Svovl er et af de mest almindelige elementer i jordskorpen. Oftest findes det i sammensætningen af mineraler, der indeholder metaller ud over det. De processer, der opstår, når svovls kogepunkt og smeltepunkt nås, er meget interessante. Vi vil analysere disse processer, såvel som vanskelighederne forbundet med dem, i denne artikel. Men lad os først dykke ned i historien om opdagelsen af dette element.
Historie
I sin oprindelige form såvel som i sammensætningen af mineraler har svovl været kendt siden antikken. I oldgræske tekster beskrives den giftige virkning af dets forbindelser på menneskekroppen. Svovldioxiden, der frigives under forbrændingen af forbindelser af dette element, kan virkelig være dødelig for mennesker. Omkring det 8. århundrede begyndte svovl at blive brugt i Kina til at lave pyrotekniske blandinger. Ikke så mærkeligt, for det er i dette land, man mener, at krudtet er blevet opfundet.
Selv i det gamle Egypten kendte man en metode til at riste svovlholdig malm baseret på kobber. Sådan blev metallet udvundet. Svovl undslap i form af giftig gas SO2.
På trods af at være berømt siden oldtiden, kom viden om, hvad svovl er, takket være den franske naturforsker Antoines arbejdeLavoisier. Det var ham, der fastslog, at det er et grundstof, og dets forbrændingsprodukter er oxider.
Her er sådan en kort historie om folks bekendtskab med dette kemiske element. Dernæst vil vi tale detaljeret om de processer, der finder sted i jordens indvolde og fører til dannelsen af svovl i den form, som det er nu.
Hvordan opstår svovl?
Der er en almindelig misforståelse, at dette element oftest findes i dets oprindelige (det vil sige rene) form. Dette er dog ikke helt rigtigt. Naturligt svovl findes oftest som en indeslutning i anden malm.
I øjeblikket er der flere teorier om oprindelsen af grundstoffet i dets reneste form. De antyder en forskel i tidspunktet for dannelse af svovl og de malme, hvori det er spredt. Den første, teorien om syngenese, antager dannelsen af svovl sammen med malme. Ifølge hende reducerede nogle bakterier, der lever i havet, sulfaterne i vandet til svovlbrinte. Sidstnævnte rejste sig til gengæld op, hvor det ved hjælp af andre bakterier blev oxideret til svovl. Hun faldt til bunds, blandet med silt, og efterfølgende dannede de sammen malm.
Esensen af teorien om epigenese er, at svovl i malmen blev dannet senere end sig selv. Der er flere filialer her. Vi vil kun tale om den mest almindelige version af denne teori. Den består af dette: grundvand, der strømmer gennem ophobninger af sulfatmalme, beriges med dem. Derefter, der passerer gennem olie- og gasfelter, reduceres sulfationer til hydrogensulfid på grund af kulbrinter. Svovlbrinte, der stiger til overfladen, oxideresatmosfærisk ilt til svovl, som sætter sig i klipperne og danner krystaller. Denne teori har for nylig fundet flere og flere bekræftelser, men spørgsmålet om kemien i disse transformationer er stadig åbent.
Fra processen med oprindelsen af svovl i naturen, lad os gå videre til dens modifikationer.
Allotropi og polymorfi
Svovl, som mange andre elementer i det periodiske system, findes i naturen i flere former. I kemi kaldes de allotropiske modifikationer. Der er rombisk svovl. Dens smeltepunkt er noget lavere end for den anden modifikation: monoklinisk (112 og 119 grader Celsius). Og de adskiller sig i strukturen af elementære celler. Rhombisk svovl er mere tæt og stabilt. Det kan, når det opvarmes til 95 grader, gå i en anden form - monoklinisk. Det element, vi diskuterer, har analoger i det periodiske system. Polymorfien af svovl, selen og tellur diskuteres stadig af videnskabsmænd. De har et meget tæt forhold til hinanden, og alle de modifikationer, de danner, ligner hinanden meget.
