для чего добывают серу
Технологии добычи серы и сфера применения
Сера — химический элемент с огромным количеством физико-химических свойств. Ее полезные свойства были известны еще в древности. Благодаря этому она востребована во многих отраслях.
Где может содержаться сера
В природе сера встречается в смешанном и в чистом виде. Самое большое ее содержание в рудах самородной серы, то есть с вкраплениями этого элемента. Они залегают в самом верху земной коры. Сера еще может находиться в соединении с магнием и кальцием. Один из источников получения этого элемента — железный колчедан. Сера в небольших количествах находится в полиметаллических рудах. Она может встречаться на территории, где есть вулканы. Также ее соединения присутствуют в растениях и в организмах животных.
Свойства серы
Физические
Сера — это кристалл. Она может быть в виде ромба и иметь светло-желтый цвет, а может быть в моноклинной форме с медово-желтым оттенком. Она не обладает запахом и вкусом, не растворяется в воде, но в сероуглероде и в аммиачном концентрате она хорошо растворяется. При температуре от 100 °С способна изменять свой цвет, а при достижении значения 190 °С сера становится вязкой, при 300 °С — жидкой.
Химические
Сера способна формировать сульфиды, окисляя различные металлы. При реакции с кислородом до температуры 280 °С создает оксиды. Активно взаимодействует с такими веществами, как углерод и фосфор как окислитель, но без присутствия воздуха во время процесса реакции. Как восстановитель она действует при реакции с веществами со сложной структурой и фтором. При соединении серы с щелочами образуются сульфиты и сульфиды.
Процесс добычи серы
Вещество в основном добывают в месторождениях, где есть богатые руды, в которых содержится более 25 %, и бедные, в которых присутствует до 12 % элемента. Существуют такие виды месторождений:
Месторождения серы найдены в Туркмении, Италии, ЮАР, Японии, США — на просторах Луизианы и Техаса, на территории России, а именно в Поволжском регионе и на Урале.
Добыча серы может происходить такими способами:
Метод подземного плавления, или Фраша, состоит в том, что плавка вещества перегретой водой около 180 °С происходит сразу же под землей. Этот вариант пригоден при глубоких залежах руды. Затем, после плавления, жидкую серу выкачивают наружу через специальную скважину.
Скважинный метод был впервые применен в США. На их территории обнаружили большие залежи серной руды, но не могли никак к ним подобраться. И ученый-химик Герман Фраш изобрел способ, как плавить руду под землей и выкачивать в последующем с помощью скважин.
Разделение руды с помощью центрифуги основан на разделении двух гетерогенных систем с помощью центробежных сил. Это очень затратный способ. Он дает серу с примесями, и после этого требуется процесс ее дополнительной очистки. Поэтому такой метод очень редко применяется.
Также в отдельных случаях применяются такие методы добычи:
Но независимо от того, как происходит получение серы, правила техники безопасности нужно строго соблюдать. В процессе добычи происходит выделение ядовитого и взрывоопасного газа — сероводорода.
Открытый метод
Открытый метод является наиболее часто используемым. Он состоит в том, что, в начале применяя шагающие экскаваторы, снимают большой пласт грунта с породой. Затем при помощи взрывов руда дробится. Эти мелкие кусочки и поступают для очистки на обогатительные фабрики. После они отправляют на производство, где руду выплавляют и получают чистую серу.
Сфера применения
С помощью серы изготавливают серную и сернистую кислоты. Чтобы получить 1 тонну кислоты, уходит около 300 кг серы. Ее наносят на спички и бенгальские огни. В сельском хозяйстве с ее помощью ведут борьбу с вредителями, а в медицине применяют в составе лекарств, например, она в большом количестве находится в серной мази. Сера идет на изготовление взрывчатых, красящих и светящихся веществ. Велика роль серы и в бумажном производстве. Чтобы произвести 1 тонну целлюлозы, нужно израсходовать больше 1 центнера серы.
