В восточной части острова Ява, что находится в Индонезии, есть удивительное по красоте, но очень опасное по своей природе место – это вулкан Kawah Ijen. Вулкан находится на высоте около 2400 метров над уровнем море, диаметр его кратера 175 метров, а глубина – 212 метров. В его жерле расположено, наверное, самое странное и пугающее озеро прекрасного яблочно-изумрудного цвета, в котором рискнет искупаться разве что Терминатор, поскольку вместо воды в нем серная кислота. А точнее сказать – смесь серной и соляной кислоты объемом 40 млн. тонн.
Известный французский фотограф Оливье Грюневальда недавно совершил несколько путешествий в серные рудники в кратере вулкана Kawaha Ijen, находящегося в Восточной Яве, Индонезия. Там он сделал при помощи специального оборудования захватывающие сюрреалистичные фотографии этого места в лунном свете, освещенного факелами и синем пламенем горящей расплавленной серы.
Спуск в кальдеру вулкана Kawaha Ijen, где находится озеро с серной кислотой шириной в километр. На его берегах добывают серу
Каждый литр этой смертельной жижи содержит дополнительно по 5 грамм расплавленного алюминия. Всего же в озере по приблизительным подсчетам содержится более 200 тонн алюминия. На поверхности озерца температура колеблется в районе 60 градусов, а на его дне и все 200!
Кислые газы и пар выделяются из желтоватых кусков серы
Чтобы люди могли представить всю опасность озера для жизней своих, был проведен эксперимент. В озеро на 20 минут опустили лист алюминия, уже при погружении он стал покрываться пузырями, а по прошествии всего времени, алюминиевый лист стал тонким, словно кусок ткани.
Рабочий отламывает кусок от твердой серы. Потом серу несут на станцию взвешивания.
Однако озеро и сам кратер вулкана Kawah Ijen используется не для привлечения туристов, а для добычи серы в весьма неблагоприятных для человека условиях. А серы в этом кратере несметное количество, но поскольку это все же ЮВА, то полностью используется ручной труд.
Ночь. Шахтер с факелом находится внутри кратера вулкана Ijen Kawaha, глядя на поток жидкой серы, светящийся сверхъестественным голубым цветом.
Рабочие – местные жители без каких-либо защитных костюмов и противогазов, а вдыхать запах серы то еще отвращение, добывают куски серы день и ночь, используя при этом лишь свои ничем незащищенные руки и платок, повязанный на лице для защиты рта и носа.
Шахтеры трудятся здесь в адских условиях во время добычи серы. Фотограф Оливье Грюневальда описал здешний запах как невыносимый, требующий маску или противогаз для техники безопасности. Некоторые из горняков их носят, остальные работают без них.
Шахтеры с ломами, которыми откалывают куски серы:
Рабочий укладывает куски серы в корзины, чтобы выносить ее из вулкана:
Вам кажется это все нарисовано? Посмотрите видео:
Поверили?
Эти причудливые формы образовались из потока жидкой серы внутри кратера вулкана Kawaha Ijen. Когда сера расплавленная, она имеет кроваво-красный цвет. По мере охлаждения она становится все более и более желтой
Расплавленная сера капает из керамической трубы, которая конденсирует серные газы от вулкана в жидкость. Потом она остывает, затвердевает, и ее добывают рабочие
Шахтер дошел до пункта назначения со своим грузом. Шахтеры делают два или три ходки за серой в день, получая за свой тяжелый труд около $ 13 США за смену
Механизм для начальной переработки серы, где большие куски разбиваются на более мелкие
Затем куски серы помешаются над огнем, и она снова расплавляется
Расплавленная сера разливается по емкостям
Последний этап этогопроцесса - распределение жидкой серы на плитах для охлаждения. Когда она охладится и превратится в серные листы, они отправляются на местные местные заводы по вулканизации резины и других промышленные объекты
Фотограф Оливье Грюневальда: «Ощущение такое, что находишься на другой планете». Грюневальд потерял одну камеру и два объектива в суровых условиях кратера. Когда съемки были закончены, он выбросил все свои вещи в мусор: серный запах был настолько сильным, что от него невозможно будет избавиться.
