Rikki on yksi maankuoren yleisimmistä alkuaineista. Useimmiten sitä löytyy sen lisäksi metalleja sisältävien mineraalien koostumuksesta. Prosessit, jotka tapahtuvat, kun rikin kiehumispiste ja sulamispiste saavutetaan, ovat erittäin mielenkiintoisia. Analysoimme näitä prosesseja sekä niihin liittyviä vaikeuksia tässä artikkelissa. Mutta ensin sukeltakaamme tämän elementin löytämisen historiaan.
Historia
Alkuperäisessä muodossaan ja mineraalien koostumuksessaan rikki on tunnettu antiikista lähtien. Antiikin kreikkalaisissa teksteissä kuvataan sen yhdisteiden myrkyllistä vaikutusta ihmiskehoon. Tämän alkuaineen yhdisteiden palamisen aikana vapautuva rikkidioksidi voi todellakin olla tappava ihmisille. Noin 800-luvulla rikkiä alettiin käyttää Kiinassa pyroteknisten seosten valmistukseen. Ei ihme, sillä juuri tässä maassa ruudin uskotaan keksineen.
Jopa muinaisessa Egyptissä ihmiset tiesivät menetelmän kuparipohjaisen rikkipitoisen malmin pasuttamiseksi. Näin metalli louhittiin. Rikki pääsi ulos myrkyllisen kaasun muodossa SO2.
Vaikka se on ollut kuuluisa muinaisista ajoista lähtien, tieto siitä, mitä rikki on, tuli ranskalaisen luonnontieteilijän Antoinen työn ansiostaLavoisier. Hän totesi, että se on alkuaine ja sen palamistuotteet ovat oksideja.
Tässä on lyhyt historia ihmisten tutustumisesta tähän kemialliseen alkuaineeseen. Seuraavaksi puhumme yksityiskohtaisesti prosesseista, jotka tapahtuvat maan suolistossa ja johtavat rikin muodostumiseen siinä muodossa, jossa se nyt on.
Kuinka rikki syntyy?
Yleinen väärinkäsitys on, että tämä alkuaine löytyy useimmiten alkuperäisessä (eli puhtaassa) muodossaan. Tämä ei kuitenkaan ole aivan totta. Alkuperäinen rikki löytyy useimmiten sisällytettynä muihin malmiin.
Tällä hetkellä on olemassa useita teorioita alkuaineen alkuperästä sen puhtaimmassa muodossa. Ne viittaavat eroon rikin muodostumisajan ja malmien välillä, joissa se on. Ensimmäinen, syngeneesin teoria, olettaa rikin muodostumista yhdessä malmien kanssa. Hänen mukaansa jotkut meressä elävät bakteerit pelkistävät vedessä olevat sulfaatit rikkivetyksi. Jälkimmäinen puolestaan nousi ylös, missä se hapettui muiden bakteerien avulla rikiksi. Se putosi pohjalle, sekoittuneena lieteen, ja myöhemmin ne muodostivat yhdessä malmia.
Epigeneesiteorian ydin on, että malmissa oleva rikki muodostui myöhemmin kuin se itse. Täällä on useita sivukonttoreita. Puhumme vain tämän teorian yleisimmästä versiosta. Se koostuu tästä: pohjavesi, joka virtaa sulfaattimalmien kertymien läpi, on rikastettu niillä. Sitten öljy- ja kaasukenttien läpi kulkevat sulfaatti-ionit pelkistyvät rikkivetyksi hiilivetyjen vaikutuksesta. Pintaan nouseva rikkivety hapettuuilmakehän happi rikiksi, joka laskeutuu kiviin muodostaen kiteitä. Tämä teoria on viime aikoina löytänyt yhä enemmän vahvistuksia, mutta kysymys näiden muunnosten kemiasta on edelleen avoin.
Rikin syntyprosessista luonnossa, siirrytään sen muunnelmiin.
Allotropia ja polymorfismi
Rikki, kuten monet muutkin jaksollisen järjestelmän elementit, esiintyy luonnossa useissa muodoissa. Kemiassa niitä kutsutaan allotrooppisiksi modifikaatioiksi. Siellä on rombista rikkiä. Sen sulamispiste on jonkin verran alhaisempi kuin toisella modifikaatiolla: monokliininen (112 ja 119 celsiusastetta). Ja ne eroavat alkeissolujen rakenteesta. Rombinen rikki on tiheämpää ja vakaampaa. Se voi 95 asteeseen kuumennettaessa mennä toiseen muotoon - monokliiniseen. Elementillä, josta keskustelemme, on analogeja jaksollisessa taulukossa. Tiedemiehet keskustelevat edelleen rikin, seleenin ja telluurin polymorfismista. Heillä on hyvin läheinen suhde toisiinsa, ja kaikki niiden muodostamat muutokset ovat hyvin samank altaisia.
