Đốt lưu huỳnh. Nhiệm vụ tính toán

Từ Wikipedia.

Tính chất nguy hiểm cháy của lưu huỳnh.
Lưu huỳnh được nghiền mịn có xu hướng tự bốc cháy hóa học khi có hơi ẩm, khi tiếp xúc với các tác nhân oxy hóa và cả trong hỗn hợp với than, chất béo và dầu. Lưu huỳnh tạo thành hỗn hợp dễ nổ với nitrat, clorat và peclorat. Tự bốc cháy khi tiếp xúc với thuốc tẩy.

Chất chữa cháy: phun nước, bọt cơ khí.

Theo V. Marshall, bụi lưu huỳnh được xếp vào loại dễ nổ, nhưng để nổ cần có nồng độ bụi đủ cao - khoảng 20 g/m³ (20.000 mg/m³), nồng độ này cao gấp nhiều lần nồng độ tối đa cho phép đối với vật liệu nổ. con người trong không khí của khu vực làm việc - 6 mg/m³.

Hơi tạo thành hỗn hợp nổ với không khí.

Sự đốt cháy lưu huỳnh chỉ xảy ra ở trạng thái nóng chảy, tương tự như quá trình đốt cháy chất lỏng. Lớp lưu huỳnh cháy trên cùng sôi lên, tạo thành hơi tạo thành ngọn lửa phát sáng lờ mờ cao tới 5 cm. Nhiệt độ ngọn lửa khi đốt lưu huỳnh là 1820 °C.

Vì thể tích không khí bao gồm khoảng 21% oxy và 79% nitơ, và khi lưu huỳnh cháy, một thể tích oxy tạo ra một thể tích SO2, nên hàm lượng SO2 tối đa về mặt lý thuyết có thể có trong hỗn hợp khí là 21%. Trong thực tế, quá trình cháy xảy ra khi có một lượng không khí dư thừa và hàm lượng SO2 thể tích trong hỗn hợp khí thấp hơn mức có thể đạt được về mặt lý thuyết, thường lên tới 14...15%.

Việc phát hiện quá trình đốt cháy lưu huỳnh bằng thiết bị chữa cháy tự động là một vấn đề khó khăn. Ngọn lửa rất khó phát hiện bằng mắt người hoặc máy quay phim; quang phổ của ngọn lửa xanh chủ yếu nằm ở vùng tử ngoại. Nhiệt tỏa ra từ đám cháy dẫn đến nhiệt độ thấp hơn so với đám cháy có nguy cơ cháy thông thường khác. Để phát hiện sự cháy bằng đầu dò nhiệt, nó phải được đặt trực tiếp gần lưu huỳnh. Ngọn lửa lưu huỳnh không phát ra bức xạ hồng ngoại. Vì vậy, nó sẽ không bị phát hiện bởi các máy dò hồng ngoại thông thường. Họ sẽ chỉ phát hiện các đám cháy thứ cấp. Ngọn lửa lưu huỳnh không thoát ra hơi nước. Vì vậy, đầu báo lửa UV sử dụng hợp chất niken sẽ không hoạt động.

Để tuân thủ các yêu cầu về an toàn phòng cháy chữa cháy tại kho chứa lưu huỳnh cần:

Các công trình, thiết bị công nghệ phải thường xuyên được làm sạch bụi;
mặt bằng kho phải được thông gió liên tục bằng hệ thống thông gió tự nhiên, cửa mở;
việc nghiền nát các cục lưu huỳnh trên lưới hầm phải được thực hiện bằng búa tạ bằng gỗ hoặc dụng cụ làm bằng vật liệu không phát ra tia lửa;
băng tải cung cấp lưu huỳnh cho cơ sở sản xuất phải được trang bị máy dò kim loại;
ở những nơi lưu trữ và sử dụng lưu huỳnh, cần cung cấp các thiết bị (tấm, ngưỡng có đường dốc, v.v.) để đảm bảo trong trường hợp khẩn cấp ngăn chặn sự lan truyền của lưu huỳnh nóng chảy ra bên ngoài phòng hoặc khu vực mở;
Tại kho lưu huỳnh bị cấm:
thực hiện tất cả các loại công việc sử dụng lửa mở;
cất giữ, bảo quản giẻ lau dính dầu mỡ;
Khi sửa chữa, hãy sử dụng các dụng cụ làm bằng vật liệu không phát ra tia lửa.