А теперь дневной репортаж из этой шахты:
Индонезийский шахтер несет серу из Ijen 24 мая 2009 в окресностях Banyuwangi, Восточная Ява, Индонезия.
Заполненное кислотой озеро внутри кратера вулкана Ijen 200 метров в глубину и километр в ширину. Фото сделано 24 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия. Озеро наполняется раствором серной кислоты и хлористого водорода при температуре 33 Сº.
Работник ремонтирует трубы, в которых, конденсируются сернистые газы. Комплекс вулкана Ijen 24 мая 2009 в окресностях Banyuwangi, Восточная Ява, Индонезия.
Шахтер извлекает серу из трубы на кратере вулкана Ijen 24 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия. Расплавленная сера вытекает из труб глубокого красного цвета, и по мере охлаждения постепенно становится желтой и затвердевает.
Работники чинят трубы, в которых, конденсируются сернистые газы. Комплекс вулкана Ijen 24 мая 2009 в окресностях Banyuwangi, Восточная Ява, Индонезия.
Шахтер извлекает серу из трубы у кратера вулкана Ijen 24 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия.
На этом фото, сделанном через сегмент запасной керамической трубы, работники ремонтируют большую трубу для конденсации серы. Комплекс вулкана Ijen 24 мая 2009 в окресностях Banyuwangi, Восточная Ява, Индонезия.
Кусок серы добываемой из вулкана Ijen. Фото сделано 24 мая 2009 год, Восточная Ява, Индонезия.
Шахтер извлекает серу из трубы на кратер вулкана Ijen 24 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия.
Загруженные серой корзины, готовые к тому, чтобы их несли вверх по крутым стенам кратера, а затем до станции взвешивания. 24 мая 2009.
Шахтер приближается к верхней части стены кратера по исхоженной тропе, ведущей к вулкану Kawah Ijen 25 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия.
На фото видно, как тяжела ноша – вес ее может доходить до 70кг - это заметно по сжатой коже и мышцам шахтера, который несет серу на станцию взвешивания 25 мая 2009.
Шахтер показывает болячки и шрамы от переноски серы из вулкана Ijen, 24 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия.
Шахтер доходит до станции взвешивания и вешает свой груз серы на весы. 25 мая 2009 года в Восточной Яве, Индонезия.
Шахтер отдыхает на базовом лагере, который называется «Лагерь Sulfutara». 24 мая 2009 года в Индонезии.
И других отраслей промышленности.
В России умели добывать "серу горючую" из сероводородных ключей в ряде мест Северного края. В середине 17 века в Самарском и Казанском Поволжье были открыты месторождения самородной серы. её в незначительных количествах велась со времён Петра I. К началу 20 в. её производство прекратилось, и с 1911 Россия импортировала серу из других стран. В 1913 в страну было ввезено 26 тысяч т серы.
Около 50% всех запасов могут разрабатываться открытым способом с последующим обогащением и выплавкой серы из концентратов . Остальные запасы пригодны для отработки методом ПВС. Разрабатываемые месторождения: Язовское, Немировское, Роздольское, Подорожненское, Загайпольское в Предкарпатье, Водинское в Среднем Поволжье, Гаурдакское в Средней Азии. Наиболее крупные предприятия по переработке природной серы — Роздольское и Яворовское производственные объединения и Гаурдакский серный завод.
Природную серу получают комбинированным методом (автоклавным или безреагентным) при выплавке её из концентрата при серных руд. При открытой добыче технологическая схема обогащения серных руд включает: , тонкое измельчение в водной среде и флотацию (подробно см. Сера самородная). Общее извлечение серы при комбинированном методе 82-86%. Коэффициент извлечения серы из при подземной выплавке 40%. Глубина разработки от 120 до 600 м, иногда более.
