Lưu huỳnh là một trong những nguyên tố phổ biến nhất của vỏ trái đất. Thông thường, nó được tìm thấy trong thành phần của các khoáng chất có chứa kim loại ngoài nó. Các quá trình xảy ra khi đạt đến điểm sôi và điểm nóng chảy của lưu huỳnh là rất thú vị. Chúng tôi sẽ phân tích các quy trình này, cũng như những khó khăn liên quan đến chúng, trong bài viết này. Nhưng trước tiên, hãy đi sâu vào lịch sử phát hiện ra nguyên tố này.
Lịch sử
Ở dạng bản địa, cũng như trong thành phần của khoáng chất, lưu huỳnh đã được biết đến từ thời cổ đại. Trong các văn bản Hy Lạp cổ đại, tác dụng độc hại của các hợp chất của nó đối với cơ thể con người được mô tả. Lưu huỳnh điôxít thải ra trong quá trình đốt cháy các hợp chất của nguyên tố này thực sự có thể gây chết người. Vào khoảng thế kỷ thứ 8, lưu huỳnh bắt đầu được sử dụng ở Trung Quốc để làm hỗn hợp pháo hoa. Không có gì lạ, bởi vì chính ở đất nước này, người ta tin rằng thuốc súng đã được phát minh ra.
Ngay cả ở Ai Cập cổ đại, người ta đã biết phương pháp rang quặng chứa lưu huỳnh dựa trên đồng. Đây là cách kim loại được khai thác. Lưu huỳnh thoát ra dưới dạng khí độc SO2.
Mặc dù đã nổi tiếng từ thời cổ đại, nhưng kiến thức về lưu huỳnh là gì, có được là nhờ công của nhà tự nhiên học người Pháp AntoineLavoisier. Chính ông ấy đã xác định rằng nó là một nguyên tố, và các sản phẩm đốt cháy của nó là các oxit.
Đây là một lịch sử ngắn gọn về sự làm quen của mọi người với nguyên tố hóa học này. Tiếp theo, chúng ta sẽ nói chi tiết về các quá trình diễn ra trong ruột trái đất và dẫn đến sự hình thành lưu huỳnh ở dạng như bây giờ.
Lưu huỳnh hình thành như thế nào?
Có một quan niệm sai lầm phổ biến rằng nguyên tố này thường được tìm thấy nhất ở dạng nguyên bản (nghĩa là nguyên chất) của nó. Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn đúng. Lưu huỳnh bản địa thường được tìm thấy dưới dạng bao gồm trong các loại quặng khác.
Hiện tại, có một số giả thuyết về nguồn gốc của nguyên tố ở dạng tinh khiết nhất của nó. Họ cho thấy có sự khác biệt về thời gian hình thành lưu huỳnh và quặng mà nó nằm xen kẽ nhau. Lý thuyết đầu tiên, lý thuyết về sự tổng hợp, giả định sự hình thành của lưu huỳnh cùng với quặng. Theo bà, một số vi khuẩn sống trong đại dương đã khử sunfat trong nước thành hydro sunfua. Đến lượt nó, nó lại mọc lên, ở đó, với sự trợ giúp của các vi khuẩn khác, nó bị oxy hóa thành lưu huỳnh. Cô ấy rơi xuống đáy, trộn với phù sa, và sau đó chúng cùng nhau tạo thành quặng.
Bản chất của thuyết biểu sinh là lưu huỳnh trong quặng được hình thành muộn hơn chính nó. Có một số chi nhánh ở đây. Chúng tôi sẽ chỉ nói về phiên bản phổ biến nhất của lý thuyết này. Nó bao gồm điều này: nước ngầm, chảy qua tích tụ quặng sunfat, được làm giàu từ chúng. Sau đó, đi qua các mỏ dầu khí, các ion sunfat bị khử thành hydro sunfua do các hydrocacbon. Hydro sunfua, nổi lên trên bề mặt, bị oxy hóaoxy trong khí quyển thành lưu huỳnh, lắng đọng trong đá, tạo thành các tinh thể. Lý thuyết này gần đây đã tìm thấy ngày càng nhiều xác nhận, nhưng câu hỏi về hóa học của những biến đổi này vẫn còn bỏ ngỏ.