Og så vil vi analysere de processer, der opstår under smeltningen af svovl. Men før du starter, bør du kaste dig lidt ind i teorien om krystalgitterets struktur og de fænomener, der opstår under faseovergange af stof.
Hvad er en krystal lavet af?
Som du ved, er stoffet i gasform i form af molekyler (eller atomer), der bevæger sig tilfældigt i rummet. i flydende stofdens bestanddele er grupperet, men har stadig en ret stor bevægelsesfrihed. I en solid aggregeringstilstand er alting lidt anderledes. Her stiger ordensgraden til sin maksimale værdi, og atomerne danner et krystalgitter. Selvfølgelig er der udsving i det, men de har en meget lille amplitude, og det kan ikke kaldes fri bevægelighed.
Enhver krystal kan opdeles i elementære celler - sådanne på hinanden følgende forbindelser af atomer, der gentages gennem hele prøveforbindelsens volumen. Her er det værd at præcisere, at sådanne celler ikke er et krystalgitter, og her er atomerne placeret inde i volumenet af en bestemt figur og ikke ved dens noder. For hver krystal er de individuelle, men de kan opdeles i flere hovedtyper (syngoni) afhængigt af geometrien: triklinisk, monoklinisk, rombisk, romboedrisk, tetragonal, sekskantet, kubisk.
Lad os kort analysere hver type gitter, fordi de er opdelt i flere underarter. Og lad os starte med, hvordan de kan adskille sig fra hinanden. For det første er dette forholdet mellem sidernes længder, og for det andet vinklen mellem dem.
Den trikliniske syngoni, den laveste af alle, er således et elementært gitter (parallelogram), hvor alle sider og vinkler ikke er ens med hinanden. En anden repræsentant for den såkaldte lavere kategori af syngonier er monoklinisk. Her er to hjørner af cellen 90 grader, og alle sider har forskellig længde. Den næste type, der tilhører den laveste kategori, er den rombiske syngoni. Den har tre ulige sider, men alle figurens vinklerer lig med 90 grader.
Lad os gå videre til den mellemste kategori. Og dets første medlem er den tetragonale syngony. Her er det analogt let at gætte, at alle vinklerne i figuren, den repræsenterer, er lig med 90 grader, og også to af de tre sider er lig med hinanden. Den næste repræsentant er den romboedriske (trigonale) syngoni. Det er her, tingene bliver lidt mere interessante. Denne type er defineret af tre lige store sider og tre vinkler, der er lige store, men ikke lige.
Den sidste variant af mellemkategorien er den sekskantede syngoni. Der er endnu sværere ved at definere det. Denne mulighed er bygget på tre sider, hvoraf to er ens og danner en vinkel på 120 grader, og den tredje er i et plan vinkelret på dem. Hvis vi tager tre celler af den sekskantede syngoni og knytter dem til hinanden, får vi en cylinder med en sekskantet base (det er derfor, den har sådan et navn, fordi "hexa" på latin betyder "seks").
Tja, toppen af alle syngonier, der har symmetri i alle retninger, er kubisk. Hun er den eneste, der tilhører den højeste kategori. Her kan du med det samme gætte, hvordan det kan karakteriseres. Alle vinkler og sider er lige store og danner en terning.
Så vi er færdige med analysen af teorien om hovedgrupperne af syngonier, og nu vil vi fortælle mere detaljeret om strukturen af forskellige former for svovl og de egenskaber, der følger heraf.
Svovlens struktur
Som allerede nævnt har svovl to modifikationer: rombisk og monoklinisk. Efter afsnittet om teoriDet blev sikkert klart, hvordan de adskiller sig. Men hele pointen er, at afhængigt af temperaturen kan gitterets struktur ændre sig. Hele punktet er i selve processen med omdannelser, der sker, når svovlens smeltepunkt er nået. Så er krystalgitteret fuldstændig ødelagt, og atomerne kan bevæge sig mere eller mindre frit i rummet.
