Väävel on üks levinumaid maakoore elemente. Kõige sagedamini leidub seda lisaks sellele metalle sisaldavate mineraalide koostises. Väga huvitavad on protsessid, mis tekivad väävli keemis- ja sulamistemperatuuri saavutamisel. Selles artiklis analüüsime neid protsesse ja nendega seotud raskusi. Kuid kõigepe alt sukeldume selle elemendi avastamise ajalukku.
Ajalugu
Väävel on omal kujul ja ka mineraalide koostises tuntud juba antiikajast. Vana-Kreeka tekstides kirjeldatakse selle ühendite mürgist mõju inimorganismile. Selle elemendi ühendite põlemisel eralduv vääveldioksiid võib tõepoolest olla inimestele surmav. Umbes 8. sajandil hakati Hiinas väävlit kasutama pürotehniliste segude valmistamiseks. Pole ka ime, sest usutakse, et just selles riigis leiutati püssirohi.
Isegi Vana-Egiptuses teadsid inimesed vasel põhineva väävlisisaldusega maagi röstimise meetodit. Nii kaevandati metalli. Väävel väljus mürgise gaasi kujul SO2.
Vaatamata sellele, et väävel on kuulus iidsetest aegadest, saadi teadmised sellest, mis on väävel tänu prantsuse loodusteadlase Antoine'i tööleLavoisier. Just tema tegi kindlaks, et see on element ja selle põlemissaadused on oksiidid.
Siin on nii lühike ajalugu inimeste tutvumisest selle keemilise elemendiga. Järgmisena räägime üksikasjalikult protsessidest, mis toimuvad maa soolestikus ja viivad väävli moodustumiseni sellisel kujul, nagu see praegu on.
Kuidas väävel tekib?
Levib eksiarvamus, et seda elementi leidub kõige sagedamini oma loomulikul (st puhtal) kujul. See pole aga päris tõsi. Looduslikku väävlit leidub kõige sagedamini muu maagi koostises.
Praegu on elemendi päritolu kohta selle puhtaimal kujul mitmeid teooriaid. Need viitavad erinevusele väävli moodustumise ajas ja maakides, millesse see on segatud. Esimene, süngeneesi teooria, eeldab väävli moodustumist koos maakidega. Tema sõnul redutseerisid mõned ookeanis elavad bakterid vees olevad sulfaadid vesiniksulfiidiks. Viimane omakorda kerkis üles, kus see teiste bakterite abiga väävliks oksüdeerus. Ta kukkus põhja, segunes mudaga ja seejärel moodustasid nad koos maagi.
Epigeneesi teooria olemus seisneb selles, et maagi väävel tekkis hiljem kui ta ise. Siin on mitu filiaali. Räägime ainult selle teooria kõige levinumast versioonist. See koosneb sellest: põhjavesi, mis voolab läbi sulfaatmaakide kogunemise, on nendega rikastatud. Seejärel, läbides nafta- ja gaasivälju, redutseeritakse sulfaadiioonid süsivesinike toimel vesiniksulfiidiks. Vesiniksulfiid, mis tõuseb pinnale, oksüdeerubõhuhapnik väävliks, mis settib kivimitesse, moodustades kristalle. See teooria on viimasel ajal leidnud üha rohkem kinnitusi, kuid küsimus nende teisenduste keemiast jääb lahtiseks.
Väävli loodusest tekkeprotsessist liigume edasi selle modifikatsioonide juurde.
Allotroopia ja polümorfism
Väävel, nagu paljud teised perioodilisustabeli elemendid, eksisteerib looduses mitmel kujul. Keemias nimetatakse neid allotroopseteks modifikatsioonideks. Seal on rombiline väävel. Selle sulamistemperatuur on mõnevõrra madalam kui teisel modifikatsioonil: monokliiniline (112 ja 119 kraadi Celsiuse järgi). Ja need erinevad elementaarrakkude struktuuri poolest. Rombiline väävel on tihedam ja stabiilsem. 95 kraadini kuumutamisel võib see minna teise vormi - monokliiniliseks. Elemendil, mida me arutame, on perioodilisuse tabelis analooge. Väävli, seleeni ja telluuri polümorfismi üle arutavad teadlased endiselt. Neil on üksteisega väga lähedane suhe ja kõik nende loodud modifikatsioonid on väga sarnased.