Từ quá trình hình thành nguồn gốc của lưu huỳnh trong tự nhiên, hãy chuyển sang các sửa đổi của nó.
Dị hướng và đa hình
Lưu huỳnh, giống như nhiều nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn, tồn tại trong tự nhiên ở một số dạng. Trong hóa học, chúng được gọi là biến đổi dị hướng. Có lưu huỳnh hình thoi. Điểm nóng chảy của nó có phần thấp hơn so với cách sửa đổi thứ hai: đơn tà (112 và 119 độ C). Và chúng khác nhau về cấu trúc của các tế bào sơ cấp. Lưu huỳnh hình thoi đặc hơn và ổn định hơn. Nó có thể, khi được làm nóng đến 95 độ, chuyển sang dạng thứ hai - dạng đơn tà. Nguyên tố chúng ta đang thảo luận có các chất tương tự trong bảng tuần hoàn. Tính đa hình của lưu huỳnh, selen và Tellurium vẫn đang được các nhà khoa học thảo luận. Chúng có mối quan hệ rất chặt chẽ với nhau và tất cả các sửa đổi mà chúng tạo thành đều rất giống nhau.
Và sau đây chúng ta sẽ phân tích các quá trình xảy ra trong quá trình nấu chảy lưu huỳnh. Nhưng trước khi bắt đầu, bạn nên đi sâu vào lý thuyết về cấu trúc của mạng tinh thể và các hiện tượng xảy ra trong quá trình chuyển pha của vật chất.
Pha lê làm bằng gì?
Như bạn đã biết, ở trạng thái khí, chất ở dạng phân tử (hoặc nguyên tử), chuyển động ngẫu nhiên trong không gian. trong chất lỏngcác hạt cấu thành của nó được nhóm lại, nhưng vẫn có độ tự do chuyển động khá lớn. Ở trạng thái tập hợp vững chắc, mọi thứ có một chút khác biệt. Ở đây mức độ của trật tự tăng lên đến giá trị lớn nhất của nó, và các nguyên tử tạo thành một mạng tinh thể. Tất nhiên, có những dao động trong đó, nhưng chúng có biên độ rất nhỏ, và đây không thể gọi là chuyển động tự do.
Bất kỳ tinh thể nào cũng có thể được chia thành các ô cơ bản - những hợp chất nguyên tử liên tiếp được lặp lại trong toàn bộ thể tích của hợp chất mẫu. Ở đây cần làm rõ rằng các ô như vậy không phải là một mạng tinh thể, và ở đây các nguyên tử nằm bên trong thể tích của một hình nào đó, chứ không phải ở các nút của nó. Đối với mỗi tinh thể, chúng là riêng lẻ, nhưng chúng có thể được chia thành nhiều loại chính (syngony) tùy thuộc vào hình học: tam giác, đơn tinh, hình thoi, hình thoi, tứ diện, lục giác, lập phương.
Hãy phân tích ngắn gọn từng loại mạng, vì chúng được chia thành nhiều phân loài. Và hãy bắt đầu với việc chúng có thể khác nhau như thế nào. Thứ nhất, đây là tỷ lệ độ dài của các cạnh và thứ hai là góc giữa chúng.
Như vậy, tổng hợp tam giác, thấp nhất của tất cả, là một mạng cơ bản (hình bình hành), trong đó tất cả các cạnh và góc không bằng nhau. Một đại diện khác của cái gọi là phân loại thấp hơn của tổng hợp là đơn tà. Ở đây, hai góc của ô là 90 độ và tất cả các cạnh có độ dài khác nhau. Loại tiếp theo thuộc loại thấp nhất là syngony hình thoi. Nó có ba cạnh không bằng nhau, nhưng tất cả các góc của hìnhbằng 90 độ.
Hãy chuyển sang hạng mục giữa. Và thành viên đầu tiên của nó là tổng hợp tứ giác. Ở đây, bằng cách loại suy, có thể dễ dàng đoán rằng tất cả các góc của hình mà nó biểu diễn đều bằng 90 độ, và hai trong ba cạnh cũng bằng nhau. Đại diện tiếp theo là syngony hình thoi (tam giác). Đây là nơi mà mọi thứ trở nên thú vị hơn một chút. Loại này được xác định bởi ba cạnh bằng nhau và ba góc bằng nhau nhưng không thẳng.