Lưu huỳnh là một nguyên tố hóa học được tìm thấy trong nhóm thứ sáu và giai đoạn thứ ba của bảng tuần hoàn. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét chi tiết các tính chất hóa học, sản xuất, sử dụng, v.v. Đặc tính vật lý bao gồm các đặc tính như màu sắc, độ dẫn điện, nhiệt độ sôi của lưu huỳnh, v.v. Đặc tính hóa học mô tả sự tương tác của nó với các chất khác.

Lưu huỳnh từ quan điểm vật lý

Đây là một chất dễ vỡ. Trong điều kiện bình thường, nó vẫn ở trạng thái kết tụ rắn. Lưu huỳnh có màu vàng chanh.

Và phần lớn, tất cả các hợp chất của nó đều có tông màu vàng. Không hòa tan trong nước. Nó có độ dẫn nhiệt và điện thấp. Những đặc điểm này đặc trưng cho nó như một phi kim loại điển hình. Mặc dù thực tế là thành phần hóa học của lưu huỳnh không hề phức tạp nhưng chất này có thể có một số biến thể. Tất cả phụ thuộc vào cấu trúc của mạng tinh thể, với sự trợ giúp của các nguyên tử được kết nối, nhưng chúng không tạo thành phân tử.

Vì vậy, lựa chọn đầu tiên là lưu huỳnh hình thoi. Nó là ổn định nhất. Điểm sôi của loại lưu huỳnh này là 445 độ C. Nhưng để một chất nhất định chuyển sang trạng thái kết tụ ở dạng khí, trước tiên nó cần phải chuyển qua trạng thái lỏng. Vì vậy, sự tan chảy của lưu huỳnh xảy ra ở nhiệt độ một trăm mười ba độ C.

Lựa chọn thứ hai là lưu huỳnh đơn tà. Nó là một tinh thể hình kim có màu vàng đậm. Làm tan chảy loại lưu huỳnh đầu tiên và sau đó làm nguội từ từ sẽ dẫn đến sự hình thành loại lưu huỳnh này. Giống này có đặc điểm vật lý gần như giống nhau. Ví dụ, điểm sôi của loại lưu huỳnh này là bốn trăm bốn mươi lăm độ. Ngoài ra, chất này còn có nhiều loại như nhựa. Nó thu được bằng cách đổ nước hình thoi đã đun nóng gần sôi vào nước lạnh. Điểm sôi của loại lưu huỳnh này là như nhau. Nhưng chất này có đặc tính co giãn như cao su.

Một thành phần khác của đặc tính vật lý mà tôi muốn nói đến là nhiệt độ bốc cháy của lưu huỳnh.

Chỉ số này có thể thay đổi tùy thuộc vào loại vật liệu và nguồn gốc của nó. Ví dụ, nhiệt độ bốc cháy của lưu huỳnh kỹ thuật là một trăm chín mươi độ. Đây là một con số khá thấp. Trong các trường hợp khác, điểm chớp cháy của lưu huỳnh có thể là hai trăm bốn mươi tám độ, thậm chí là hai trăm năm mươi sáu. Tất cả phụ thuộc vào vật liệu nó được chiết xuất từ ​​​​và mật độ của nó. Nhưng chúng ta có thể kết luận rằng nhiệt độ cháy của lưu huỳnh khá thấp so với các nguyên tố hóa học khác; Ngoài ra, đôi khi lưu huỳnh có thể kết hợp thành các phân tử gồm tám, sáu, bốn hoặc hai nguyên tử. Bây giờ, sau khi xem xét lưu huỳnh từ quan điểm vật lý, hãy chuyển sang phần tiếp theo.

Đặc tính hóa học của lưu huỳnh

Nguyên tố này có khối lượng nguyên tử tương đối thấp, bằng 32 gam mỗi mol. Các đặc tính của nguyên tố lưu huỳnh bao gồm đặc điểm của chất này là khả năng có các mức độ oxy hóa khác nhau. Điều này khác với hydro hoặc oxy. Khi xét câu hỏi tính chất hóa học của nguyên tố lưu huỳnh là gì, không thể không nhắc đến rằng, tùy theo điều kiện mà nó thể hiện cả tính chất khử và tính chất oxy hóa. Vì vậy, chúng ta hãy xem xét sự tương tác của chất này với các hợp chất hóa học khác nhau theo thứ tự.

Lưu huỳnh và các chất đơn giản

Chất đơn giản là chất chỉ chứa một nguyên tố hóa học. Các nguyên tử của nó có thể kết hợp thành các phân tử, chẳng hạn như trong trường hợp oxy, hoặc chúng có thể không kết hợp, như trường hợp với kim loại. Do đó, lưu huỳnh có thể phản ứng với kim loại, phi kim loại khác và halogen.