Ja siis analüüsime väävli sulamisel toimuvaid protsesse. Kuid enne alustamist peaksite pisut sukelduma kristallvõre struktuuri teooriasse ja nähtustesse, mis toimuvad aine faasisiirde ajal.
Millest on kristall tehtud?
Nagu teate, on aine gaasilises olekus molekulide (või aatomite) kujul, mis liiguvad ruumis juhuslikult. vedelas ainesselle koostisosad on rühmitatud, kuid neil on siiski üsna suur liikumisvabadus. Tahkes koondamisseisundis on kõik veidi erinev. Siin tõuseb järjestuse aste maksimaalse väärtuseni ja aatomid moodustavad kristallvõre. Muidugi on selles kõikumisi, kuid neil on väga väike amplituud ja seda ei saa nimetada vabaks liikumiseks.
Iga kristalli saab jagada elementaarrakkudeks – sellisteks järjestikusteks aatomiühenditeks, mis korduvad kogu prooviühendi mahus. Siinkohal tasub selgitada, et sellised rakud ei ole kristallvõre ja siin asuvad aatomid teatud kujundi ruumala sees, mitte selle sõlmedes. Iga kristalli puhul on need individuaalsed, kuid sõltuv alt geomeetriast võib neid jagada mitmeks põhitüübiks (süngooniaks): trikliiniline, monokliiniline, rombiline, romboeedriline, tetragonaalne, kuusnurkne, kuupkujuline.
Analüüsime lühid alt iga võretüüpi, sest need jagunevad mitmeks alamliigiks. Ja alustame sellest, kuidas need võivad üksteisest erineda. Esiteks on need külgede pikkuste suhted ja teiseks nendevaheline nurk.
Seega on trikliiniline süngonoonia, kõigist madalaim, elementaarvõre (parallelogramm), mille kõik küljed ja nurgad ei ole üksteisega võrdsed. Teine süngooniate nn madalama kategooria esindaja on monokliiniline. Siin on lahtri kaks nurka 90 kraadi ja kõik küljed on erineva pikkusega. Järgmine kõige madalamasse kategooriasse kuuluv tüüp on rombiline süngoonia. Sellel on kolm ebavõrdset külge, kuid kõik joonise nurgadon 90 kraadi.
Liikume edasi keskmise kategooria juurde. Ja selle esimene liige on tetragonaalne süngoonia. Siin on analoogia põhjal lihtne aimata, et kõik sellel kujutatud kujundi nurgad on 90 kraadi ja ka kaks külge kolmest on üksteisega võrdsed. Järgmine esindaja on romboeedriline (trigonaalne) süngoonia. Siin lähevad asjad veidi huvitavamaks. Seda tüüpi määravad kolm võrdset külge ja kolm nurka, mis on võrdsed, kuid mitte sirged.
Keskmise kategooria viimane variant on kuusnurkne süngonoonia. Selle määratlemine on veelgi keerulisem. See valik on ehitatud kolmele küljele, millest kaks on võrdsed ja moodustavad 120-kraadise nurga ning kolmas on nendega risti. Kui võtame kuusnurkse süngoonia kolm lahtrit ja kinnitame need üksteise külge, saame kuusnurkse põhjaga silindri (sellepärast on sellel ka selline nimi, sest "hexa" ladina keeles tähendab "kuut").
Noh, kõigi süngooniate tipp, millel on sümmeetria igas suunas, on kuup. Ta on ainus, kes kuulub kõrgeimasse kategooriasse. Siin võib kohe aimata, kuidas seda iseloomustada saab. Kõik nurgad ja küljed on võrdsed ja moodustavad kuubi.
Nii, oleme lõpetanud süngooniate põhirühmade teooria analüüsi ja nüüd räägime üksikasjalikum alt väävli erinevate vormide struktuurist ja sellest tulenevatest omadustest.
Väävli struktuur
Nagu juba mainitud, on väävlil kaks modifikatsiooni: rombiline ja monokliiniline. Pärast teooria osaKindlasti sai selgeks, mille poolest need erinevad. Asi on aga selles, et olenev alt temperatuurist võib võre struktuur muutuda. Asi on selles transformatsiooniprotsessis, mis toimub väävli sulamistemperatuuri saavutamisel. Seejärel hävib kristallvõre täielikult ja aatomid saavad ruumis enam-vähem vab alt liikuda.