Biến thể cuối cùng của thể loại giữa là syngony hình lục giác. Thậm chí còn khó khăn hơn trong việc xác định nó. Phương án này được xây dựng trên ba mặt, hai trong số đó bằng nhau và tạo thành một góc 120 độ, và mặt thứ ba nằm trong mặt phẳng vuông góc với chúng. Nếu chúng ta lấy ba ô của khối hình lục giác và gắn chúng vào nhau, chúng ta sẽ nhận được một hình trụ có đáy là hình lục giác (đó là lý do tại sao nó có tên như vậy, bởi vì "hexa" trong tiếng Latinh có nghĩa là "sáu").
Chà, đỉnh của tất cả các tổng hợp, có đối xứng theo mọi hướng, là hình khối. Cô ấy là người duy nhất thuộc loại cao nhất. Ở đây bạn có thể đoán ngay lập tức nó có thể được đặc trưng như thế nào. Tất cả các góc và các cạnh bằng nhau và tạo thành một hình lập phương.
Như vậy, chúng ta đã hoàn thành phần phân tích lý thuyết về các nhóm chính của tổng hợp, và bây giờ chúng ta sẽ nói chi tiết hơn về cấu trúc của các dạng khác nhau của lưu huỳnh và các đặc tính tiếp theo từ điều này.
Cấu trúc của lưu huỳnh
Như đã đề cập, lưu huỳnh có hai dạng biến đổi: dạng hình thoi và dạng đơn tính. Sau phần lý thuyếtChắc chắn nó đã trở nên rõ ràng chúng khác nhau như thế nào. Nhưng điểm chung là, tùy thuộc vào nhiệt độ, cấu trúc của mạng tinh thể có thể thay đổi. Toàn bộ điểm là trong chính quá trình biến đổi xảy ra khi đạt đến điểm nóng chảy của lưu huỳnh. Sau đó, mạng tinh thể bị phá hủy hoàn toàn, và các nguyên tử có thể di chuyển ít nhiều tự do trong không gian.
Nhưng hãy quay lại cấu trúc và tính năng của một chất như lưu huỳnh. Tính chất của các nguyên tố hóa học phần lớn phụ thuộc vào cấu trúc của chúng. Ví dụ, lưu huỳnh, do đặc thù của cấu trúc tinh thể, có đặc tính nổi. Các hạt của nó không bị nước làm ướt, và các bọt khí bám vào sẽ kéo chúng lên bề mặt. Do đó, lưu huỳnh dạng cục sẽ nổi khi nhúng vào nước. Đây là cơ sở cho một số phương pháp tách nguyên tố này ra khỏi hỗn hợp các nguyên tố tương tự. Và sau đây chúng tôi sẽ phân tích các phương pháp chính để chiết xuất hợp chất này.
Sản xuất
Lưu huỳnh có thể xảy ra với các khoáng chất khác nhau, và do đó ở các độ sâu khác nhau. Tùy thuộc vào điều này, các phương pháp chiết xuất khác nhau được chọn. Nếu độ sâu nông và không có khí tích tụ dưới lòng đất cản trở việc khai thác, thì vật liệu được khai thác theo phương pháp mở: các lớp đá được loại bỏ và tìm thấy quặng có chứa lưu huỳnh, chúng được đưa đi xử lý. Nhưng nếu các điều kiện này không được đáp ứng và có những nguy hiểm thì phương pháp giếng khoan được sử dụng. Nó cần đạt đến điểm nóng chảy của lưu huỳnh. Đối với điều này, cài đặt đặc biệt được sử dụng. Đơn giản là cần có một thiết bị để nấu chảy lưu huỳnh dạng cục trong phương pháp này. Nhưng về quá trình này - một chútsau.
Nói chung, khi chiết xuất lưu huỳnh bằng bất kỳ cách nào, đều có nguy cơ ngộ độc cao, vì thường là hydro sunfua và sulfur dioxide được lắng đọng cùng với nó, rất nguy hiểm cho con người.
