A kén a földkéreg egyik leggyakoribb eleme. Leggyakrabban a mellette fémeket tartalmazó ásványok összetételében található meg. Nagyon érdekesek azok a folyamatok, amelyek a kén forráspontjának és olvadáspontjának elérésekor mennek végbe. Ezeket a folyamatokat, valamint a hozzájuk kapcsolódó nehézségeket elemezzük ebben a cikkben. De először merüljünk el ennek az elemnek a felfedezésének történetében.
Előzmények
A kén eredeti formájában, valamint ásványi összetételében az ókor óta ismert. Az ókori görög szövegek leírják vegyületeinek mérgező hatását az emberi szervezetre. Az ezen elem vegyületeinek égése során felszabaduló kén-dioxid valóban halálos lehet az emberek számára. A 8. század körül Kínában kezdték használni a ként pirotechnikai keverékek készítésére. Nem csoda, mert úgy tartják, hogy ebben az országban találták fel a lőport.
Még az ókori Egyiptomban is ismerték a kéntartalmú érc rézalapú pörkölési módszerét. Így bányászták a fémet. A kén mérgező gáz formájában távozott SO2.
Annak ellenére, hogy ősidők óta híres volt, Antoine francia természettudós munkájának köszönhető a tudás, hogy mi a kén. Lavoisier. Ő állapította meg, hogy ez egy elem, és égéstermékei oxidok.
Íme egy ilyen rövid története annak, hogy az emberek megismerkedtek ezzel a kémiai elemmel. Ezután részletesen beszélünk a föld belsejében lezajló folyamatokról, amelyek a mostani formában lévő kén képződéséhez vezetnek.
Hogyan keletkezik a kén?
Gyakori tévhit, hogy ez az elem leggyakrabban eredeti (vagyis tiszta) formájában található meg. Ez azonban nem egészen igaz. A natív ként leggyakrabban más ércekben található zárványként.
Jelenleg számos elmélet létezik az elem eredetére vonatkozóan a legtisztább formájában. Különbséget sugallnak a kén képződésének idejében és az ércekben, amelyekbe bele van szórva. Az első, a szingenezis elmélete feltételezi a kén képződését az ércekkel együtt. Elmondása szerint egyes, az óceánban élő baktériumok a vízben lévő szulfátokat hidrogén-szulfiddá redukálták. Ez utóbbi viszont felemelkedett, ahol más baktériumok segítségével kénné oxidálódott. A fenékre esett, iszappal keveredve, majd együtt ércet alkottak.
Az epigenezis elméletének lényege, hogy az ércben lévő kén később keletkezett, mint önmaga. Itt több ág is van. Csak ennek az elméletnek a leggyakoribb változatáról fogunk beszélni. Ebből áll: a szulfátércek felhalmozódásain átfolyó talajvíz feldúsul velük. Ezután az olaj- és gázmezőkön áthaladva a szulfátionok hidrogén-szulfiddá redukálódnak a szénhidrogének hatására. A felszínre emelkedő hidrogén-szulfid oxidálódiklégköri oxigén kénné, amely a kőzetekben leülepedve kristályokat képez. Ez az elmélet a közelmúltban egyre több megerősítést nyert, de ezen átalakulások kémiájának kérdése nyitott marad.
A kén természetben való keletkezésének folyamatából térjünk át annak módosulásaira.
Allotropia és polimorfizmus
A kén a periódusos rendszer sok más eleméhez hasonlóan a természetben többféle formában létezik. A kémiában ezeket allotróp módosulásoknak nevezik. Rombos kén van. Olvadáspontja valamivel alacsonyabb, mint a második módosításé: monoklin (112 és 119 Celsius fok). És különböznek az elemi sejtek szerkezetében. A rombikus kén sűrűbb és stabilabb. 95 fokra melegítve egy második formába kerülhet - monoklinikus. Az általunk tárgy alt elemnek vannak analógjai a periódusos rendszerben. A kén, a szelén és a tellúr polimorfizmusát még mindig vitatják a tudósok. Nagyon szoros kapcsolatban állnak egymással, és az általuk létrehozott összes módosítás nagyon hasonló.