Tương tác với kim loại

Để thực hiện loại quá trình này, cần phải có nhiệt độ cao. Trong những điều kiện này, một phản ứng cộng xảy ra. Tức là nguyên tử kim loại kết hợp với nguyên tử lưu huỳnh tạo thành các chất phức tạp sunfua. Ví dụ, nếu bạn đun nóng hai mol kali và trộn chúng với một mol lưu huỳnh, bạn sẽ thu được một mol sunfua của kim loại này. Phương trình có thể được viết như sau: 2K + S = K 2 S.

Phản ứng với oxy

Đây là sự đốt cháy lưu huỳnh. Kết quả của quá trình này, oxit của nó được hình thành. Loại thứ hai có thể có hai loại. Do đó, quá trình đốt cháy lưu huỳnh có thể xảy ra theo hai giai đoạn. Đầu tiên là khi một mol sulfur dioxide được hình thành từ một mol lưu huỳnh và một mol oxy. Phương trình của phản ứng hóa học này có thể được viết như sau: S + O 2 = SO 2. Giai đoạn thứ hai là bổ sung một nguyên tử oxy khác vào dioxide. Điều này xảy ra nếu bạn thêm một mol oxy vào hai mol ở nhiệt độ cao. Kết quả là hai mol lưu huỳnh trioxit. Phương trình cho tương tác hóa học này trông như sau: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 . Kết quả của phản ứng này là axit sunfuric được hình thành. Vì vậy, bằng cách thực hiện hai quy trình được mô tả, bạn có thể chuyển trioxide thu được qua dòng hơi nước. Và chúng ta nhận được Phương trình của phản ứng như vậy được viết như sau: SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4.

Tương tác với halogen

Hóa chất, giống như các phi kim loại khác, cho phép nó phản ứng với một nhóm chất nhất định. Nó bao gồm các hợp chất như flo, brom, clo, iốt. Lưu huỳnh phản ứng với bất kỳ chất nào trong số chúng ngoại trừ chất cuối cùng. Để làm ví dụ, chúng ta có thể trích dẫn quá trình fluoride hóa nguyên tố trong bảng tuần hoàn mà chúng ta đang xem xét. Bằng cách nung nóng phi kim loại đã đề cập bằng halogen, có thể thu được hai biến thể của florua. Trường hợp thứ nhất: nếu lấy một mol lưu huỳnh và ba mol flo, chúng ta thu được một mol florua, công thức của nó là SF 6. Phương trình có dạng như sau: S + 3F 2 = SF 6. Ngoài ra, còn có phương án thứ hai: nếu lấy một mol lưu huỳnh và hai mol flo, chúng ta được một mol florua có công thức hóa học SF 4. Phương trình được viết như sau: S + 2F 2 = SF 4. Như bạn có thể thấy, tất cả phụ thuộc vào tỷ lệ trộn lẫn các thành phần. Theo cách tương tự, quá trình clo hóa lưu huỳnh (hai chất khác nhau cũng có thể được tạo thành) hoặc quá trình brom hóa có thể được thực hiện.

Tương tác với các chất đơn giản khác

Các đặc tính của nguyên tố lưu huỳnh không dừng lại ở đó. Chất này cũng có thể phản ứng hóa học với hydro, phốt pho và carbon. Do tương tác với hydro, axit sunfua được hình thành. Do phản ứng của nó với kim loại, có thể thu được sunfua của chúng, do đó, cũng thu được trực tiếp bằng cách cho lưu huỳnh phản ứng với cùng một kim loại. Việc bổ sung các nguyên tử hydro vào nguyên tử lưu huỳnh chỉ xảy ra ở điều kiện nhiệt độ rất cao. Khi lưu huỳnh phản ứng với phốt pho, photphua của nó được hình thành. Nó có công thức sau: P 2 S 3. Để thu được một mol chất này, bạn cần lấy hai mol phốt pho và ba mol lưu huỳnh. Khi lưu huỳnh tương tác với cacbon, cacbua của phi kim được đề cập sẽ được hình thành. Công thức hóa học của nó trông như thế này: CS 2. Để có được một mol của một chất nhất định, bạn cần lấy một mol cacbon và hai mol lưu huỳnh. Tất cả các phản ứng cộng mô tả ở trên chỉ xảy ra khi thuốc thử được đun nóng đến nhiệt độ cao. Chúng ta đã xem xét sự tương tác của lưu huỳnh với các chất đơn giản, bây giờ chúng ta chuyển sang điểm tiếp theo.