Để hiểu rõ hơn về nhược điểm và ưu điểm của một phương pháp cụ thể, chúng ta hãy cùng làm quen với các phương pháp chế biến quặng chứa lưu huỳnh.
Chiết
Ở đây cũng vậy, có một số thủ thuật dựa trên các đặc tính hoàn toàn khác nhau của lưu huỳnh. Trong số đó có nhiệt, chiết xuất, hơi nước, ly tâm và lọc.
Được chứng minh nhiều nhất trong số đó là nhiệt. Chúng dựa trên thực tế là nhiệt độ sôi và điểm nóng chảy của lưu huỳnh thấp hơn nhiệt độ của các loại quặng mà nó "xâm nhập". Vấn đề duy nhất là nó tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Để duy trì nhiệt độ, trước đây cần đốt một phần lưu huỳnh. Mặc dù đơn giản nhưng phương pháp này không hiệu quả và mức lỗ có thể đạt mức kỷ lục 45%.
Chúng tôi đang theo dõi nhánh phát triển lịch sử, vì vậy chúng tôi đang chuyển sang phương pháp hơi nước. Không giống như các phương pháp nhiệt, các phương pháp này vẫn được sử dụng trong nhiều nhà máy. Thật kỳ lạ, chúng dựa trên cùng một tính chất - sự khác biệt về điểm sôi và điểm nóng chảy của lưu huỳnh so với các kim loại liên kết. Sự khác biệt duy nhất là cách sưởi ấm diễn ra. Toàn bộ quá trình diễn ra trong nồi hấp - cài đặt đặc biệt. Quặng lưu huỳnh giàu có chứa tới 80% nguyên tố được khai thác được cung cấp ở đó. Sau đó, dưới áp lực, nước nóng được bơm vào nồi hấp.hơi nước. Nóng lên đến 130 độ C, lưu huỳnh tan chảy và được loại bỏ khỏi hệ thống. Tất nhiên, cái gọi là đuôi vẫn còn - các hạt lưu huỳnh trôi nổi trong nước được hình thành do sự ngưng tụ của hơi nước. Chúng được gỡ bỏ và đưa trở lại quy trình, vì chúng cũng chứa rất nhiều yếu tố mà chúng tôi cần.
Một trong những phương pháp hiện đại nhất - máy ly tâm. Nhân tiện, nó đã được phát triển ở Nga. Tóm lại, bản chất của nó là sự tan chảy của hỗn hợp lưu huỳnh và khoáng chất đi kèm với nó được ngâm trong máy ly tâm và quay ở tốc độ cao. Đá nặng hơn có xu hướng ra khỏi tâm do lực ly tâm, trong khi bản thân lưu huỳnh vẫn cao hơn. Sau đó, các lớp kết quả được tách ra khỏi nhau một cách đơn giản.
Có một phương pháp khác cũng được sử dụng trong sản xuất cho đến ngày nay. Nó bao gồm việc tách lưu huỳnh khỏi các khoáng chất thông qua các bộ lọc đặc biệt.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét các phương pháp nhiệt độc quyền để chiết xuất một phần tử chắc chắn là quan trọng đối với chúng tôi.
Quá trình tan chảy
Nghiên cứu sự truyền nhiệt trong quá trình nung chảy lưu huỳnh là một vấn đề quan trọng, bởi vì đây là một trong những cách kinh tế nhất để chiết xuất nguyên tố này. Chúng ta có thể kết hợp các thông số của hệ thống trong quá trình gia nhiệt, và chúng ta cần tính toán sự kết hợp tối ưu của chúng. Vì mục đích này mà một nghiên cứu về sự truyền nhiệt và phân tích các tính năng của quá trình nấu chảy lưu huỳnh được thực hiện. Có một số kiểu cài đặt cho quá trình này. Lò hơi nấu chảy lưu huỳnh là một trong số đó. Nhận được mặt hàng bạn đang tìm kiếm với sản phẩm này- chỉ là người trợ giúp. Tuy nhiên, ngày nay có một thiết bị đặc biệt - một thiết bị để nấu chảy lưu huỳnh dạng cục. Nó có thể được sử dụng hiệu quả trong sản xuất để tạo ra lưu huỳnh có độ tinh khiết cao với số lượng lớn.
