Väävli sulamistemperatuur. Käitised väävli sulatamiseks

Väävel on üks maakoorest kõige levinumatest elementidest. Enamasti on see mineraalides, mis lisaks sellele sisaldavad ka metalli. Väga huvitavad on protsessid, mis juhtuvad väävli keemistemperatuuri ja sulamistemperatuuri juures. Neid protsesse ja sellega seotud raskusi arutame selles artiklis. Aga kõigepealt läheme selle elemendi avastamisse.

Ajalugu

Naturaalses vormis, aga ka mineraalide koostises on väävli tuntud juba antiikajast. Vanad kreeka tekstid kirjeldavad selle ühendite toksilist toimet inimesele. Sulfurgaas, mis vabaneb selle elemendi ühendite põletamise teel, võib inimestele tõepoolest surmavaks osutuda. Umbes 8. sajandil kasutati Hiinas pürotehniliste segude valmistamiseks väävlit. Pole ime, sest selles riigis usutakse, on leiutatud püssirool.

Isegi muinas Egiptuses teadsid inimesed vasega baseeruva väävlit sisaldava maagi põletamise meetodit. Seega see metall kaevandati. Väävel eemaldati väävel mürgise gaasina SO ₂ .

Vaatamata iidsetest aegadest pärit kuulsus sai teada, mis moodustab väävli, Prantsuse loodusteadlase Antoine Lavoisieri teostelt. Ta leidis, et see on element ja selle põlemisproduktid on oksiidid.

Siin on lühike ajalugu selle keemilise elemendi tutvumiseks. Järgnevalt kirjeldame üksikasjalikult maapõuest toimuvat protsessi, mis viib väävli tekkimiseni sellises vormis, nagu see on praegu.

Kuidas väävlit ilmub?

On tavaline eksiarvamus, et enamasti esineb see element kohalikus (st puhas) vormis. Kuid see pole täiesti tõsi. Naturaalset väävlit nimetatakse kõige sagedamini mõnes teises maagi immutamiseks.

Praegu on olemas mitmeid teooriaid selle elemendi päritolu kohta puhtal kujul. Nad leiavad, et väävli ja maakide moodustumise aja vahe on erinev. Esimene, sünergesi teooria eeldab väävli moodustumist maakidega. Selle kohaselt on mõned ookeani paksusest elavad bakterid, vesi-sulfiidis olevad sulfaadid, mis on vees. Viimane tõusis omakorda ülespoole, kus see oksüdeerus teiste bakterite abil väävliks. Ta langes põhja, segatud õliga ja hiljem nad moodustasid maagid kokku.

Epigeneesi teooria olemus on see, et maagi väävel moodustati hiljem kui ise. On mitmeid filiaale. Me räägime ainult selle teooria kõige levinumast versioonist. See koosneb sellest: põhjaveed, mis voolavad läbi sulfaatmaakide kogunemise, on neid rikastanud. Seejärel redutseeritakse sulfaatioonid nafta- ja gaasiväljundite kaudu süsivesinike tõttu vesiniksulfiidiks. Väävli vesinik, mis tõuseb pinnale, oksüdeeritakse õhu hapniku kaudu väävlisse, mis asetub kivimitesse, moodustades kristallid. See teooria on hiljuti leidnud üha rohkem tõendeid, kuid siiani on nende muutuste keemia küsimus endiselt avatud.

Loodus väävli päritolu protsessist pöördume selle muudatuste poole.

Allotroopia ja polümorfism

Väävel, nagu paljudel teistel perioodilisuse tabeli elementidel, eksisteerib looduses mitmel kujul. Keemiast nimetatakse neid allotroopseid modifikatsioone. On hall roomiline. Selle sulamistemperatuur on mõnevõrra madalam teisest modifikatsioonist: monokliiniline (112 ja 119 kraadi Celsiuse järgi). Ja nad erinevad elementaarrakkude struktuurist. Rombiline väävel on tihedam ja stabiilne. Seda saab soojendada kuni 95 kraadi teise vormi - monokliiniline. Element, mida me arutame, on analooge perioodilises tabelis. Seni on teadlased arutanud väävli, seleeni ja telluuri polümorfismi. Neil on üksteisega väga lähedased suhted ja kõik nende moodustused on väga sarnased.