Aga tuleme tagasi sellise aine nagu väävel struktuuri ja omaduste juurde. Keemiliste elementide omadused sõltuvad suuresti nende struktuurist. Näiteks väävlil on kristallstruktuuri iseärasuste tõttu flotatsiooniomadus. Selle osakesi vesi ei niisuta ja neile kleepunud õhumullid tõmbavad need pinnale. Seega väävlitükk ujub vette kastmisel. See on mõne selle elemendi eraldamise sarnaste elementide segust meetodite aluseks. Ja siis analüüsime selle ühendi ekstraheerimise peamisi meetodeid.
Tootmine
Väävel võib esineda erinevate mineraalidega ja seetõttu erineval sügavusel. Sõltuv alt sellest valitakse erinevad ekstraheerimismeetodid. Kui sügavus on madal ja maa all puuduvad kaevandamist segavate gaaside kogunemised, siis kaevandatakse materjal avatud meetodil: kivimikihid eemaldatakse ja väävlit sisaldava maagi leidmisel suunatakse töötlemisele. Aga kui need tingimused ei ole täidetud ja on ohud, siis kasutatakse puurkaevu meetodit. See peab jõudma väävli sulamistemperatuurini. Selleks kasutatakse spetsiaalseid paigaldusi. Seade tükilise väävli sulatamiseks selle meetodi puhul on lihts alt vajalik. Kuid selle protsessi kohta - natukehiljem.
Üldiselt on väävli mis tahes viisil ekstraheerimisel suur mürgistusoht, sest kõige sagedamini sadestub sellega vesiniksulfiid ja vääveldioksiid, mis on inimesele väga ohtlikud.
Et paremini mõista konkreetse meetodi puudusi ja eeliseid, tutvume väävlit sisaldava maagi töötlemise meetoditega.
Ekstraheerimine
Ka siin on mitmeid nippe, mis põhinevad väävli täiesti erinevatel omadustel. Nende hulgas on termiline, ekstraheerimine, auru-vesi, tsentrifugaal- ja filtreerimine.
Kõige enam tõestatud neist on termilised. Need põhinevad asjaolul, et väävli keemis- ja sulamistemperatuurid on madalamad kui maakide omad, millesse see "abiellub". Ainus probleem on see, et see kulutab palju energiat. Temperatuuri hoidmiseks oli varem vaja osa väävlit põletada. Vaatamata oma lihtsusele on see meetod ebaefektiivne ja kaod võivad ulatuda rekordilise 45 protsendini.
Jälgime ajaloolise arengu haru, seega liigume edasi auru-vee meetodi juurde. Erinev alt termilistest meetoditest kasutatakse neid meetodeid endiselt paljudes tehastes. Kummalisel kombel põhinevad need samal omadusel - väävli keemis- ja sulamistemperatuuri erinevusel seotud metallide omadest. Ainus erinevus on see, kuidas küte toimub. Kogu protsess toimub autoklaavides – spetsiaalsetes paigaldistes. Sinna tarnitakse rikastatud väävlimaaki, mis sisaldab kuni 80% kaevandatud elementi. Seejärel pumbatakse surve all autoklaavi kuum vesi.aur. Soojenemisel kuni 130 kraadini Celsiuse järgi väävel sulab ja eemaldatakse süsteemist. Loomulikult jäävad alles nn sabad – veeauru kondenseerumisel tekkinud vees hõljuvad väävliosakesed. Need eemaldatakse ja pannakse tagasi protsessi, kuna need sisaldavad ka palju meile vajalikku elementi.
Üks moodsamaid meetodeid – tsentrifuug. Muide, see töötati välja Venemaal. Lühid alt, selle olemus seisneb selles, et väävli ja mineraalide segu sula, millega see kaasas on, kastetakse tsentrifuugi ja pöörleb suurel kiirusel. Raskem kivim kaldub tsentrifugaaljõu mõjul tsentrist eemale, väävel ise aga jääb kõrgemaks. Seejärel eraldatakse saadud kihid lihts alt üksteisest.