В производстве это вещество применяют для:
Без серы и ее соединений не обходятся металлургия, машиностроение, пищевая отрасль, энергетика. В пищевой сфере используют сернистый ангидрид для того, чтобы продукция долгое время сохраняла свои первоначальные свойства. Им обрабатывают в основном сухофрукты. Также в качестве консервирующего вещества используют сульфит натрия. Это соединение еще широко применяется в составе проявителя и фиксирующего раствора в фотоиндустрии. А гидросульфит натрия применяют при производстве вина, так как он имеет антиокислительные свойства.
В текстильной промышленности сульфит натрия полезен при удалении хлора, который остается после отбеливания в тканях. Гидросульфит калия применяется как вещество, которое способно связать кислород, это нужно для защиты элементов от коррозии.
Применение серы в сельском хозяйстве и в горнохимической отрасли
Серу и ее соединения широко применяют в сельскохозяйственной промышленности. Она используется в качестве удобрений, так как это вещество очень полезно для роста и развития растений, сера увеличивает способность поглощения фосфора. Она применяется как ядохимикат для защиты от грызунов, насекомых и других вредителей. Ею опрыскивают урожай, чтобы избежать появления плесени и грибка. А оксидом серы окуривают многие зернохранилища, тем самым обеспечивают защиту от вредителей, живущих в амбарах.
Лидер среди потребления серы — горнохимическая промышленность. Для получения серной кислоты, которая широко применяется в химической отрасли, идет около половины всех добытых запасов вещества. Сера и серная кислота используются при изготовлении спичек, резины, каучука, пороха и других взрывчатых веществ. А очищенное вещество применяется для светящихся красок и составов. С помощью серы также производят сероуглерод, который очень хорошо растворяет жиры и жировые соединения. Сера нужна и для вискозного производства.
Соединения серы востребованы в нефтехимической отрасли. Они необходимы для процесса получения машинных масел, различных смазок для агрегатов, которые работают в условиях сверхвысокого давления, жидкостей для охлаждения металлов при их обработке.
Радиоактивный изотоп серы применяют, чтобы досконально изучить процесс эмульсионной полимеризации неопрена, для разработки аналитических способов раздела высших полимеров. Изотоп серы используют для исследования свойств полимеров, изучают диффузные свойства пластификаторов. Изотопом облучают полиамидное полотно, этим самым ему придают антистатичные и гидрофильные свойства.
Сера — важнейшее вещество в жизни человека. Она необходима практически во всех сферах деятельности человечества.
Для чего добывают серу
Чистая желтая сера
Сера — минерал из класса самородных элементов. Сера представляет собой пример хорошо выраженного энантиоморфного полиморфизма. В природе образует 2 полиморфные модификации: a-сера ромбическая и b-сера моноклинная. При атмосферном давлении и температуре 95,6°С a-сера переходит в b-серу. Сера жизненно необходима для роста растений и животных, она входит в состав живых организмов и продуктов их разложения, ее много, например, в яйцах, капусте, хрене, чесноке, горчице, луке, волосах, шерсти и т.д. Она присутствует также в углях и нефти.
СТРУКТУРА
Кристаллическая структура и две сингонии серы
Самородная сера обычно представлена a-серой, которая кристаллизуется в ромбической сингонии, ромбо-дипирамидальный вид симметрии. Кристаллическая сера имеет две модификации; одну из них, ромбическую, получают из раствора серы в сероуглероде (CS2) испарением растворителя при комнатной температуре. При этом образуются ромбовидные просвечивающие кристаллы светложелтого цвета, легко растворимые в CS2. Эта модификация устойчива до 96° С, при более высокой температуре стабильна моноклинная форма. При естественном охлаждении расплавленной серы в цилиндрических тиглях вырастают крупные кристаллы ромбической модификации с искаженной формой (октаэдры, у которых частично «срезаны» углы или грани). Такой материал в промышленности называется комовая сера. Моноклинная модификация серы представляет собой длинные прозрачные темножелтые игольчатые кристаллы, также растворимые в CS2. При охлаждении моноклинной серы ниже 96° С образуется более стабильная желтая ромбическая сера.