Ja sitten analysoimme rikin sulamisen aikana tapahtuvia prosesseja. Mutta ennen kuin aloitat, sinun pitäisi sukeltaa hieman teoriaan kidehilan rakenteesta ja ilmiöistä, joita esiintyy aineen faasisiirtymien aikana.
Mistä kristalli on tehty?
Kuten tiedätte, kaasumaisessa tilassa aine on molekyylien (tai atomien) muodossa, jotka liikkuvat satunnaisesti avaruudessa. nestemäisessä aineessasen osahiukkaset ovat ryhmiteltyjä, mutta niillä on silti melko suuri liikkumisvapaus. Kiinteässä aggregaatiotilassa kaikki on hieman erilaista. Tässä järjestysaste kasvaa maksimiarvoonsa ja atomit muodostavat kidehilan. Tietysti siinä on vaihteluita, mutta niillä on hyvin pieni amplitudi, eikä tätä voida kutsua vapaaksi liikkeeksi.
Jokainen kide voidaan jakaa alkuainesoluiksi - sellaisiksi peräkkäisiksi atomiyhdisteiksi, jotka toistuvat koko näyteyhdisteen tilavuudessa. Tässä on syytä selventää, että tällaiset solut eivät ole kidehilaa, ja tässä atomit sijaitsevat tietyn hahmon tilavuuden sisällä, eivät sen solmuissa. Jokaisen kiteen os alta ne ovat yksilöllisiä, mutta ne voidaan jakaa useisiin päätyyppeihin (syngoniaan) geometriasta riippuen: triklininen, monokliininen, rombinen, romboedrinen, tetragonaalinen, kuusikulmainen, kuutio.
Analysoidaan lyhyesti jokaista hilatyyppiä, koska ne on jaettu useisiin alalajeihin. Ja aloitetaan siitä, kuinka ne voivat erota toisistaan. Ensinnäkin nämä ovat sivujen pituuksien suhteita ja toiseksi niiden välistä kulmaa.
Trikliininen syngonia, alin kaikista, on siis alkeishila (rinnakkaiskuvaus), jossa kaikki sivut ja kulmat eivät ole yhtä suuria keskenään. Toinen niin sanotun syngonioiden alemman luokan edustaja on monokliininen. Tässä solun kaksi kulmaa ovat 90 astetta, ja kaikki sivut ovat eri pituisia. Seuraava alimpaan kategoriaan kuuluva tyyppi on rombinen syngonia. Siinä on kolme erilaista sivua, mutta kaikki kuvion kulmatovat 90 astetta.
Siirrytään keskiluokkaan. Ja sen ensimmäinen jäsen on tetragonaalinen syngonia. Tässä analogisesti on helppo arvata, että kaikki sen esittämän kuvan kulmat ovat yhtä suuret kuin 90 astetta, ja myös kaksi kolmesta sivusta ovat keskenään yhtä suuret. Seuraava edustaja on romboedrinen (trigonaalinen) syngonia. Täällä asiat muuttuvat hieman mielenkiintoisemmiksi. Tämä tyyppi määritellään kolmella yhtä suurella sivulla ja kolmella kulmalla, jotka ovat yhtä suuret mutta eivät suorat.
Keskiluokan viimeinen muunnelma on kuusikulmainen syngonia. Sen määritteleminen on vielä vaikeampaa. Tämä vaihtoehto on rakennettu kolmelle sivulle, joista kaksi on yhtä suuria ja muodostavat 120 asteen kulman, ja kolmas on niihin nähden kohtisuorassa tasossa. Jos otamme kuusikulmaisen syngonian kolme solua ja kiinnitämme ne toisiinsa, saadaan sylinteri, jossa on kuusikulmainen pohja (siksi sillä on sellainen nimi, koska "heksa" tarkoittaa latinaksi "kuusi").
No, kaikkien syngonioiden huippu, jolla on symmetria kaikkiin suuntiin, on kuutio. Hän on ainoa, joka kuuluu korkeimpaan kategoriaan. Täällä voit heti arvata, kuinka sitä voidaan luonnehtia. Kaikki kulmat ja sivut ovat yhtä suuret ja muodostavat kuution.
Olemme siis saaneet päätökseen syngonioiden pääryhmiä koskevan teorian analyysin, ja nyt kerromme tarkemmin erilaisten rikin muotojen rakenteesta ja siitä seuraavista ominaisuuksista.