És ezután elemezzük a kén olvadása során fellépő folyamatokat. Mielőtt azonban elkezdené, vessen bele egy kicsit a kristályrács szerkezetének elméletébe és az anyag fázisátalakulása során fellépő jelenségekbe.
Miből készül a kristály?
Mint tudod, gáz halmazállapotban az anyag molekulák (vagy atomok) formájában van, amelyek véletlenszerűen mozognak a térben. folyékony anyagbanalkotó részecskéi csoportosultak, de még mindig meglehetősen nagy mozgásszabadsággal rendelkeznek. Az összesítés szilárd állapotában minden egy kicsit más. Itt a rendezettség mértéke a maximális értékre nő, és az atomok kristályrácsot alkotnak. Természetesen vannak benne ingadozások, de nagyon kicsi az amplitúdójuk, és ez nem nevezhető szabad mozgásnak.
Bármely kristály felosztható elemi cellákra – ilyen egymást követő atomvegyületekre, amelyek a mintavegyület teljes térfogatában ismétlődnek. Itt érdemes tisztázni, hogy az ilyen sejtek nem kristályrácsok, és itt az atomok egy bizonyos alak térfogatában találhatók, és nem a csomópontjaiban. Mindegyik kristály esetében egyediek, de geometriától függően több fő típusra (szingoniára) oszthatók: triklinikus, monoklin, rombos, romboéder, tetragonális, hatszögletű, köbös.
Elemezzük röviden az egyes rácstípusokat, mert ezek több alfajra oszlanak. És kezdjük azzal, hogy miben különbözhetnek egymástól. Először is ezek az oldalak hosszának arányai, másodszor pedig a köztük lévő szög.
Így a triklinikai szingónia, a legalacsonyabb az összes közül, egy elemi rács (parallelogramma), amelyben nem minden oldal és szög egyenlő egymással. A szingóniák úgynevezett alsó kategóriájának másik képviselője a monoklin. Itt a cella két sarka 90 fokos, és minden oldala eltérő hosszúságú. A legalsó kategóriába tartozó következő típus a rombuszos szingónia. Három egyenlőtlen oldala van, de az ábra összes szögeegyenlőek 90 fokkal.
Térjünk át a középkategóriára. Első tagja pedig a tetragonális szingónia. Itt analógia alapján könnyen kitalálható, hogy az általa ábrázolt ábra összes szöge 90 fokkal egyenlő, és a három oldal közül kettő egyenlő egymással. A következő képviselő a romboéder (trigonális) szingónia. Itt a dolgok egy kicsit érdekesebbé válnak. Ezt a típust három egyenlő oldal és három szög határozza meg, amelyek egyenlőek, de nem egyenesek.
A középső kategória utolsó változata a hatszögletű szingónia. Még nehezebb meghatározni. Ez az opció három oldalra épül, amelyek közül kettő egyenlő és 120 fokos szöget zár be, a harmadik pedig egy rájuk merőleges síkban. Ha a hatszögletű szingónia három celláját felvesszük és egymáshoz rögzítjük, akkor egy hatszögletű alappal rendelkező hengert kapunk (ezért is van ilyen neve, mert a "hexa" latinul hatot jelent).
Nos, az összes szingónia teteje, amely minden irányban szimmetrikus, köbös. Ő az egyetlen, aki a legmagasabb kategóriába tartozik. Itt rögtön sejthető, hogyan jellemezhető. Minden szög és oldal egyenlő, és egy kockát alkotnak.
Tehát befejeztük a szingónia főbb csoportjaira vonatkozó elmélet elemzését, és most részletesebben bemutatjuk a kén különböző formáinak szerkezetét és az ebből következő tulajdonságokat.
A kén szerkezete
Amint már említettük, a kénnek két változata van: rombuszos és monoklinikus. Az elméleti rész utánBizonyára kiderült, miben különböznek egymástól. De a lényeg az, hogy a hőmérséklettől függően változhat a rács szerkezete. Az egész lényege az átalakulások folyamatában van, amelyek akkor következnek be, amikor a kén olvadáspontját elérjük. Ekkor a kristályrács teljesen megsemmisül, és az atomok többé-kevésbé szabadon mozoghatnak a térben.