СВОЙСТВА
МОРФОЛОГИЯ
Образует усечённо-дипирамидальные, реже дипирамидальные, пинакоидальные или толстопризматические кристаллы, а также плотные скрытокристаллические, сливные, зернистые, реже тонковолокнистые агрегаты. Главные формы на кристаллах: дипирамиды (111) и (113), призмы (011) и (101), пинакоид (001). Также сростки и друзы кристаллов, скелетные кристаллы, псевдосталактиты, порошковатые и землистые массы, налёты и примазки. Для кристаллов характерны множественные параллельные срастания.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Сера образуется при вулканических извержениях, при выветривании сульфидов, при разложении гипсоносных осадочных толщ, а также в связи с деятельностью бактерий. Главные типы месторождений самородной серы — вулканогенные и экзогенные (хемогенно-осадочные). Экзогенные месторождения преобладают; они связаны с гипсо-ангидритами, которые под воздействием выделений углеводородов и сероводорода восстанавливаются и замещаются серно-кальцитовыми рудами. Такой инфильтрационно-метасоматический генезис имеют все крупнейшие месторождения. Самородная сера часто образуется (кроме крупных cкоплений) в результате окисления H2S. Геохимические процессы её образования существенно активизируются микроорганизмами (сульфатредуцирующими и тионовыми бактериями). Сопутствующие минералы — кальцит, арагонит, гипс, ангидрит, целестин, иногда битумы. Среди вулканогенных месторождений самородной серы главное значение имеют гидротермально-метасоматические (например, в Японии), образованные сероносными кварцитами и опалитами, и вулканогенно-осадочные сероносные илы кратерных озёр. Образуется также при фумарольной деятельности. Образуясь в условиях земной поверхности, самородная сера является всё же не очень устойчивой и, постепенно окисляясь, даёт начало сульфатам, гл. образом гипсу.
Используется в производстве серной кислоты (около 50% добываемого количества). В 1890 г. Герман Фраш предложил плавить серу под землёй и извлекать на поверхность через скважины, и в настоящее время месторождения серы разрабатывают главным образом путём выплавки самородной серы из пластов под землёй непосредственно в местах её залегания. Сера также в больших количествах содержится в природном газе (в виде сероводорода и сернистого ангидрида), при добыче газа она откладывается на стенках труб, выводя их из строя, поэтому её улавливают из газа как можно быстрее после добычи.
ПРИМЕНЕНИЕ
Сера входит в состав спичечной головки
Примерно половина производимой серы используется в производстве серной кислоты. Серу применяют для вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная — лекарственный препарат. Также сера в составе серобитумных композиций применяется для получения сероасфальта, а в качестве заместителя портландцемента — для получения серобетона. Сера находит применение для производства пиротехнических составов, ранее использовалась в производстве пороха, применяется для производства спичек.
Технологии добычи серы
Сера – это один из элементов, представленных в периодической таблице. Вещество отнесено в 16 группу, под третий период. Атомный номер серы – 16. В природе её можно встретить как в чистом виде, так и в смешанном. В химических формулах сера обозначается латинской буквой S. Она является элементом в составе многих белков и обладает большим числом физических и химических свойств, что делает её востребованной.
Физические и химические свойства серы
Основные физические свойства серы:
Основные химические особенности серы:
Где может содержаться сера в природе
Самородную серу в больших объёмах не так часто можно встретить в природе. Как правило, она содержится в определённых рудах. Порода с чистыми кристаллами серы называется рудой с серными вкраплениями.
От того, каким образом сформировались эти вкрапления в породе, напрямую, зависит дальнейшая ориентация разведывательных и поисковых работ. Но однозначного ответа на этот вопрос, человечество еще не нашло.