Rikin rakenne
Kuten jo mainittiin, rikillä on kaksi muunnelmaa: rombinen ja monokliininen. Teoriaosion jälkeenVarmasti kävi selväksi, miten ne eroavat toisistaan. Mutta koko asia on, että lämpötilasta riippuen hilan rakenne voi muuttua. Koko asian ydin on siinä muutosprosessissa, joka tapahtuu, kun rikin sulamispiste saavutetaan. Sitten kidehila tuhoutuu täysin ja atomit voivat liikkua enemmän tai vähemmän vapaasti avaruudessa.
Mutta palataanpa rikin k altaisen aineen rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Kemiallisten alkuaineiden ominaisuudet riippuvat suurelta osin niiden rakenteesta. Esimerkiksi rikillä on kiderakenteen erityispiirteistä johtuen vaahdotusominaisuus. Sen hiukkaset eivät kastu veden vaikutuksesta, ja niihin kiinnittyneet ilmakuplat vetävät ne pintaan. Siten rikkipala kelluu, kun se upotetaan veteen. Tämä on perusta joillekin menetelmille tämän elementin erottamiseksi samank altaisten seoksesta. Ja sitten analysoimme tärkeimmät menetelmät tämän yhdisteen uuttamiseksi.
Tuotanto
Rikkiä voi esiintyä eri mineraalien kanssa ja siksi eri syvyyksissä. Tästä riippuen valitaan erilaisia uuttomenetelmiä. Jos syvyys on matala eikä maan alla ole kaivostoimintaa häiritseviä kaasukertymiä, materiaali louhitaan avoimella menetelmällä: kivikerrokset poistetaan ja rikkiä sisältävän malmin löydettäessä ne lähetetään prosessoitavaksi. Mutta jos nämä ehdot eivät täyty ja on olemassa vaaroja, käytetään porausreikämenetelmää. Sen on saavutettava rikin sulamispiste. Tätä varten käytetään erityisiä asennuksia. Laite rikin sulattamiseksi tässä menetelmässä on yksinkertaisesti välttämätön. Mutta tästä prosessista - vähänmyöhemmin.
Yleensä rikkiä millä tahansa tavalla uutettaessa on olemassa suuri myrkytysriski, koska siihen kertyy useimmiten rikkivetyä ja rikkidioksidia, jotka ovat erittäin vaarallisia ihmisille.
Ymmärtääksemme paremmin tietyn menetelmän haittoja ja etuja, tutustu rikkipitoisen malmin käsittelymenetelmiin.
Uuto
Tässäkin on useita temppuja, jotka perustuvat rikin täysin erilaisiin ominaisuuksiin. Niitä ovat lämpö-, uutto-, höyry-vesi-, keskipako- ja suodatus.
Todellisimmat niistä ovat lämpö. Ne perustuvat siihen, että rikin kiehumis- ja sulamispisteet ovat alhaisemmat kuin niiden malmien, joihin se "liittyy". Ainoa ongelma on, että se kuluttaa paljon energiaa. Lämpötilan ylläpitämiseksi osa rikistä jouduttiin polttamaan. Yksinkertaisuudestaan huolimatta tämä menetelmä on tehoton, ja tappiot voivat olla ennätykselliset 45 prosenttia.
Seuraamme historiallisen kehityksen haaraa, joten siirrymme höyry-vesi-menetelmään. Toisin kuin lämpömenetelmiä, näitä menetelmiä käytetään edelleen monissa tehtaissa. Kummallista kyllä, ne perustuvat samaan ominaisuuteen - eroon rikin kiehumispisteessä ja sulamispisteessä vastaavien metallien vastaaviin. Ainoa ero on siinä, miten lämmitys tapahtuu. Koko prosessi tapahtuu autoklaaveissa - erikoisasennuksissa. Siellä toimitetaan rikastettua rikkimalmia, joka sisältää jopa 80 % louhitusta alkuaineesta. Sitten kuumaa vettä pumpataan paineen alaisena autoklaaviin.höyryä. Lämpenee 130 celsiusasteeseen rikki sulaa ja poistuu järjestelmästä. Tietenkin jää jäljelle ns. pyrstö - vedessä kelluvia rikkihiukkasia, jotka muodostuvat vesihöyryn tiivistymisen seurauksena. Ne poistetaan ja laitetaan takaisin prosessiin, koska ne sisältävät myös paljon tarvitsemaamme elementtiä.
Yksi nykyaikaisimmista menetelmistä - sentrifugi. Muuten, se on kehitetty Venäjällä. Lyhyesti sanottuna sen ydin on, että sen mukana tuleva rikin ja mineraalien seoksen sula upotetaan sentrifugiin ja pyörii suurella nopeudella. Raskaampi kivi pyrkii poispäin keskustasta keskipakovoiman vaikutuksesta, kun taas rikki itse pysyy korkeampana. Sitten tuloksena olevat kerrokset yksinkertaisesti erotetaan toisistaan.