De térjünk vissza egy olyan anyag szerkezetére és jellemzőire, mint a kén. A kémiai elemek tulajdonságai nagymértékben függnek szerkezetüktől. Például a kén a kristályszerkezet sajátosságai miatt flotációs tulajdonsággal rendelkezik. A részecskéit a víz nem nedvesíti át, a rájuk tapadt légbuborékok a felszínre vonják őket. Így a csomós kén vízbe merítve lebeg. Ez az alapja néhány módszernek, amellyel ezt az elemet elválasztják a hasonló elemek keverékétől. Ezután elemezzük ennek a vegyületnek a kivonásának fő módszereit.
Gyártás
A kén különböző ásványi anyagokkal fordulhat elő, ezért eltérő mélységben. Ennek függvényében különböző extrakciós módszereket választanak. Ha a mélység sekély, és a föld alatt nem halmozódnak fel a bányászatot zavaró gázok, akkor az anyagot nyílt módszerrel bányászják: eltávolítják a kőzetrétegeket, és ha ként tartalmazó ércet találnak, feldolgozásra küldik. De ha ezek a feltételek nem teljesülnek, és vannak veszélyek, akkor a fúrásos módszert alkalmazzák. El kell érnie a kén olvadáspontját. Ehhez speciális telepítéseket használnak. A csomós kén olvasztására szolgáló berendezés ebben a módszerben egyszerűen szükséges. De erről a folyamatról - egy kicsitkésőbb.
Általánosságban elmondható, hogy a kén bármilyen módon történő kinyerésekor nagy a mérgezés veszélye, mert leggyakrabban hidrogén-szulfid és kén-dioxid rakódik le vele, amelyek nagyon veszélyesek az emberre.
Ahhoz, hogy jobban megértsük egy adott módszer hátrányait és előnyeit, ismerkedjünk meg a kéntartalmú érc feldolgozásának módszereivel.
Kivonás
Itt is számos trükk létezik, amelyek a kén teljesen eltérő tulajdonságain alapulnak. Köztük termikus, extrakciós, gőz-víz, centrifugális és szűrés.
A legjobban bevált közülük a termikus. Ezek azon alapulnak, hogy a kén forráspontja és olvadáspontja alacsonyabb, mint azé az ércké, amelyekbe "beépül". Csak az a baj, hogy rengeteg energiát fogyaszt. A hőmérséklet fenntartásához korábban a kén egy részét elégetni kellett. Egyszerűsége ellenére ez a módszer nem hatékony, és a veszteség elérheti a rekord 45 százalékot.
A történelmi fejlődés ágát követjük, így továbblépünk a gőz-víz módszerre. A termikus módszerekkel ellentétben ezeket a módszereket még mindig sok gyárban alkalmazzák. Furcsa módon ugyanazon a tulajdonságon alapulnak - a kén forráspontja és olvadáspontja különbsége a kapcsolódó fémek forráspontjától és olvadáspontjától. Az egyetlen különbség az, hogy a fűtés hogyan történik. Az egész folyamat autoklávokban zajlik - speciális létesítményekben. A bányászott elem 80%-áig dúsított kénes ércet szállítanak oda. Ezután nyomás alatt forró vizet pumpálnak az autoklávba.gőz. 130 Celsius fokra felmelegedve a kén megolvad és kikerül a rendszerből. Természetesen megmaradnak az úgynevezett farok - a vízben lebegő kénrészecskék, amelyek a vízgőz lecsapódása miatt keletkeznek. Eltávolítják és visszahelyezik őket a folyamatba, mivel sok olyan elemet is tartalmaznak, amelyre szükségünk van.
Az egyik legmodernebb módszer – a centrifuga. Egyébként Oroszországban fejlesztették ki. Röviden a lényege, hogy a hozzá tartozó kén és ásványi anyagok keverékének olvadékát egy centrifugába merítik, és nagy sebességgel forognak. A nehezebb kőzet a centrifugális erő hatására eltávolodik a középponttól, míg maga a kén magasabban marad. Ezután a kapott rétegeket egyszerűen elválasztjuk egymástól.