Lưu huỳnh và các hợp chất phức tạp

Các chất phức tạp là những chất có phân tử bao gồm hai (hoặc nhiều) nguyên tố khác nhau. Tính chất hóa học của lưu huỳnh cho phép nó phản ứng với các hợp chất như kiềm, cũng như axit sunfat đậm đặc. Phản ứng của nó với các chất này khá đặc biệt. Đầu tiên, chúng ta hãy xem điều gì xảy ra khi trộn phi kim với kiềm. Ví dụ, nếu bạn lấy sáu mol và thêm ba mol lưu huỳnh, bạn sẽ nhận được hai mol kali sunfua, một mol kali sulfite và ba mol nước. Loại phản ứng này có thể được biểu thị bằng phương trình sau: 6KOH + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Nguyên lý tương tác tương tự xảy ra nếu bạn thêm Tiếp theo, hãy xem xét hành vi của lưu huỳnh khi dung dịch axit sunfat đậm đặc được thêm vào nó. Nếu lấy một mol chất thứ nhất và hai mol chất thứ hai, chúng ta thu được các sản phẩm sau: lưu huỳnh trioxit với số lượng ba mol, cũng như nước - hai mol. Phản ứng hóa học này chỉ có thể xảy ra khi các chất phản ứng được đun nóng đến nhiệt độ cao.

Thu được phi kim loại được đề cập

Có một số cách chính để chiết xuất lưu huỳnh từ nhiều chất khác nhau. Phương pháp đầu tiên là tách nó ra khỏi pyrit. Công thức hóa học sau này là FeS2. Khi chất này được đun nóng đến nhiệt độ cao mà không tiếp cận với oxy, có thể thu được một loại sunfua sắt khác - FeS - và lưu huỳnh. Phương trình phản ứng được viết như sau: FeS 2 = FeS + S. Phương pháp thứ hai để sản xuất lưu huỳnh thường được sử dụng trong công nghiệp là đốt cháy sunfua lưu huỳnh trong điều kiện một lượng nhỏ oxy. Trong trường hợp này, bạn có thể lấy phi kim và nước. Để thực hiện phản ứng, bạn cần lấy các thành phần theo tỷ lệ mol từ hai đến một. Kết quả là chúng ta thu được sản phẩm cuối cùng theo tỷ lệ từ hai đến hai. Phương trình của phản ứng hóa học này có thể được viết như sau: 2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O. Ngoài ra, lưu huỳnh có thể thu được thông qua nhiều quy trình luyện kim khác nhau, ví dụ như trong sản xuất kim loại như niken , đồng và những thứ khác.

sử dụng công nghiệp

Phi kim mà chúng tôi đang xem xét đã tìm thấy ứng dụng rộng rãi nhất trong ngành hóa chất. Như đã đề cập ở trên, ở đây nó được sử dụng để sản xuất axit sunfat từ nó. Ngoài ra, lưu huỳnh còn được dùng làm thành phần để làm diêm do nó là vật liệu dễ cháy. Nó cũng không thể thiếu trong sản xuất thuốc nổ, thuốc súng, pháo hoa… Ngoài ra, lưu huỳnh còn được sử dụng làm một trong những thành phần trong các sản phẩm diệt côn trùng gây hại. Trong y học, nó được sử dụng như một thành phần trong sản xuất thuốc chữa các bệnh về da. Chất được đề cập cũng được sử dụng trong sản xuất các loại thuốc nhuộm khác nhau. Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong sản xuất phốt pho.

Cấu trúc điện tử của lưu huỳnh

Như bạn đã biết, tất cả các nguyên tử đều bao gồm một hạt nhân trong đó có proton - các hạt tích điện dương - và neutron, tức là các hạt có điện tích bằng 0. Các electron mang điện tích âm quay xung quanh hạt nhân. Để một nguyên tử trung hòa, nó phải có cùng số proton và electron trong cấu trúc của nó. Nếu có nhiều ion sau thì đó đã là ion âm - anion. Ngược lại, nếu số lượng proton lớn hơn số electron thì đó là ion dương hoặc cation. Anion lưu huỳnh có thể hoạt động như dư lượng axit. Nó là một phần của các phân tử của các chất như axit sunfua (hydro sunfua) và sunfua kim loại. Anion được hình thành trong quá trình phân ly điện phân, xảy ra khi một chất được hòa tan trong nước. Trong trường hợp này, phân tử bị phân hủy thành cation, có thể tồn tại dưới dạng ion kim loại hoặc hydro, cũng như cation - ion của dư lượng axit hoặc nhóm hydroxyl (OH-).