Серу техническую газовую получают из сероводорода и сернистого ангидрида при очистке природного и попутных газов, газов нефтеперерабатывающей промышленности и цветной металлургии. Сероводород из газов выделяют абсорбционными методами. Получение серы из газов (из сернистого ангидрида и др.) осуществляется путём восстановления его , углём и т.п. Существует много технологических схем и режимов, эффективность которых зависит в основном от содержания серосодержащих соединений в перерабатывающем сырье.
Попутную серу получают из газов и , газы которых содержат до 27% .
Основными видами продукции, получаемой из природной и газовой серы, являются комовая и жидкая сера. ГОСТ 127-76 "Сера техническая" предусматривает также выпуск гранулированной, молотой и чешуированной серы. Указанный ГОСТ определяет производство 4 сортов природной серы (содержание серы от 99,2 до 99,95%) и 3 сортов газовой серы (от 99 до 99,98%). Для каждого сорта установлены нормы массовой доли различных примесей (%): золы 0,05-0,4, кислоты 0,002-0,002, органического вещества 0,01-0,5, влаги 0,1-1, мышьяка до 0,005 и др.
Управление отраслью по производству природной серы осуществляет Всесоюзное объединение "Союзсера" . В ведении объединения находится отраслевой институт ВНИПИсера, Роздольское и Яворовское ПО, а также Гаурдакский и Куйбышевский серные заводы. Предприятия по производству попутной серы находятся в подчинении в основном министерств газовой, нефтеперерабатывающей промышленности, цветной металлургии.
В социалистических странах серная промышленность развита в , и (подробнее см. раздел "Горная промышленность" в статьях об этих странах).
Добыча и выпуск серы ведется примерно в 60 промышленно развитых капиталистических и развивающихся странах. До начала 50-х гг. 20 в. её получали из самородных руд, из пирита в качестве основного и из руд сернистых металлов в качестве побочного продуктов. В 50-60-е гг. широко распространяется технология получения серы при очистке природного газа. Подобную технологию начали применять и при переработке нефти, что привело к значительному росту масштабов извлечения серы из газов при крекинге нефти. Основным продуктом является элементарная сера. Ведущими производителями серы являются страны, осуществляющие широкомасштабную добычу природного газа и нефти или обладающие крупными запасами самородной серы, которую добывают в зависимости от условий залегания открытым способом или скважинным методом. Бедные руды предварительно обогащают. Для извлечения серы из богатых руд и концентратов в промышленности применяют комбинированный метод. Для глубоко залегающих богатых серных руд используют метод подземной выплавки.
Среди промышленно развитых капиталистических и развивающихся стран наиболее крупные месторождения самородной серы находятся в , . Суммарное производство серы всех видов в этих странах в 1986 превысило 36,7 млн. т, причём большая часть общего производства приходится на промышленно развитые капиталистические страны (табл.).
Около 51 % всей серы было произведено в США и . В США производство серы в 1986 составило около 12 млн. т, из них около 5,8 млн. т — элементарная восстановленная сера, полученная при переработке нефти, из природных и коксовых газов, 4 млн. т — самородная сера, добытая скважинным методом, и 1,1 млн. т — сера, содержащаяся в серной кислоте, полученной в качестве побочного продукта при металлургическом переделе цветных металлов, а также в пирите, сернистом ангидриде и сероводороде.
В Канаде серу получают преимущественно при очистке природного газа и крекинге нефти (87%), а также из пиритовых концентратов и др.
Третье место по производству серы занимает Япония: 2,5 млн. т в 1986, из них около 1,2 млн. т было получено в качестве побочной продукции металлургического производства, 1 млн. т при рафинировании природного газа и крекинге нефти и 0,2 млн. т из .
Добыча самородной серы в промышленно развитых капиталистических и развивающихся странах в 1986 составила 6,2 млн. т; с начала 80-х гг. уровень добычи постоянно сокращается. Она добывается в основном в США, Мексике, Ираке, Чили.