Men lad os vende tilbage til strukturen og funktionerne ved et sådant stof som svovl. Egenskaberne af kemiske elementer afhænger i høj grad af deres struktur. For eksempel har svovl, på grund af krystalstrukturens særegenheder, egenskaben til flotation. Dens partikler fugtes ikke af vand, og luftbobler, der klæber til dem, trækker dem til overfladen. Således flyder svovl i klump, når det er nedsænket i vand. Dette er grundlaget for nogle metoder til at adskille dette element fra en blanding af lignende. Og så vil vi analysere de vigtigste metoder til at udvinde denne forbindelse.
Produktion
Svovl kan forekomme med forskellige mineraler og derfor i forskellige dybder. Afhængigt af dette vælges forskellige ekstraktionsmetoder. Hvis dybden er lav, og der ikke er ophobninger af gasser under jorden, der forstyrrer minedriften, udvindes materialet ved en åben metode: stenlag fjernes, og efter at finde malm, der indeholder svovl, sendes de til forarbejdning. Men hvis disse betingelser ikke er opfyldt, og der er farer, så bruges borehulsmetoden. Det skal nå smeltepunktet for svovl. Til dette anvendes specielle installationer. Et apparat til at smelte svovl i klump i denne metode er simpelthen nødvendigt. Men om denne proces - lidtsenere.
Generelt, når man udvinder svovl på nogen måde, er der stor risiko for forgiftning, fordi der oftest aflejres svovlbrinte og svovldioxid sammen med det, hvilket er meget farligt for mennesker.
For bedre at forstå ulemperne og fordelene ved en bestemt metode, lad os stifte bekendtskab med metoderne til forarbejdning af svovlholdig malm.
Extraction
Her er der også flere tricks baseret på svovls helt andre egenskaber. Blandt dem er termisk, ekstraktion, damp-vand, centrifugal og filtrering.
De mest gennemprøvede af dem er termiske. De er baseret på det faktum, at svovls koge- og smeltepunkter er lavere end for de malme, som det "viger sig ind i". Det eneste problem er, at det bruger meget energi. For at holde temperaturen var det tidligere nødvendigt at brænde en del af svovlen af. På trods af sin enkelhed er denne metode ineffektiv, og tab kan nå op på rekordhøje 45 procent.
Vi følger grenen af den historiske udvikling, så vi går videre til damp-vand-metoden. I modsætning til termiske metoder bruges disse metoder stadig på mange fabrikker. Mærkeligt nok er de baseret på den samme egenskab - forskellen i svovls kogepunkt og smeltepunkt fra dem for associerede metaller. Den eneste forskel er, hvordan opvarmningen foregår. Hele processen foregår i autoklaver - specielle installationer. Der tilføres beriget svovlmalm, der indeholder op til 80 % af det udvundne element. Derefter pumpes varmt vand under tryk ind i autoklaven.damp. Ved opvarmning til 130 grader Celsius smelter svovl og fjernes fra systemet. Selvfølgelig forbliver de såkaldte haler - svovlpartikler, der flyder i vandet dannet på grund af kondensering af vanddamp. De fjernes og sættes tilbage i processen, da de også indeholder meget af det element, vi skal bruge.
En af de mest moderne metoder - centrifugering. Forresten blev det udviklet i Rusland. Kort sagt er dens essens, at smelten af en blanding af svovl og mineraler, som den ledsager, nedsænkes i en centrifuge og roterer ved høj hastighed. Den tungere sten tenderer væk fra midten på grund af centrifugalkraften, mens svovlen i sig selv forbliver højere. Derefter adskilles de resulterende lag ganske enkelt fra hinanden.
Der er en anden metode, som også bruges i produktionen den dag i dag. Det består i at adskille svovl fra mineraler gennem specielle filtre.