Vì số thứ tự của lưu huỳnh trong bảng tuần hoàn là 16 nên chúng ta có thể kết luận rằng hạt nhân của nó chứa chính xác số proton này. Dựa trên điều này, chúng ta có thể nói rằng cũng có mười sáu electron quay xung quanh. Số lượng neutron có thể được tìm thấy bằng cách trừ số sê-ri của nguyên tố hóa học khỏi khối lượng mol: 32 - 16 = 16. Mỗi electron không quay hỗn loạn mà quay theo một quỹ đạo cụ thể. Vì lưu huỳnh là nguyên tố hóa học thuộc chu kỳ thứ ba của bảng tuần hoàn nên có ba quỹ đạo xung quanh hạt nhân. Cái thứ nhất có hai electron, cái thứ hai có tám và cái thứ ba có sáu. Công thức điện tử của nguyên tử lưu huỳnh được viết như sau: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Sự phổ biến trong tự nhiên

Về cơ bản, nguyên tố hóa học được đề cập được tìm thấy trong các khoáng chất, là sunfua của các kim loại khác nhau. Trước hết đó là pyrit - một loại muối sắt; Nó cũng là chì, bạc, ánh đồng, hỗn hợp kẽm, chu sa - thủy ngân sunfua. Ngoài ra, lưu huỳnh cũng có thể là một phần của khoáng chất, cấu trúc của nó được thể hiện bằng ba nguyên tố hóa học trở lên.

Ví dụ: chalcopyrite, mirabilite, kieserite, thạch cao. Bạn có thể xem xét từng người trong số họ chi tiết hơn. Pyrite là ferrum sulfide, hoặc FeS2. Nó có màu vàng nhạt với ánh vàng. Khoáng chất này thường có thể được tìm thấy dưới dạng tạp chất trong lapis lazuli, được sử dụng rộng rãi để làm đồ trang sức. Điều này là do hai loại khoáng sản này thường có trữ lượng chung. Ánh đồng - chalcocite, hay chalcocite - là một chất có màu xám xanh tương tự như kim loại. và ánh bạc (argentite) có đặc tính tương tự: cả hai đều giống kim loại về bề ngoài và có màu xám. Cinnabar là một khoáng chất màu nâu đỏ xỉn với các đốm màu xám. Chalcopyrite có công thức hóa học là CuFeS2, có màu vàng vàng nên còn gọi là hỗn hợp vàng. Hỗn hợp kẽm (sphalerite) có thể có màu từ hổ phách đến màu cam rực lửa. Mirabilit - Na 2 SO 4 x10H 2 O - tinh thể trong suốt hoặc trắng. Nó cũng được gọi là sử dụng trong y học. Công thức hóa học của kieserite là MgSO 4 xH 2 O. Nó trông giống như bột màu trắng hoặc không màu. Công thức hóa học của thạch cao là CaSO 4 x2H 2 O. Ngoài ra, nguyên tố hóa học này là một phần của tế bào của sinh vật sống và là nguyên tố vi lượng quan trọng.

Cơ sở hóa lý của quá trình đốt lưu huỳnh.

Sự cháy của S xảy ra khi tỏa một lượng nhiệt lớn: 0,5S 2g + O 2g = SO 2g, ΔH = -362,43 kJ

Đốt cháy là một phức hợp của các hiện tượng hóa học và vật lý. Trong một thiết bị đốt, người ta phải xử lý các trường vận tốc, nồng độ và nhiệt độ phức tạp khó mô tả bằng toán học.

