоўваюцца на многіх фабрыках. Як ні дзіўна, заснаваныя яны на тым жа ўласцівасці - адрозненні тэмпературы кіпення і плаўлення серы ад аналагічных паказчыкаў для спадарожных металаў. Розніца складаецца толькі ў тым, якім чынам адбываецца нагрэў. Увесь працэс ідзе ў аўтаклавах - спецыяльных устаноўках. Туды падаецца ўзбагачаная серная руда, якая змяшчае да 80% здабываецца элемента. Затым пад ціскам у аўтаклаў запампоўваецца гарачы вадзяной пар. Разаграваючыся да 130 градусаў па Цэльсіі, сера плавіцца і выводзіцца з сістэмы. Вядома, застаюцца і так званыя хвасты - часцінкі серы, якія плаваюць у вадзе, якая ўтварылася дзякуючы конденсированию вадзянога пару. Іх выдаляюць і зноў пускаюць у працэс, так як там таксама ўтрымліваецца нямала патрэбнага нам элемента.

Адзін з самых сучасных метадаў - центрафужнага. Дарэчы, распрацаваны ён у Расеі. Калі коратка, сутнасць яго ў тым, што расплаў сумесі серы і мінералаў, якім яна спадарожнічае, апускаецца ў цэнтрыфугу і раскручваецца з вялікай хуткасцю. Больш цяжкая парода за кошт цэнтрабежнай сілы імкнецца ад цэнтра, а сама сера застаецца вышэй. Затым атрыманыя пласты проста аддзяляюць адзін ад аднаго.

Ёсць яшчэ адзін метад, які таксама па гэты дзень выкарыстоўваецца на вытворчасцях. Складаецца ён у аддзяленні серы ад мінералаў праз адмысловыя фільтры.

У гэтым артыкуле мы разгледзім выключна тэрмічныя метады здабывання несумненна важнага для нас элемента.

працэс плаўлення

Даследаванне цеплаабмену пры плаўленні серы - важнае пытанне, таму як гэта адзін з самых эканамічных спосабаў здабычы гэтага элемента. Мы можам камбінаваць параметры сістэмы пры награванні, і нам неабходна вылічыць іх аптымальнае спалучэнне. Менавіта для гэтага праводзіцца даследаванне цеплаабмену і аналіз асаблівасцяў працэсу плаўлення серы. Існуе некалькі відаў установак для ажыццяўлення гэтага працэсу. Кацёл для плаўлення серы - адна з іх. Атрыманне шуканага элемента з дапамогай гэтага вырабы - толькі дапаможны спосаб. Аднак сёння ёсць спецыяльная ўстаноўка - апарат для плаўлення комовой серы. Ён можа эфектыўна выкарыстоўвацца на вытворчасці для атрымання высакачыстых серы ў вялікім аб'ёме.

Для вышэйпададзенай мэты ў 1890 годзе была вынайдзенай ўстаноўка, якая дазваляе плавіць серу на глыбіні і выпампоўваць на паверхню з дапамогай трубы. Яе канструкцыя досыць простая і эфектыўная ў дзеянні: дзве трубы знаходзяцца адзін у адным. Па знешняй трубе цыркулюе перагрэты да 120 градусаў (тэмпература плаўлення серы) пара. Канец ўнутранай трубы дастае да пакладаў патрэбнага нам элемента. Награваючыся вадой, сера пачынае плавіцца і выходзіць вонкі. Усё досыць проста. У сучасным варыянце ўстаноўка ўтрымлівае яшчэ адну трубу: яна знаходзіцца ўнутры трубы з шэрай, і па ёй ідзе сціснутае паветра, які прымушае расплаў падымацца хутчэй.

Ёсць яшчэ некалькі метадаў, і ў адным з іх дасягаецца тэмпература плаўлення серы. Пад зямлю апускаюць два электрода і пускаюць па іх ток. Так як сера - тыповы дыэлектрык, яна не праводзіць ток і пачынае моцна награвацца. Такім чынам яна плавіцца і з дапамогай трубы, як і ў першым спосабе, выпампоўваецца вонкі. Калі серу хочуць накіраваць на вытворчасць сернай кіслаты, то яе падпальваюць пад зямлёй і выводзяць атрыманы газ вонкі. Яго доокисляют да аксіду серы (VI), а потым раствараюць у вадзе, атрымліваючы канчатковы прадукт.

Мы разабралі плаўленне серы, ўстаноўкі плаўлення серы і спосабы яе здабычы. Зараз прыйшла пара высветліць, навошта патрэбныя такія складаныя метады. На самай справе аналіз працэсу плаўлення серы і сістэма кантролю тэмпературы патрэбныя для таго, каб добра ачысціць і эфектыўна прымяніць канчатковы прадукт здабычы. Бо сера - адзін з найважнейшых элементаў, якія граюць ключавую ролю ў многіх сферах нашага жыцця.

прымяненне

Бессэнсоўна казаць, дзе прымяняюцца злучэння серы. Прасцей сказаць, дзе яны не ўжываюцца. Сера ёсць у любой гуме і гумовых вырабах, у газе, які падаецца ў дамы (там ён патрэбны для ідэнтыфікацыі уцечкі ў выпадку такую). Гэта самыя бытавыя і простыя прыклады. На самай справе сфер прымянення серы незлічонае мноства. Пералічыць іх усё проста нерэальна. Але калі мы возьмемся рабіць гэта, апынецца, што сера - адзін з самых неабходных для чалавецтва элементаў.

заключэнне

З гэтага артыкула вы даведаліся, якая тэмпература плаўлення ў серы, чым гэты элемент так важны для нас. Калі вы зацікаўлены ў гэтым працэсе і яго вывучэнні, то напэўна запазычылі для сябе нешта новае. Напрыклад, гэта могуць быць асаблівасці плаўлення серы. У любым выпадку няма мяжы дасканаласці, і нікому з нас не перашкодзяць веды працэсаў, якія адбываюцца ў прамысловасці. Вы можаце самастойна працягнуць засваенне тэхналагічных тонкасцяў працэсаў здабычы, здабывання і перапрацоўкі серы і іншых элементаў, якія змяшчаюцца ў зямной кары.