Пирит является важным ископаемым видом серосодержащего сырья, добыча которого так же, как и самородной серы, имеет тенденцию к сокращению. В 1985 мировая добыча пирита (без социалистических стран) составила 4,2 млн. в пересчёте на серу, большая часть добычи приходилась на страны Западной Европы. Основные производители — (30% всей добычи), США, Италия.
Основные экспортёры серы — Канада, США, Мексика и Франция, однако возрастает конкуренция со стороны нефтедобывающих государств Ближнего и Среднего Востока. Свыше 1/2 экспорта промышленно развитых капиталистических и развивающихся стран приходится на гранулированную серу (основной поставщик — Канада), около 35% на жидкую (Канада и Мексика), остальное — на комовую.
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:
- Твердокристаллический состав (ромбическая форма со светло-жёлтой окраской и моноклинная форма, отличающаяся медово-желтой окраской).
- Изменение цвета при повышении температуры от 100°С.
- Температура, при которой элемент переходит в жидкое агрегатное состояние – 300°С.
- Обладает низкой теплопроводностью.
- Не растворяется в воде.
- Легко растворяется в аммиачном концентрате и в сероуглероде.
Основные химические особенности серы:
- Является окислителем для металлов, формирует сульфиды.
- Активно взаимодействует с водородом при температурах – до 200°С.
- Формирует оксиды при взаимодействии с кислородом при температурах – до 280°С.
- Хорошо взаимодействует с фосфором, углеродом в качестве окислителя, а ещё с фтором и другими сложными веществами как восстановитель.
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:
- теория сингенеза: одновременное происхождение серы с вмещающими породами;
- теория эпигенеза: образование серы позднее основных пород;
- теория метасоматоза: один из подвидов теории эпигенеза, заключается в превращении гипса и ангидрида в серу.
Сфера применения
Сера используется для изготовления различных материалов, среди которых:
- бумага и спички;
- краски и ткани;
- лекарственные препараты и косметика;
- резина и пластик;
- горючие смеси;
- удобрения;
- взрывчатка и яды.
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.
Существенные объёмы серы и серной кислоты необходимы в производстве взрывчатки и . Очищенное от всяческих добавок вещество необходимо в производстве красителей и светящихся составов.
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, и в производстве большого числа продуктов питания.
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:
Нахождение серы в природе
- стратиформными;
- солянокупольными;
- вулканогенными.
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:
- пароводяной;
- скважинный;
- фильтрационный;
- экстракционный;
- термический.
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.
Сера (Sulfur) является элементом периодической системы химических элементов и относится к группе халькогенов. Данный элемент является активным участником образования многих кислот и солей. Водородные и кислотные соединения содержат серу, как правило, в составе различных ионов. Большое количество солей, в состав которых входит сера, практически не растворяются в воде.
Сера в природе является достаточно распространенным элементом. По своему химическому содержанию в земной коре ей присвоен шестнадцатый номер, по нахождению в водоемах - шестой. Она может встречаться как в свободном, так и в связанном состоянии.
К наиболее важным природным минералам элемента относятся: железный колчедан (пирит) - FeS 2 , цинковая обманка (сфалерит) - ZnS, галенит - PbS, киноварь - HgS, антимонит - Sb 2 S 3 . Также шестнадцатый элемент периодической системы встречается в составе нефти, природного угля, природных газов, а также сланцев. Нахождение серы в водной среде представляется сульфат-ионами. Именно ее наличие в пресной воде является причиной постоянной жесткости. Также она является одним из важнейших элементов жизнедеятельности высших организмов, является частью структуры многих белков, а также концентрируется в волосах.