I denne artikel vil vi udelukkende overveje termiske metoder til at udvinde et grundstof, der uden tvivl er vigtigt for os.
Smelteproces
Undersøgelsen af varmeoverførsel under smeltning af svovl er et vigtigt emne, fordi dette er en af de mest økonomiske måder at udvinde dette grundstof på. Vi kan kombinere systemets parametre under opvarmning, og vi skal beregne deres optimale kombination. Det er til dette formål, at en undersøgelse af varmeoverførsel og en analyse af funktionerne i svovlsmeltningsprocessen udføres. Der er flere typer installationer til denne proces. Svovlsmeltekedlen er en af dem. Få den vare, du leder efter, med dette produkt- bare en hjælper. Men i dag er der en speciel installation - et apparat til at smelte svovl i klump. Det kan effektivt bruges i produktionen til at producere højrent svovl i store mængder.
Til ovenstående formål blev der i 1890 opfundet en installation, der tillader svovl at blive smeltet i en dybde og pumpet til overfladen ved hjælp af et rør. Dens design er ret simpelt og effektivt i aktion: to rør er placeret i hinanden. Damp overophedet til 120 grader (smeltepunkt for svovl) cirkulerer gennem det ydre rør. Enden af det indre rør når aflejringerne af det element, vi har brug for. Når det opvarmes med vand, begynder svovl at smelte og komme ud. Alt er ret simpelt. I den moderne version indeholder installationen endnu et rør: det er inde i røret med svovl, og der strømmer trykluft igennem det, hvilket får smelten til at stige hurtigere.
Der er flere metoder, og en af dem når smeltepunktet for svovl. To elektroder sænkes ned i jorden, og der føres en strøm gennem dem. Da svovl er et typisk dielektrikum, leder det ikke strøm og begynder at blive meget varmt. Således smelter det og ved hjælp af et rør, som i den første metode, pumpes det ud. Hvis de vil sende svovl til fremstilling af svovlsyre, så bliver det sat i brand under jorden, og den resulterende gas tages ud. Det oxideres yderligere til svovloxid (VI) og opløses derefter i vand, hvilket giver det endelige produkt.
Vi har analyseret smeltningen af svovl, smeltningen af svovl og metoder til dets udvinding. Nu er det tid til at finde ud af, hvorfor så komplekse metoder er nødvendige. Faktisk er analysen af processen med at smelte svovl ogtemperaturkontrolsystem er nødvendigt for at rense godt og effektivt anvende det endelige produkt fra ekstraktionen. Svovl er trods alt et af de vigtigste elementer, der spiller en nøglerolle på mange områder af vores liv.
Application
Det giver ingen mening at sige, hvor svovlforbindelser bruges. Det er nemmere at sige, hvor de ikke gælder. Svovl findes i alle gummi- og gummiprodukter, i den gas, der tilføres boliger (der er det nødvendigt at identificere en lækage, hvis en sådan opstår). Dette er de mest almindelige og enkle eksempler. Faktisk er anvendelserne af svovl utallige. At liste dem alle er simpelthen urealistisk. Men hvis vi forpligter os til at gøre dette, viser det sig, at svovl er et af de mest essentielle elementer for menneskeheden.
Konklusion
Fra denne artikel lærte du, hvad smeltepunktet for svovl er, hvorfor dette grundstof er så vigtigt for os. Hvis du er interesseret i denne proces og dens undersøgelse, så har du sikkert lært noget nyt for dig selv. For eksempel kan disse være træk ved smeltning af svovl. Under alle omstændigheder er der ingen grænse for perfektion, og viden om de processer, der foregår i industrien, vil ikke forstyrre nogen af os. Du kan selvstændigt fortsætte med at mestre de teknologiske forviklinger i processerne med udvinding, udvinding og forarbejdning af svovl og andre elementer indeholdt i jordskorpen.