Quá trình đốt cháy S nóng chảy phụ thuộc vào điều kiện tương tác và đốt cháy của từng giọt riêng lẻ. Hiệu suất của quá trình cháy được xác định bởi thời điểm đốt cháy hoàn toàn từng hạt lưu huỳnh. Quá trình đốt cháy lưu huỳnh, chỉ xảy ra ở pha khí, diễn ra trước sự bay hơi của S, trộn hơi của nó với không khí và đun nóng hỗn hợp đến t, đảm bảo tốc độ phản ứng cần thiết. Vì sự bay hơi mạnh hơn từ bề mặt của một giọt chỉ bắt đầu ở một nhiệt độ t nhất định, nên mỗi giọt lưu huỳnh lỏng phải được đun nóng đến nhiệt độ t này. T càng cao thì càng mất nhiều thời gian để làm nóng giọt. Khi hỗn hợp dễ cháy của hơi S và không khí có nồng độ tối đa và t được hình thành phía trên bề mặt giọt nước thì sẽ xảy ra hiện tượng bốc cháy. Quá trình cháy của một giọt S phụ thuộc vào điều kiện cháy: t và tốc độ tương đối của dòng khí cũng như các tính chất vật lý và hóa học của chất lỏng S (ví dụ: sự có mặt của tạp chất tro rắn trong S), và bao gồm: giai đoạn: 1-trộn từng giọt chất lỏng S với không khí; 2-làm nóng những giọt này và bay hơi; 3-tách nhiệt hơi S; 4-sự hình thành pha khí và sự đánh lửa của nó; 5-đốt cháy pha khí.

Những giai đoạn này xảy ra gần như đồng thời.

Do đun nóng, một giọt chất lỏng S bắt đầu bay hơi, hơi S khuếch tán đến vùng cháy, tại đó ở nhiệt độ t cao, chúng bắt đầu phản ứng tích cực với O 2 trong không khí và quá trình cháy khuếch tán của S xảy ra với sự hình thành SO2.

Ở mức t cao, tốc độ phản ứng oxy hóa S lớn hơn tốc độ các quá trình vật lý, do đó tốc độ chung của quá trình cháy được xác định bởi các quá trình truyền khối và truyền nhiệt.

Khuếch tán phân tử xác định quá trình đốt cháy yên tĩnh, tương đối chậm, trong khi khuếch tán hỗn loạn làm tăng tốc quá trình đó. Khi kích thước giọt giảm, thời gian bay hơi giảm. Sự nguyên tử hóa mịn của các hạt lưu huỳnh và sự phân bố đồng đều của chúng trong luồng không khí làm tăng bề mặt tiếp xúc, tạo điều kiện làm nóng và bay hơi các hạt. Khi đốt từng giọt S trong thành phần mỏ hàn cần phân biệt 3 giai đoạn: TÔI-ủ; II- đốt cháy mạnh mẽ; III- thời kỳ đốt sau.

Khi một giọt nước cháy, ngọn lửa tỏa ra từ bề mặt của nó, gợi nhớ đến những tia sáng mặt trời. Ngược lại với quá trình đốt cháy khuếch tán thông thường với sự phát ra ngọn lửa từ bề mặt của giọt đang cháy, nó được gọi là "cháy nổ".

Sự cháy của giọt S ở chế độ khuếch tán xảy ra thông qua sự bay hơi của các phân tử khỏi bề mặt của giọt. Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất lỏng và t của môi trường và được xác định bởi đặc tính của tốc độ bay hơi. Ở chế độ vi sai, S sáng ở tiết I và III. Sự cháy nổ của một giọt chỉ được quan sát thấy trong thời kỳ đốt cháy mạnh ở giai đoạn II. Khoảng thời gian của giai đoạn đốt cháy mạnh tỷ lệ với lập phương đường kính ban đầu của giọt. Điều này là do thực tế là quá trình cháy nổ là hậu quả của các quá trình xảy ra trong thể tích của giọt nước. Đặc điểm của tốc độ đốt cháy calc. bởi f-le: ĐẾN= /τ сг;

d n - đường kính ban đầu của giọt nước, mm; τ - thời gian đốt cháy hoàn toàn giọt nước, s.

Đặc tính của tốc độ cháy giọt bằng tổng các đặc tính của quá trình khuếch tán và cháy nổ: ĐẾN= K trong + K khác; Kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙р) 2,58); K khác biệt= 1,21∙r +0,23; K T2= K T1 ∙exp(E a /R∙(1/T 1 – 1/T 2)); K T1 – hằng số tốc độ cháy tại t 1 = 1073 K. K T2 – hằng số. tốc độ gia nhiệt ở t khác với t 1. E a – năng lượng kích hoạt (7850 kJ/mol).

CÁI ĐÓ. Các điều kiện chính để đốt cháy chất lỏng S hiệu quả là: cung cấp toàn bộ lượng không khí cần thiết vào miệng ngọn đuốc, phun chất lỏng S mịn và đồng đều, dòng chảy hỗn loạn và t cao.