Есть множество разнообразных теорий по происхождению самородной серы в породах, но не одна не доказана полностью, так как явление образования этого элемента довольно сложное. К числу рабочих версий формирования серной руды отнесены:
Сфера применения
Сера используется для изготовления различных материалов, среди которых:
Для производства, одного автомобиля, необходимо затратить 14 кг этого вещества. Благодаря такому широкому спектру применения серы, можно смело утверждать о том, что производственный потенциал государства зависит от её запасов и потребления.
Львиная доля мировой разработки руды идёт на производство бумаги, так как соединения серы способствуют получению целлюлозы. Для производства 1 тонны этого сырья, необходимо израсходовать более 1-го центнера серы. Большие объёмы этого вещества необходимы для получения резины при вулканизации каучуков.
Применение серы в сельском хозяйстве и горнохимической отрасли
Сера как в чистом виде, так и в виде соединений широко применяется в сельском хозяйстве. Она есть в минеральных удобрениях и ядохимикатах. Сера полезна для растений, как фосфор, калий и другие вещества, хотя основная доля внесённого в грунт удобрения не усваивается ими, а способствует поглощению фосфора.
Поэтому сера добавляется в землю одновременно с фосфоритной мукой. Бактерии, находящиеся в почве, окисляют её и образуют серную и сернистую кислоты, которые реагируют с фосфоритами, образовывая фосфорные соединения, отлично усваиваемые растениями.
Горнохимическая промышленность является лидером среди потребителей серы. Около половины всего добываемого в мире ресурса отправляется на получение серной кислоты. Для производства одной тонны этого вещества, необходимо затратить 3 центнера серы. А серная кислота в химической промышленности сравнима с ролью воды для живого организма.
Серные соединения используются в нефтеперерабатывающей отрасли промышленности. Именно они нужны в процессе получения антидетонаторов, машинных масел и смазки для агрегатов сверхвысоких давлений, а также в охлаждающих жидкостях, ускоряющих обработку металлов, может входить до 18% серы.
Сера незаменима в горнодобывающей отрасли, текстильной промышленности и в производстве большого числа продуктов питания.
Месторождения серы
Месторождениями серы называются места скопления серной руды. Согласно данным исследований, мировые залежи серы равны 1,4 миллиардам тонн. На сегодня месторождения этих руд найдены в разных уголках планеты. В России – вблизи левых берегов Волги и на Урале, а ещё в Туркмении. Залежей руды много в США, а именно в Техасе и Луизиане. Месторождения кристаллической серы найдены, и по сей день разрабатываются в итальянских регионах Сицилия и Романье.
Серные руды классифицируются по процентному содержанию в них этого компонента. Таким образом, различаются богатые руды с содержанием серы – более 25% и бедные – до 12%. Ещё месторождения серы бывают:
Такая разновидность месторождений, как стратиформные, является самой популярной. В мировой добыче эти рудники занимают 60%. Особенностью таких месторождений является их связь с сульфатно-карбонатными залежами. Руды размещаются в сульфатных породах. Размеры серных тел могут достигать несколько сотен метров и обладать мощностью в несколько десятков метров.
Рудники солянокупольного типа – 35% от всей мировой разработки серы. Для них характерны серные руды серого цвета.
Доля вулканогенных рудников равна 5%. Они образовались вследствие извержений вулканов. Морфология рудных тел в таких месторождениях имеет пластообразный вид или линзовидную форму. В таких рудниках содержится порядка 40% серы. Залежи вулкогенного типа характерны для тихоокеанского вулканического пояса.
Кроме самородной серы, важным ископаемым, который содержит серу и её соединения, является железный колчедан или пирит. Большая часть мировой добычи колчедана приходится на страны Европы. Массовая доля серных соединений в пирите равна 80%. К лидерам по добыче руды относится Испания, ЮАР, Япония, Италия и Соединённые Штаты Америки.