Ja siis analüüsime väävli sulatamisel tekkivaid protsesse. Enne kui alustate, peate veidi kastma kristallvõre struktuuri teooriasse ja nähtust, mis tekivad aine faasiüleminekutel.

Mis kristall koosneb?

Nagu on teada, on gaasilises olekus aine molekulide (või aatomite) kujul, mis ruumis juhuslikult liiguvad. Vedela aine koostisosad on rühmitatud koos, kuid neil on endiselt piisavalt liikumisvabadust. Tahkis olekus on kõik veidi erinev. Siin suureneb tellimuse määr selle maksimumväärtuseni ja aatomid moodustavad kristallvõre. Selles toimub loomulikult võnkumisi, kuid neil on väga väike amplituud, ja seda ei saa nimetada vaba liikumiseks.

Iga kristalli võib jagada elementaarkaks - sellised järjestikused aatomite ühendid, mida korratakse kogu ühendi proovis. Siinkohal on vaja selgitada, et sellised rakud ei ole kristallvõred, ja siin asuvad aatomid kindla arvu joonisel, mitte selle tippudes. Iga kristalli puhul on nad individuaalsed, kuid neid saab jagada mitmeks põhitüübiks (sünonüümid) sõltuvalt geomeetrilisest: trikliiniline, monokliiniline, rombiline, rhomboedriline, tetragonaalne, kuusnurkne, kubik.

Lühidalt analüüsige iga võre tüüpi, sest need on jagatud mitmeks alamliigiks. Ja me alustame sellest, mida nad üksteisest erinevad. Esiteks on külgede pikkuste suhe ja teiseks nurk nende vahel.

Seega on trikliini süngioon kõige madalam elementaarvõrega (rööpkülik), milles kõik küljed ja nurgad pole võrdsed. Sünkroonide niinimetatud madalama kategooria teine esindaja on monokliiniline. Siin on kaks raku nurka 90 kraadi ja kõikidel külgedel on erinevad pikkused. Madalaimale kategooriale kuuluv järgmine liigi on rombiline süngioon. Sellel on kolm võrdset külge, kuid joonise kõik nurgad on 90 kraadi võrra.

Läheme edasi keskmise kategooria juurde. Ja tema esimene termin on tetragonaalne süsteem. Siin pole analoogia põhjal raske arvata, et kõik antud numbri nurgad on 90 kraadi võrra, ja ka kaks kolmest küljest on üksteisega võrdsed. Järgmine esindaja on rhomboedriline (trigonaalne) süngioon. Siin on kõik veidi huvitavam. Seda tüüpi määravad kolm identset külge ja kolm nurka, mis on üksteisega võrdsed, kuid ei ole sirged.

Keskmine kategooria viimane variant on kuusnurkne süngioon. Oma definitsioonis on veelgi keerulisem. See variant on ehitatud kolmest küljest, millest kaks on võrdsed ja moodustavad 120 kraadi nurga ja kolmas on nendega risti asetsevas tasapinnas. Kui me võtame kolm kuusnurka rakke ja rakendame neid üksteisele, siis saame kuusnurkse baasi silindri (sellepärast on see nimi, sest ladina keeles hexa tähendab "kuus").

Noh, kõigi sünonüümide tipp, millel on sümmeetria kõigis suundades, on kuubiline. See on ainus, kes kuulub kõrgeimasse kategooriasse. Siin saate kohe ette kujutada, kuidas seda iseloomustada. Kõik nurgad ja küljed on üksteisega võrdsed ja moodustavad kuubiku.

Niisiis oleme lõpetanud sünonüüride põhirühmade teooria analüüsi ning nüüd kirjeldame üksikasjalikumalt väävli erinevate vormide struktuuri ja sellest tulenevaid omadusi.

Väävli struktuur

Nagu juba mainitud, on väävel kaks modifikatsiooni: rombiline ja monokliiniline. Pärast teoreetilisest jagamist selgus, et nad on erinevad. Kuid kogu asi on see, et sõltuvalt temperatuurist võib võre struktuur muutuda. Kogu punkt on üleminekute protsess, mis toimub väävli sulamistemperatuuri saavutamisel. Seejärel hävitab kristallvõre täielikult ja aatomid võivad liikuda ruumis enam-vähem vabalt.