Sự phụ thuộc chung của cường độ bay hơi của chất lỏng S vào vận tốc khí và t: K 1= a∙V/(b+V); a, b là các hằng số phụ thuộc vào t. V – tốc độ khí, m/s. Ở mức t cao hơn, sự phụ thuộc của cường độ bay hơi S vào vận tốc khí là: K 1= K o ∙ V n ;

t, o C	lgK về	N
	4,975	0,58
	5,610	0,545
	6,332	0,8

Khi nhiệt độ tăng từ 120 lên 180 o C thì cường độ bay hơi S tăng 5-10 lần, và từ 180 lên 440 o C tăng 300-500 lần.

Tốc độ bay hơi ở tốc độ khí 0,104 m/s được xác định: = 8,745 – 2600/T (ở 120-140 o C); = 7,346 –2025/T (ở 140-200 o C); = 10,415 – 3480/T (ở 200-440 o C).

Để xác định tốc độ bay hơi S ở nhiệt độ t bất kỳ từ 140 đến 440 o C và tốc độ khí trong khoảng 0,026-0,26 m/s, trước tiên người ta tìm tốc độ khí là 0,104 m/s và tính toán lại theo tốc độ khác: lg = lg + n ∙ lgV `` /V ` ; So sánh cường độ bay hơi của lưu huỳnh lỏng và tốc độ cháy cho thấy cường độ cháy không thể vượt quá cường độ bay hơi ở điểm sôi của lưu huỳnh. Điều này khẳng định tính đúng đắn của cơ chế đốt, theo đó lưu huỳnh chỉ cháy ở trạng thái hơi. Hằng số tốc độ của quá trình oxy hóa hơi lưu huỳnh (phản ứng diễn ra theo phương trình bậc hai) được xác định bằng phương trình động học: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; С S – nồng độ hơi S; CO2 - nồng độ hơi O2; K là hằng số tốc độ phản ứng. Tổng nồng độ của hơi S và O 2 là: Với S= a(1-x); Với O2= b – 2ax; a là nồng độ hơi ban đầu S; b - nồng độ ban đầu của hơi O 2; x là trạng thái oxy hóa của hơi S. Khi đó:

K∙τ= (2.3 /(b – 2a)) ∙ (log(b – ax/b(1 - x)));

Hằng số tốc độ của quá trình oxy hóa S thành SO 2: lgK= B – A/T;

o C	650 - 850	850 - 1100
TRONG	3,49	2,92
MỘT

Giọt lưu huỳnh d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm khi nổ, ở vùng 100-160 µm thời gian cháy của giọt không tăng.

Cái đó. Để tăng cường quá trình cháy, nên phun lưu huỳnh vào giọt d = 130-200 μm, cần bổ sung năng lượng. Khi đốt cùng một lượng thì thu được S. SO 2 đậm đặc hơn, thể tích khí lò càng nhỏ và t của nó càng cao.

1 – C O2; 2 – С SO2

Hình vẽ thể hiện mối quan hệ gần đúng giữa t và nồng độ SO 2 trong khí lò được hình thành trong quá trình đốt đoạn nhiệt lưu huỳnh trong không khí. Trong thực tế, thu được SO2 có nồng độ cao, bị hạn chế bởi thực tế là ở t > 1300, lớp lót lò và ống khói nhanh chóng sụp đổ. Ngoài ra, trong những điều kiện này, phản ứng phụ có thể xảy ra giữa O 2 và N 2 của không khí với sự hình thành các oxit nitơ, đây là tạp chất không mong muốn trong SO 2, do đó t = 1000-1200 thường được duy trì trong lò nung lưu huỳnh. Và khí lò chứa 12-14% thể tích SO 2. Từ một thể tích O 2 tạo thành một thể tích SO 2, do đó hàm lượng SO 2 theo lý thuyết tối đa trong khí nung khi đốt S trong không khí là 21%. Khi đốt S trong không khí thì nó cháy. Hàm lượng O 2 SO 2 trong hỗn hợp khí có thể tăng tùy theo nồng độ O 2. Hàm lượng lý thuyết của SO 2 khi đốt S trong O 2 nguyên chất có thể đạt tới 100%. Thành phần có thể có của khí rang thu được bằng cách đốt S trong không khí và trong các hỗn hợp oxy-nitơ khác nhau được thể hiện trên hình:

Lò đốt lưu huỳnh.