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Свойства атома | |
| Название, символ, номер | Сера / Sulfur (S), 16 |
| Атомная масса (молярная масса) | [комм. 1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | 3s2 3p4 |
| Радиус атома | 127 пм |
| Химические свойства | |
| Валентный радиус | 102 пм |
| Радиус иона | 30 (+6e) 184 (-2e) пм |
| Электроотрицательность | 2,58 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | 0 |
| Степень окисления | +6, +4, +2, +1, 0, -1, −2 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 999,0 (10,35) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 2,070 г/см³ |
| Температура плавления | 386 К (112,85 °С) |
| Температура кипения | 717,824 К (444,67 °С) |
| Уд. теплота плавления | 1,23 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 10,5 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 22,61 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 15,5 см³/моль |
|
Кристаллическая решётка простого вещества |
|
| Структура решётки | орторомбическая |
| Параметры решётки | a=10,437 b=12,845 c=24,369 Å |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 0,27 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7704-34-9 |
Серная руда
Нельзя сказать о том, что свободное состояние серы в природе является частым явлением. Самородная сера встречается довольно редко. Зачастую она является одной из составляющих некоторых руд. Серной рудой называется порода, в состав которой входит самородная сера. Серные вкрапления в породах могут образовываться вместе с сопутствующими породами или позже них. Время их образования влияет на направление поисковых и разведочных работ. Специалисты выделяют несколько теорий образования серы в рудах.
- Теория сингенеза. Согласно данной теории сера и вмещающие породы были образованы одновременно. Местом их формирования были мелководные бассейны. Сульфаты, содержащиеся в воде, с помощью особых бактерий были восстановлены до сероводорода. Далее происходило его поднятие вверх до окислительной зоны, в которой сероводород окислялся до элементарной серы. Она опускалась на дно, оседая в иле, который через время превращался в руду.
- Теория эпигенеза, которая утверждает, что образование вкраплений серы происходило позже основных пород. В соответствии с данной теорией считается, что происходило проникновение подземных вод в толщи пород, в результате чего воды обогащалась сульфатами. Далее данные воды соприкасались с месторождениями нефти или газа, что приводило к восстановлению ионов сульфатов с помощью углеводородов до сероводорода, который, поднимаясь к поверхности и окисляясь, выделял самородную серу в пустотах и трещинах пород.
- Теория метасоматоза. Данная теория является одной из подвидов теории эпигенеза. В настоящее время она все чаще находит подтверждения. Ее суть заключается в превращении гипса (CaSO 4 -H 2 O) и ангидрита (CaSO 4) в серу и кальцит (СаСО 3-). Теорию предложили два ученых Миропольский и Кротов еще в первой половине двадцатого века. Спустя несколько лет было найдено месторождение Мишрак, которое подтверждало образование серы именно таким путем. Однако, до настоящего времени остается неясным сам процесс превращения гипса в серу и кальцит. В связи с этим, теория метасоматоза не является единственно правильной. Кроме этого, сегодня на планете есть озера, имеющие сингенетические отложения серы, однако, в иле не обнаружены гипс или ангидрит. К таким озерам относится Серное озеро, расположенное вблизи Серноводска.
Таким образом, однозначной теории происхождения серных вкраплений в рудах не существует. Образование вещества во многом зависит от условий и явлений, протекающих в земных недрах.
Месторождения серы
Сера добывается в местах локализации серной руды - месторождениях. По некоторым данным, мировые запасы серы составляют порядка 1,4 миллиардов тонн. На сегодняшний день месторождения серы найдены во многих уголках Земли - в Туркмении, в США, Поволжье, вблизи левых берегов Волги, которые пролегают от Самары и т.д. Иногда полоса породы может распространяться на несколько километров.
Большими серными запасами славятся Техас и Луизиана. Отличающиеся своей красотой серные кристаллы также располагаются в Романье и Сицилии (Италия). Родиной моноклинной серы считается остров Вулькано. Также залежами шестнадцатого элемента периодической системы Менделеева славится Россия, в частности Урал.