Kuid pöörduge tagasi sellise aine struktuuri ja omaduste juurde nagu väävel. Keemiliste elementide omadused sõltuvad suuresti nende struktuurist. Näiteks on väävel tänu oma kristallstruktuurile ujuvuse omadus. Selle osakesed ei niisuta veega ja nendega kinni jäävad õhumullid tõmbavad neid pinnale. Seega satub hall veevaba vees sukeldumiseni. See on aluseks mõnele meetodile selle elemendi eraldamiseks sarnasest segust. Ja siis analüüsime selle ühendi kaevandamise põhimeetodeid.

Ekstraheerimine

Väävel võib asuda mitmesuguste mineraalide ja seega erinevate sügavuste vahel. Sõltuvalt sellest valitakse välja erinevad ekstraheerimismeetodid. Kui sügavus on väike ja maapinnal olevate gaaside kogunemine ei takista ekstraheerimist, siis materjal ekstraheeritakse avatud viisil: eemaldatakse kivimikihid ja väävlit sisaldavad maagid leitakse töötlemiseks. Kuid kui need tingimused ei ole täidetud ja seal on ohtusid, siis kasutatakse süvendamismeetodit. See nõuab väävli sulamistemperatuuri saavutamist. Selleks rakendage spetsiaalseid seadeid. Selles meetodis väävelhappe sulatamise seade on lihtsalt vajalik. Aga selle protsessi kohta, veidi hiljem.

Üldiselt on väävli kaevandamisel mingil moel suur mürgistusoht, sest sagedamini on see vesiniksulfiid ja vääveldioksiid, mis on inimestele väga ohtlikud.

Selleks, et paremini mõista, mis on selle või selle meetodi puudused ja eelised, tutvustame väävlit sisaldavate maakide töötlemise meetodeid.

Ekstraheerimine

Ka siin on väävli täiesti erinevatest omadustest lähtuvad mitmed tehnikad . Nende seas on eristatav termiline, kaevandav, auruvett, tsentrifugaalne ja filtreeritav.

Kõige tõestatud neist on termilised. Need põhinevad asjaolul, et väävli keemistemperatuur ja sulamistemperatuur on väiksemad kui maagid, millesse see "kiilub". Ainus probleem on see, et tarbitakse palju energiat. Temperatuuri säilitamiseks pidid mõned väävli põletama. Hoolimata kõigist lihtsusest on see meetod ebaefektiivne ja kaod võivad jõuda rekordilise 45 protsendini.

Me läheme mööda ajaloolise arengu harusse, seega pöördume auruvett meetodi poole. Erinevalt termilisest, kasutatakse neid meetodeid paljudes tehastes. Kummalisel kombel põhinevad need samadel omadustel - erinevus keemispunkti ja sulfa sulamistemperatuuri vahel sarnaste parameetritega kaasnevate metallide puhul. Ainus erinevus seisneb selles, kuidas toimub küte. Kogu protsess on autoklaavides - spetsiaalsed rajatised. Seal on rikastatud väävelhape, mis sisaldab kuni 80% ekstraheeritud elemendist. Seejärel pumbatakse rõhu all kuuma veeaur autoklaavi. Soojendades kuni 130 ° C, väävel sulatatakse ja eemaldatakse süsteemist. Loomulikult on ka nn sabad - vees ujuvad väävli osakesed, mis tekivad veeauru kondenseerumisel. Need eemaldatakse ja protsessi tagasi viia, sest seal on ka palju vajalikku elementi.

Üks kõige kaasaegsemaid meetodeid on tsentrifugaalne. Muide, ta arenes Venemaal. Lühidalt öeldes on selle olemus selles, et väävli ja mineraalide segu, mida see koosneb, sulatatakse tsentrifuugis ja keeratakse suurel kiirusel. Suurem kivim tsentrifugaaljõu tõttu kipub keskmest, samal ajal kui väävel endiselt kõrgem. Seejärel saadakse kihid üksteisest lihtsalt.

On veel üks meetod, mida kasutatakse ka tootmises. See on väävli eraldamine mineraalidest spetsiaalsete filtrite abil.