Процесс добычи
Добыча серы производится одним из возможных методов, выбор, которого, зависит от типа месторождения. Добыча может быть открытой или подземной.
Открытая разработка серной руды является наиболее распространённой. Вначале процесса добычи серы этим способом производится снятие существенного слоя породного грунта экскаваторами. Затем выполняется дробление самой руды. Добытые части руды транспортируются на обогатительные фабрики, чтобы пройти процедуру очистки. После этого сера отправляется на производство, где выполняется её плавление и получение конечного вещества из концентратов.
Метод подземного плавления
Помимо этого, ещё может использоваться способ Фраша, который основан на подземной плавке серы. Такой подход целесообразно применять для глубоких залеганий вещества. После того как ископаемое было расплавлено в шахте, выполняется выкачка жидкой серы наружу. С этой целью устраиваются специальные скважины. Способ Фраша осуществим, только благодаря лёгкости плавления вещества и его относительно маленькой плотности.
Метод разделения руды на центрифугах
Его особенность заключается в одной негативной черте: сера, добытая посредством центрифуги, имеет множество примесей и нуждается в дополнительной очистке. Вследствие этого, такой способ считается довольно затратным.
Разработка руд в отдельных случаях может выполняться такими методами:
Независимо от того, каким подходом будет производиться добыча из земных недр, требуется чёткое соблюдение норм и правил техники безопасности. Главная опасность процесса разработки серной руды заключается в том, что в её залежах может скапливаться ядовитый и взрывоопасный сероводород.
Видео по теме: Сера в природе
Самородная сера — применение, свойства, особенности
Впервые увидев изумительной красоты кристаллы ярко-жёлтого, лимонного или медового цвета, можно ошибочно принять их за янтарь. Но это не что иное, как самородная сера.
Открытие самородной серы
Сера самородная существует на Земле с момента рождения планеты. Можно сказать, что она имеет внеземное происхождение. Известно, что этот минерал присутствует в больших количествах и на других планетах. Ио — спутник Сатурна, покрытый извергающимися вулканами, похож на огромный яичный желток. Значительная часть поверхности Венеры также покрыта слоем жёлтой серы.
Люди начали использовать её ещё до нашей эры, но точная дата открытия неизвестна.
Неприятный удушающий запах, возникающий при горении, принёс этому веществу дурную славу. Чуть ли не во всех религиях мира расплавленная сера, источающая невыносимое зловоние, ассоциировалась с адской преисподней, где грешники принимали жуткие мучения.
Древние жрецы, совершая религиозные обряды, применяли горящий серный порошок для общения с подземными духами. Считалось, что сера – порождение тёмных сил из потустороннего мира.
Описание смертоносных испарений встречается у Гомера. А знаменитый самовоспламеняющийся «греческий огонь», повергавший противника в мистический ужас, также имел в своём составе серу.
Греки добывали самородную серу на Сицилии и с помощью едкого состава чернили металл, отбеливали кожу и ткани, боролись с паразитами и плесенью.
В VIII веке китайцы применяли горючие свойства самородной серы при изготовлении пороха.
Арабские алхимики называли серу «отцом всех металлов» и создали оригинальную ртутно-серную теорию. По их мнению, сера присутствует в составе любого металла.
Позже французский физик Лавуазье, после проведения серии опытов по горению серы, установил её элементарную природу.
После открытия пороха и его распространения в Европе начали добывать самородную серу и разработали метод получения вещества из пирита. Впрочем, этот способ широко использовался ещё в древней Руси.
Происхождение самородной серы
В недрах нашей планеты содержание природной серы не менее 0,5%. В самородном виде её крупные залежи встречаются редко и внешне похожи на сюрреалистический пейзаж с картин Сальвадора Дали.