On olemassa toinen menetelmä, jota käytetään myös tuotannossa tähän päivään asti. Se koostuu rikin erottamisesta mineraaleista erityisten suodattimien avulla.
Tässä artikkelissa tarkastelemme yksinomaan lämpömenetelmiä meille epäilemättä tärkeän elementin poistamiseksi.
Sulamisprosessi
Lämmönsiirron tutkiminen rikin sulamisen aikana on tärkeä asia, koska tämä on yksi taloudellisimmista tavoista erottaa tämä alkuaine. Voimme yhdistää järjestelmän parametreja lämmityksen aikana, ja meidän on laskettava niiden optimaalinen yhdistelmä. Tätä tarkoitusta varten suoritetaan lämmönsiirron tutkimus ja rikin sulatusprosessin ominaisuuksien analyysi. Tätä prosessia varten on useita asennustyyppejä. Rikin sulatuskattila on yksi niistä. Löydät etsimäsi tuotteen tällä tuotteella- vain apulainen. Nykyään on kuitenkin olemassa erityinen asennus - laite rikin sulattamiseen. Sitä voidaan käyttää tehokkaasti tuotannossa erittäin puhtaan rikin tuottamiseen suuria määriä.
Yllä olevaa tarkoitusta varten keksittiin vuonna 1890 laitteisto, jonka avulla rikki voidaan sulattaa syvällä ja pumpata pinnalle putken avulla. Sen suunnittelu on melko yksinkertainen ja tehokas toiminnassa: kaksi putkea sijaitsevat toisissaan. 120 asteeseen tulistettu höyry (rikin sulamispiste) kiertää ulkoputken läpi. Sisäputken pää saavuttaa tarvitsemamme elementin kerrostumat. Veden kuumennettaessa rikki alkaa sulaa ja tulla ulos. Kaikki on melko yksinkertaista. Nykyaikaisessa versiossa asennuksessa on toinen putki: se on putken sisällä, jossa on rikkiä, ja sen läpi virtaa paineilma, mikä saa sulatteen nousemaan nopeammin.
On olemassa useita muita menetelmiä, ja yksi niistä saavuttaa rikin sulamispisteen. Kaksi elektrodia lasketaan maan alle ja niiden läpi johdetaan virta. Koska rikki on tyypillinen eriste, se ei johda virtaa ja alkaa kuumentua hyvin. Siten se sulaa ja putken avulla, kuten ensimmäisessä menetelmässä, se pumpataan ulos. Jos he haluavat lähettää rikkiä rikkihapon tuotantoon, se sytytetään tuleen maan alla ja tuloksena oleva kaasu poistetaan. Se hapetetaan edelleen rikkioksidiksi (VI) ja liuotetaan sitten veteen, jolloin saadaan lopputuote.
Olemme analysoineet rikin sulamista, rikin sulamista ja sen uuttamismenetelmiä. Nyt on aika selvittää, miksi niin monimutkaisia menetelmiä tarvitaan. Itse asiassa rikin sulamisprosessin analyysi jalämpötilan säätöjärjestelmää tarvitaan, jotta voidaan puhdistaa hyvin ja levittää tehokkaasti uuton lopputuotetta. Loppujen lopuksi rikki on yksi tärkeimmistä alkuaineista, jolla on avainrooli monilla elämämme alueilla.
Hakemus
Ei ole mitään järkeä sanoa, missä rikkiyhdisteitä käytetään. On helpompi sanoa, missä ne eivät sovellu. Rikkiä löytyy mistä tahansa kumista ja kumituotteista, koteihin toimitettavasta kaasusta (siellä sitä tarvitaan vuodon havaitsemiseksi, jos sellainen ilmenee). Nämä ovat yleisimmät ja yksinkertaisimmat esimerkit. Itse asiassa rikin käyttökohteita on lukemattomia. Niiden kaikkien luetteleminen on yksinkertaisesti epärealistista. Mutta jos ryhdymme siihen, käy ilmi, että rikki on yksi ihmiskunnan tärkeimmistä alkuaineista.
Johtopäätös
Tästä artikkelista opit, mikä on rikin sulamispiste ja miksi tämä alkuaine on meille niin tärkeä. Jos olet kiinnostunut tästä prosessista ja sen opiskelusta, olet todennäköisesti oppinut jotain uutta itsellesi. Nämä voivat olla esimerkiksi rikin sulamisen piirteitä. Joka tapauksessa täydellisyydellä ei ole rajaa, eikä teollisuuden prosessien tuntemus häiritse meitä ketään. Voit jatkaa itsenäisesti rikin ja muiden maankuoren sisältämien alkuaineiden t alteenoton, uuttamisen ja prosessoinnin teknologisten hienouksien hallintaa.