Với mục đích trên, vào năm 1890, một công trình lắp đặt đã được phát minh cho phép nung chảy lưu huỳnh ở độ sâu và được bơm lên bề mặt bằng đường ống. Thiết kế của nó khá đơn giản và hoạt động hiệu quả: hai đường ống được đặt ở vị trí gần nhau. Hơi nước quá nhiệt đến 120 độ (nhiệt độ nóng chảy của lưu huỳnh) lưu thông qua đường ống bên ngoài. Phần cuối của đường ống bên trong đạt đến cặn của phần tử chúng ta cần. Khi đun nóng bằng nước, lưu huỳnh bắt đầu nóng chảy và thoát ra ngoài. Mọi thứ khá đơn giản. Trong phiên bản hiện đại, việc lắp đặt có chứa một đường ống khác: bên trong đường ống có lưu huỳnh và không khí nén chảy qua nó, làm cho sự tan chảy tăng nhanh hơn.
Có một số phương pháp nữa, và một trong số chúng đạt đến điểm nóng chảy của lưu huỳnh. Hai điện cực được hạ xuống dưới lòng đất và một dòng điện chạy qua chúng. Vì lưu huỳnh là chất điện môi điển hình nên nó không dẫn dòng điện và bắt đầu rất nóng. Do đó, nó tan chảy và với sự trợ giúp của một đường ống, như trong phương pháp đầu tiên, nó được bơm ra ngoài. Nếu họ muốn gửi lưu huỳnh để sản xuất axit sunfuric, thì nó được đốt cháy dưới lòng đất và khí thu được sẽ được đưa ra ngoài. Nó tiếp tục được oxy hóa thành oxit lưu huỳnh (VI), và sau đó hòa tan trong nước, thu được sản phẩm cuối cùng.
Chúng tôi đã phân tích sự nóng chảy của lưu huỳnh, sự nóng chảy của lưu huỳnh và các phương pháp khai thác nó. Bây giờ đã đến lúc tìm hiểu lý do tại sao lại cần những phương pháp phức tạp như vậy. Trên thực tế, việc phân tích quá trình nấu chảy lưu huỳnh vàHệ thống kiểm soát nhiệt độ là cần thiết để làm sạch tốt và áp dụng hiệu quả sản phẩm cuối cùng của quá trình chiết xuất. Xét cho cùng, lưu huỳnh là một trong những nguyên tố quan trọng nhất đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống của chúng ta.
Đơn
Không có ý nghĩa gì khi nói các hợp chất lưu huỳnh được sử dụng. Sẽ dễ dàng hơn để nói nơi họ không nộp đơn. Lưu huỳnh được tìm thấy trong bất kỳ sản phẩm cao su và cao su nào, trong khí đốt cung cấp cho các gia đình (ở đó cần xác định rò rỉ nếu xảy ra). Đây là những ví dụ phổ biến và đơn giản nhất. Trên thực tế, các ứng dụng của lưu huỳnh là vô số. Liệt kê tất cả chúng chỉ đơn giản là không thực tế. Nhưng nếu chúng ta cam kết làm điều này, hóa ra lưu huỳnh là một trong những nguyên tố thiết yếu nhất đối với loài người.
Kết
Từ bài viết này, bạn đã biết được điểm nóng chảy của lưu huỳnh là gì, tại sao nguyên tố này lại quan trọng đối với chúng ta. Nếu bạn quan tâm đến quá trình này và nghiên cứu của nó, thì có lẽ bạn đã học được một điều gì đó mới cho bản thân. Ví dụ, đây có thể là các đặc điểm của sự nóng chảy của lưu huỳnh. Trong mọi trường hợp, không có giới hạn cho sự hoàn hảo và kiến thức về các quy trình diễn ra trong ngành sẽ không gây trở ngại cho bất kỳ ai trong chúng tôi. Bạn có thể độc lập tiếp tục làm chủ những công nghệ phức tạp của các quá trình khai thác, chiết xuất và xử lý lưu huỳnh và các nguyên tố khác có trong vỏ trái đất.