Van egy másik módszer is, amelyet a mai napig a gyártásban is alkalmaznak. Ez abból áll, hogy speciális szűrőkön keresztül választják el a ként az ásványoktól.
Ebben a cikkben kizárólag termikus módszerekkel foglalkozunk egy számunkra kétségtelenül fontos elem kinyerésére.
Olvadási folyamat
A kén olvasztása során a hőátadás vizsgálata fontos kérdés, mert ez az egyik leggazdaságosabb módja ennek az elemnek a kinyerésének. A fűtés során kombinálhatjuk a rendszer paramétereit, és ki kell számítanunk azok optimális kombinációját. Ebből a célból a hőátadás tanulmányozása és a kén olvasztási folyamat jellemzőinek elemzése történik. Ehhez a folyamathoz többféle telepítés létezik. A kénes olvasztó kazán az egyik ilyen. A keresett áru beszerzése ezzel a termékkel- csak egy segítő. Ma azonban van egy speciális berendezés - egy készülék a csomós kén olvasztására. Hatékonyan felhasználható a gyártás során nagy tisztaságú kén nagy mennyiségben történő előállítására.
A fenti célból 1890-ben feltaláltak egy olyan berendezést, amely lehetővé teszi a ként mélységben történő megolvasztását és cső segítségével a felszínre szivattyúzását. Kialakítása meglehetősen egyszerű és hatékony: két cső található egymásban. A 120 fokra túlhevített gőz (a kén olvadáspontja) kering a külső csövön keresztül. A belső cső vége eléri a szükséges elem lerakódásait. Vízzel melegítve a kén olvadni kezd és kijön. Minden nagyon egyszerű. A modern változatban a telepítés egy másik csövet tartalmaz: a cső belsejében van kén, és sűrített levegő áramlik át rajta, ami az olvadék gyorsabb felemelkedését eredményezi.
Több módszer létezik, és ezek közül az egyik eléri a kén olvadáspontját. Két elektródát leeresztenek a föld alá, és áramot vezetnek át rajtuk. Mivel a kén egy tipikus dielektrikum, nem vezet áramot, és nagyon felforrósodik. Így megolvad, és egy cső segítségével, mint az első módszernél, kiszivattyúzzák. Ha ként akarnak kénsavat előállítani, akkor azt a föld alatt felgyújtják és a keletkező gázt kivezetik. Tovább oxidálják kén-oxiddá (VI), majd feloldják vízben, így a végterméket kapják.
Elemeztük a kén olvadását, a kén olvadását és extrakciós módszereit. Itt az ideje, hogy megtudja, miért van szükség ilyen összetett módszerekre. Valójában a kén olvadási folyamatának elemzése éshőmérséklet-szabályozó rendszerre van szükség a jó tisztításhoz és az extrakciós végtermék hatékony felhasználásához. Hiszen a kén az egyik legfontosabb elem, amely életünk számos területén kulcsszerepet játszik.
Alkalmazás
Nincs értelme megmondani, hogy hol használják a kénvegyületeket. Könnyebb megmondani, hogy hol nem jelentkeznek. A kén megtalálható minden gumiban és gumitermékben, a lakásokba szállított gázban (ott szükség van a szivárgás azonosítására, ha előfordul). Ezek a leggyakoribb és legegyszerűbb példák. Valójában a kén alkalmazása számtalan. Mindet felsorolni egyszerűen irreális. De ha erre vállalkozunk, akkor kiderül, hogy a kén az egyik leglényegesebb elem az emberiség számára.
Következtetés
Ebből a cikkből megtudta, mi a kén olvadáspontja, miért olyan fontos számunkra ez az elem. Ha érdekli ez a folyamat és annak tanulmányozása, akkor valószínűleg tanult valami újat a maga számára. Például ezek lehetnek a kén megolvadásának jellemzői. A tökéletességnek mindenesetre nincs határa, az iparban lezajló folyamatok ismerete egyikünket sem zavarja majd. Önállóan folytathatja a kén és a földkéregben található egyéb elemek kinyerésének, kinyerésének és feldolgozásának technológiai bonyolultságának elsajátítását.