Käesolevas artiklis me käsitleme ainult elementide kaevandamise termilisi meetodeid, mis on meie jaoks kahtlemata olulised.

Sulamisprotsess

Väikese sulatamisega soojusülekande uurimine on oluline küsimus, kuna see on üks kõige ökonoomsemaid viise selle elemendi väljavõtmiseks. Võime süsteemi parameetrid kombineerida kuumutamisega ja peame arvutama nende optimaalse kombinatsiooni. Selleks viiakse läbi väävli sulamisprotsessi soojusvahetuse uurimine ja analüüs. Selle protsessi jaoks on olemas mitut tüüpi rajatisi. Üks neist on väetis sulatamiseks mõeldud boiler. Selle toote otsimine selle tootega on lihtsalt abimeetod. Kuid täna on olemas spetsiaalne paigaldus - seade ümmarguse väävli sulatamiseks. Seda saab toota tõhusalt kõrge puhtusastmega väävli tootmisel suurel hulgal.

Eespool nimetatud eesmärgil leiutas 1890. aastal välja seade, mis võimaldab väävlit sulada sügavusel ja pumbata toru abil pinnale. Selle disain on piisavalt lihtne ja efektiivne: kaks toru on teineteise sees. Aur tsirkuleerib läbi välise toru ülekuumenenud kuni 120 kraadi (väävli sulamistemperatuur). Sisemise toru ots jõuab vajaliku elemendi hoiusteni. Kui kuumutatakse veega, väävel hakkab sulama ja välja tulema. Kõik on lihtsalt lihtne. Tänapäevases versioonis sisaldab paigaldus teise toru: see on väävli toru sees ja läbi selle läbib suruõhu, mis muudab sulamise kiiremaks.

On mitmeid teisi meetodeid ja ühes neist saavutatakse väävli sulamistemperatuur. Maa alla on langetatud kaks elektroodi ja läbi nende läbi voolud. Kuna väävel on tüüpiline dielektrik, ei teosta see voolu ja hakkab tugevasti soojenema. Seega sulandub ja toru abil, nagu esimesel meetodil, välja pumbatakse. Kui väävlit saadetakse väävelhappe tootmiseks, siis see süttib maa all ja gaas väljastatakse väljapoole. See oksüdeeritakse vääveloksiidiks (VI) ja seejärel lahustatakse lõpp-produkti saamiseks vees.

Oleme analüüsinud väävli sulamist, väävli sulamistemperatuuri ja selle ekstraheerimise meetodeid. Nüüd on aeg välja selgitada, miks selliseid keerulisi meetodeid on vaja. Tegelikult on väävli sulamisprotsessi analüüs ja temperatuuri kontrollisüsteem vajalik ekstraheerimise lõpptoote puhastamiseks ja efektiivseks kasutamiseks. Lõppude lõpuks on väävel üks tähtsamaid elemente, millel on võtmeroll paljudes meie eluvaldkondades.

Taotlus

On mõttetu öelda, kus kasutatakse väävliühendeid. Lihtsam on öelda, kus neid ei kohaldata. Väävel on mis tahes kummi- ja kummitooted gaasiga, mida söödetakse kodumajapidamisse (seal on vajalik lekke tuvastamine). Need on kõige levinumad ja lihtsamad näited. Tegelikult on väävli kasutamise valdkonnad lugematul arvul. Nende nimekiri on lihtsalt ebareaalne. Aga kui me kohustume seda teha, siis selgub, et väävel on inimkonna jaoks kõige olulisemad elemendid.

Järeldus

Sellest artiklist sain teada, mis on väävli sulamistemperatuur, ja mis see element on meile nii tähtis. Kui olete huvitatud sellest protsessist ja selle uuringust, siis olete kindlasti õppinud midagi uut ennast. Näiteks võib see olla väävli sulatamise tunnusjoon. Igal juhul puuduvad täiuslikkuse piirid, ja keegi meist ei saa takistada tööstuses toimuvate protsesside tundmist. Võite iseseisvalt jätkata maavärinas sisalduva väävli ja muude elementide kaevandamise, taastamise ja töötlemise tehnoloogiliste nüansside edasiarendamist.