Серные руды классифицируются в соответствии с количеством содержащейся в них серы. Так, среди них различают богатые руды (от 25% серы) и бедные (около 12% вещества). Серные месторождения, в свою очередь, распределяются по следующим типам:
- Стратиформные месторождения (60%). Данный тип месторождений связан с сульфатно-карбонатными толщами. Рудные тела располагаются непосредственно в сульфатных породах. Они могут достигать в размере сотен метров и иметь мощность в несколько десятков метров;
- Солянокупольные месторождения (35%). Для данного типа характерны серные залежи серого цвета;
- Вулканогенные (5%). К этому типу относятся месторождения, образованные вулканами молодой и современной структуры. Форма рудного элемента, залегающего в них, пластообразная или линзовидная. Такие месторождения могут содержать порядка 40% серы. Они характерны для Тихоокеанского вулканического пояса.
Добыча серы
Сера добывается одним из нескольких возможных способов, выбор которого зависит от условий залегания вещества. Основными являются всего два - открытый и подземный.
Открытый способ добычи серы является наиболее популярным. Весь процессы добычи вещества данным способом начинается со снятия значительного количества породы экскаваторами, после чего происходит дробление самой руды. Полученные рудные глыбы транспортируются на фабрику для дальнейшего обогащения, после чего отравляются на предприятие, где происходит плавка серы и получения вещества из концентратов.
Кроме этого, также иногда применяется метод Фраша, который заключается в выплавке серы еще под землей. Данный способ целесообразно использоваться в местах глубокого залегания вещества. После расплавки под землей, происходит выкачивание вещества наружу. Для этого формируются скважины, являющиеся основным инструментом для выкачки расплавленного вещества. Метод основан на легкости плавления элемента и небольшой его плотности.
Существует также метод разделения на центрифугах. Однако, он отличается своим одним большим недостатком, основанным на том, что сера, полученная с помощью такого метода, имеет много примесей и требует дополнительной очистки. В результате, метод считается достаточно затратным.
Кроме указанных методов добыча серы в отдельных случаях может также производиться:
- скважинным методом;
- пароводяным методом;
- фильтрационным методом;
- термическим методом;
- экстракционным методом.
Стоит отметить, что вне зависимости от метода, используемого во время извлечения вещества из земных недр, необходимо особое внимание уделять технике безопасности. Это связано с присутствием вместе с залежами серы сероводорода, который является ядовитым для человека и способен воспламеняться.
Серные руды добывают разными способами - в зависимости от условий залегания. Но в любом случае приходится уделять много внимания технике безопасности. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов - соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности ее самовозгорания.
Добыча руды открытым способом происходит так. Шагающие экскаваторы снимают пласты пород, под которыми залегает руда. Взрывами рудный пласт дробят, после чего глыбы руды отправляют на обогатительную фабрику, а оттуда - на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу. Методы извлечения различны. О некоторых из них будет рассказано ниже. А здесь уместно кратко описать скважинный метод добычи серы из-под земли, позволивший Соединенным Штатам Америки и Мексике стать крупнейшими поставщиками серы.
В конце прошлого века на юге Соединенных Штатов были открыты богатейшие месторождения серной руды. Но подступиться к пластам было непросто: в шахты (а именно шахтным способом предполагалось разрабатывать месторождение) просачивался сероводород и преграждал доступ к сере. Кроме того, пробиться к сероносным пластам мешали песчаные плавуны. Выход нашел химик Герман Фраш, предложивший плавить серу под землей и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать ее на поверхность. Сравнительно невысокая (меньше 120°C) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890 г. начались испытания, приведшие к успеху.
В принципе установка Фраша очень несложна: труба в трубе. В пространство между трубами подается перегретая вода и по нему идет в пласт. А по внутренней, обогреваемой со всех сторон, трубе поднимается расплавленная сера. Современный вариант установки Фраша дополнен третьей - самой узкой трубой. Через нее в скважину подается сжатый воздух, который помогает поднять расплавленную Серу на поверхность. Одно из основных достоинств метода Фраша - в том, что он позволяет уже на первой стадии добычи получить сравнительно чистую серу. При разработке богатых руд этот метод весьма эффективен.