On veel üks meetod, mida kasutatakse ka tootmises tänaseni. See seisneb väävli eraldamises mineraalidest spetsiaalsete filtrite abil.
Selles artiklis käsitleme ainult termilisi meetodeid meie jaoks kahtlemata olulise elemendi eraldamiseks.
Sulamisprotsess
Väävli sulamisel toimuva soojusülekande uurimine on oluline teema, sest see on üks ökonoomsemaid viise selle elemendi eraldamiseks. Kütmise ajal saame süsteemi parameetreid kombineerida ja peame arvutama nende optimaalse kombinatsiooni. Sel eesmärgil viiakse läbi soojusülekande uuring ja väävli sulamisprotsessi tunnuste analüüs. Selle protsessi jaoks on mitut tüüpi paigaldusi. Väävli sulatuskatel on üks neist. Selle tootega otsitava kauba hankimine- lihts alt abimees. Tänapäeval on aga olemas spetsiaalne installatsioon – aparaat tükkväävli sulatamiseks. Seda saab tõhus alt kasutada tootmises kõrge puhtusastmega väävli tootmiseks suurtes kogustes.
Eelnimetatud eesmärgil leiutati 1890. aastal installatsioon, mis võimaldab väävlit sügavusel sulatada ja toru abil pinnale pumbata. Selle disain on üsna lihtne ja tõhus: kaks toru asuvad üksteises. 120 kraadini (väävli sulamistemperatuur) ülekuumendatud aur ringleb läbi välimise toru. Sisetoru ots jõuab meile vajaliku elemendi ladestustesse. Veega kuumutamisel hakkab väävel sulama ja väljuma. Kõik on üsna lihtne. Kaasaegses versioonis on paigaldusel veel üks toru: see on väävliga toru sees ja läbi selle voolab suruõhk, mis paneb sulati kiiremini tõusma.
On veel mitu meetodit ja üks neist jõuab väävli sulamistemperatuurini. Kaks elektroodi lastakse maa alla ja läbi nende juhitakse vool. Kuna väävel on tüüpiline dielektrik, ei juhi see voolu ja hakkab väga kuumaks minema. Seega see sulab ja toru abil, nagu esimese meetodi puhul, pumbatakse see välja. Kui tahetakse väävlit väävelhappe tootmisesse saata, siis süüdatakse see maa all põlema ja tekkiv gaas viiakse välja. See oksüdeeritakse edasi vääveloksiidiks (VI) ja lahustatakse seejärel vees, saades lõpptoote.
Oleme analüüsinud väävli sulamist, väävli sulamist ja selle ekstraheerimise meetodeid. Nüüd on aeg välja selgitada, miks nii keerulisi meetodeid vaja on. Tegelikult on väävli sulamisprotsessi analüüs jatemperatuuri reguleerimise süsteem on vajalik selleks, et puhastada hästi ja tõhus alt rakendada ekstraheerimise lõpptoote. Lõppude lõpuks on väävel üks olulisemaid elemente, mis mängib võtmerolli paljudes meie eluvaldkondades.
Rakendus
Ei ole mõtet öelda, kus väävliühendeid kasutatakse. Lihtsam on öelda, kus need ei kehti. Väävlit leidub igas kummis ja kummitoodetes, kodudesse tarnitavas gaasis (seal on seda vaja lekke tuvastamiseks, kui see juhtub). Need on kõige levinumad ja lihtsamad näited. Tegelikult on väävli rakendusi lugematu arv. Nende kõigi loetlemine on lihts alt ebareaalne. Aga kui me seda tegema hakkame, selgub, et väävel on inimkonna jaoks üks olulisemaid elemente.
Järeldus
Sellest artiklist saite teada, mis on väävli sulamistemperatuur ja miks see element meile nii oluline on. Kui olete sellest protsessist ja selle uurimisest huvitatud, olete tõenäoliselt enda jaoks midagi uut õppinud. Näiteks võivad need olla väävli sulamise tunnused. Täiuslikkusel igatahes piire pole ja teadmised tööstuses toimuvatest protsessidest ei sega meist kedagi. Saate iseseisv alt jätkata väävli ja muude maapõues sisalduvate elementide ekstraheerimise, ekstraheerimise ja töötlemise protsesside tehnoloogiliste keerukuse valdamist.