В некоторых рудах присутствуют вкрапления чистой серы. Откуда и как давно они появились? До сих пор учёные не пришли к единому выводу. Существует несколько версий:
Места добычи самородной серы
На материке Евразия вся сера (самородная) находится в поверхностном слое. Крупное Водинское месторождение расположено в Самарской области. Отсюда широкая полоса серосодержащей породы тянется по левому берегу Волги до Казани. В Челябинской области добывают серу, которая образовалась после окисления пирита.
Курильские острова и Камчатка – кладовая серы, образовавшейся после извержения вулканов. За рубежом серу активно добывают в США, Италии, Испании, на Гавайских островах, Сербии. Богатые залежи самородных кристаллов находятся в Прикарпатье, Польше, Узбекистане, Туркмении.
Физические и химические свойства самородной серы
Антуан Лавуазье был первым естествоиспытателем, детально изучившим свойства самородной серы. Оказалось, что сера хорошо кристаллизуется. После расплавления образуются игольчатые кристаллики. Охлаждаясь, они изменяют форму и объём, превращаясь в полупрозрачные агрегаты лимонного или янтарного цвета.
«Самородная» необычно ведёт себя при нагревании. Расплавленная до 119°С, а затем вылитая в холодную воду, она принимает вид пластичной массы, похожей на резину. Кристаллизация серы начнётся только через несколько суток.
При нагревании до высоких температур вязкость серной массы увеличивается. После 155°С происходит уплотнение, а при 187°С природная сера становится твёрдой. При дальнейшем нагреве до 300°С к сере возвращается текучесть, а достигнув 445°С, она вскипает, а затем переходит в газообразное состояние.
Обычно формулу серы записывают как «S». В зависимости от строения молекул это может быть «S8», кристаллические жёлтые агрегаты, или «S4» и «S6», коричневая пластическая масса.
Свойства кристалла самородной серы:
Цвет серного порошка обычно очень светлый, почти белый или соломенного оттенка. Примесь селена придаёт самородному минералу тёмно-коричневый окрас, мышьяк делает его ярко-красным.
Область применения самородной серы
Более 50% добываемой самородной серы расходуется на производство серной кислоты.
Помимо химической промышленности сера находит применение:
Самородная сера имеет низкую электропроводность, может входить в состав материала при производстве электрических изоляторов. Известно применение минерала в качестве теплоизолятора при строительстве сооружений.
Лечение самородной серой
В тканях человеческого тела присутствует до 0,25% серы от общей массы. Особенно велико её содержание в костно-мышечной системе, нервной ткани, желчи, коже, волосах.
Поэтому применение препаратов на основе соединений серы показано при таких заболеваниях, как:
Кроме этого сера улучшает выработку желчи, стимулирует мозговую активность, снимает воспаление, оказывает противоглистное действие.
Недостаток серы в организме можно восполнить с помощью коррекции питания. Больше всего содержание серы в пище животного происхождения: говядина, все молочные продукты, перепелиные и куриные яйца. Полезно включить в свой рацион морепродукты, гречневую и овсяную кашу. Среди овощей и фруктов стоит обратить внимание на богатые серой чеснок, репчатый лук, бобовые культуры, капусту, крыжовник.
» alt=»»>
Видео на тему:Сера самородная
Магические свойства самородной серы
С древних времён самородная сера ассоциировалась с колдовством и магией. Резкий неприятный запах, возникавший при горении, применяли для отпугивания тёмных сил.
Сера обладает способностью впитывать отрицательную энергию и поглощать негативные эмоции. Небольшой кусочек самородной серы стоит держать на рабочем месте и в своей квартире. Она поможет избежать конфликтов с коллегами и ссор в семье.
Минерал окажет благотворное влияние на раздражительных людей, склонных к агрессии, разрешит давние споры и поможет найти компромиссное решение.
У астрологов самородный минирал считается одним из трёх первичных веществ и символизирует вездесущий дух жизни. Являясь «отцом всех металлов», серный самородок связан одновременно со всеми знаками зодиака.
Для любителей минералогии кристалл самородной серы станет достойным украшением коллекции.