Раньше считалось, что метод подземной выплавки серы применим только в специфических условиях «соляных куполов» тихоокеанского побережья США и Мексики. Однако опыты, проведенные в Польше и СССР, опровергли это мнение. В Польше этим методом уже добывают большое количество серы: в 1968 г. пущены первые серные скважины и в СССР.
А руду, полученную в карьерах и шахтах, приходится перерабатывать (часто с предварительным обогащением), используя для этого различные технологические приемы.
Известно несколько методов получения серы из серных руд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные и экстракционные.
Термические методы извлечения серы - самые старые. Еще в XVIII в. в Неаполитанском королевстве выплавляли серу в кучах - «сольфатарах». До сих пор в Италии выплавляют серу в примитивных печах - «калькаронах». Тепло, необходимое для выплавления серы из руды, получают, сжигая часть добытой серы. Процесс этот малоэффективен, потери достигают 45%.
Италия стала родиной и пароводяных методов извлечения серы из руд. В 1859 г. Джузеппе Джилль получил патент на свой аппарат - предшественник нынешних автоклавов. Автоклавный метод (значительно усовершенствованный, конечно) используется и сейчас во многих странах.
В автоклавном процессе обогащенный концентрат серной руды, содержащий до 80% серы, в виде жидкой пульпы с реагентами подается насосами в автоклав. Туда же под давлением подается водяной пар. Пульпа нагревается до 130°C. Сера, содержащаяся в концентрате, плавится и отделяется от породы. После недолгого отстоя выплавленная сера сливается. Затем из автоклава выпускаются «хвосты» - взвесь пустой породы в воде. Хвосты содержат довольно много серы и вновь поступают на обогатительную фабрику.
В России автоклавный способ был впервые применен инженером К.Г. Паткановым в 1896 г.
Современные автоклавы - это огромные аппараты высотой с четырехэтажный дом. Такие автоклавы установлены, в частности, на сероплавильном заводе Роздольского горно-химического комбината в Прикарпатье.
На некоторых производствах, например на крупном серном комбинате в Тарнобжеге (Польша), пустую породу отделяют от расплавленной серы на специальных фильтрах. Метод разделения серы и пустой породы на центрифугах разработан в нашей стране. Словом, «руду золотую (точнее - золотистую) отделять от породы пустой» можно по-разному.
В последнее время все большее внимание уделяется скважинным геотехнологическим способам добычи серы. На Язовском месторождении в Прикарпатье серу - классический диэлектрик плавят под землей токами высокой частоты и выкачивают на поверхность через скважины, как в методе Фраша. Ученые Института горно-химического сырья предложили способ подземной газификации серы. По этому способу серу поджигают в пласте, а на поверхность выкачивают сернистый газ, который идет на производство серной кислоты и других полезных продуктов.
По-разному и удовлетворяют свои потребности в сере разные страны. Мексика и США используют в основном метод Фраша. Италия, занимающая по добыче серы третье место среди капиталистических государств, продолжает добывать и перерабатывать (разными методами) серные руды сицилийских месторождений и провинции Марке. У Японии есть значительные запасы серы вулканического происхождения. Франция и Канада, не имеющие самородной серы, развили крупное производство ее из газов. Нет собственных серных месторождений и в Англии и ФРГ. Свои потребности в серной кислоте они покрывают за счет переработки серусодержащего сырья (преимущественно пирита), а элементарную серу импортируют из других стран.
Советский Союз и социалистические страны полностью удовлетворяют свои потребности благодаря собственным источникам сырья. После открытия и освоения богатых Прикарпатских месторождений СССР и Польша значительно увеличили производство серы. Эта отрасль промышленности продолжает развиваться. В последние годы построены новые крупные предприятия на Украине, реконструированы старые комбинаты на Волге и в Туркмении, расширено производство серы из природного газа и отходящих газов.