Quá trình đốt cháy S trong sản xuất axit sunfuric được thực hiện trong lò nung ở trạng thái nguyên tử hóa hoặc trạng thái rắn. Để đốt S nóng chảy, người ta sử dụng vòi phun, lò lốc xoáy và lò rung. Được sử dụng rộng rãi nhất là lốc xoáy và vòi phun. Các lò này được phân loại theo các tiêu chí sau:- theo loại vòi phun được lắp đặt (cơ khí, khí nén, thủy lực) và vị trí của chúng trong lò (hướng tâm, tiếp tuyến); - sự hiện diện của màn chắn bên trong buồng đốt; - theo thực hiện (ngang, dọc); - theo vị trí của các lỗ cấp khí; - trên các thiết bị trộn luồng không khí với hơi S; - trên thiết bị sử dụng nhiệt đốt S; - theo số lượng camera.

Lò phun (gạo)

1 - xi lanh thép, 2 - lớp lót. 3 - amiăng, 4 - vách ngăn. 5 - vòi phun nhiên liệu, 6 - vòi phun lưu huỳnh,

7 - hộp cung cấp không khí cho lò.

Nó có thiết kế khá đơn giản, dễ bảo trì, tạo ra khí có nồng độ SO 2 không đổi. Đến những thiếu sót nghiêm trọng bao gồm: phá hủy dần các vách ngăn do t cao; ứng suất nhiệt thấp của buồng đốt; khó khăn trong việc thu được khí có nồng độ cao, bởi vì sử dụng một lượng lớn không khí; sự phụ thuộc của tỷ lệ cháy vào chất lượng nguyên tử hóa S; là mức tiêu hao nhiên liệu khi khởi động và làm nóng lò; kích thước và trọng lượng tương đối lớn, do đó cần đầu tư vốn đáng kể, diện tích xuất phát, chi phí vận hành và tổn thất nhiệt lớn ra môi trường.

Hoàn hảo hơn lò lốc xoáy.

1 - buồng trước, 2 - hộp khí, 3, 5 - buồng đốt sau, 4. 6 - vòng kẹp, 7, 9 - vòi cấp khí, 8, 10 - vòi cung cấp lưu huỳnh.

Truy cập: không khí tiếp tuyến và đầu vào S; đảm bảo đốt cháy đồng đều S trong lò do dòng chảy rối tốt hơn; khả năng thu được khí quá trình tập trung lên tới 18 vol% SO 2; điện áp nhiệt cao của không gian cháy (4,6 10 6 W/m 3); thể tích của thiết bị sẽ giảm 30 - 40 lần so với thể tích của lò đốt có cùng năng suất; nồng độ không đổi của SO 2; quy định đơn giản về tỷ lệ đốt S và tự động hóa của nó; tiêu thụ ít thời gian và vật liệu dễ cháy để sưởi ấm và khởi động lò sau một thời gian dài dừng lại; hàm lượng oxit nitơ thấp hơn sau khi nung. tuần chính liên quan đến t cao trong tỷ lệ đốt cháy; có thể nứt lớp lót và mối hàn; Sự nguyên tử hóa S không đạt yêu cầu dẫn đến sự thoát hơi của nó vào thiết bị trao đổi sau lò, và do đó làm ăn mòn thiết bị và mất ổn định t ở lối vào thiết bị trao đổi.

S nóng chảy có thể đi vào lò thông qua các vòi phun có bố trí tiếp tuyến hoặc hướng trục. Với sự sắp xếp theo trục của các vòi phun, vùng đốt sẽ gần với ngoại vi hơn. Với tangen - gần trung tâm hơn, do đó tác động của t cao lên lớp lót sẽ giảm đi. (hình) Tốc độ dòng khí là 100-120 m/s - điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền khối lượng và nhiệt, đồng thời làm tăng tốc độ cháy S.

Lò rung (cơm).

1 – đầu lò đốt; 2 – van hồi lưu; 3 – kênh rung.

Trong quá trình đốt cháy rung, tất cả các thông số của quá trình thay đổi định kỳ (áp suất trong buồng, tốc độ và thành phần của hỗn hợp khí, t). Thiết bị rung Đốt cháy S được gọi là bếp đốt. Trước lò nung, S và không khí được trộn lẫn và chúng chảy qua van kiểm tra (2) vào đầu lò đốt, nơi hỗn hợp được đốt cháy. Việc cung cấp nguyên liệu thô được thực hiện theo từng phần (theo chu kỳ). Ở phiên bản lò này, ứng suất nhiệt và tốc độ cháy sẽ tăng lên đáng kể, nhưng trước khi đốt cháy hỗn hợp, cần trộn đều S đã phun với không khí để quá trình diễn ra ngay lập tức. Trong trường hợp này, sản phẩm cháy được trộn đều, màng khí SO 2 bao quanh các hạt S bị phá hủy và tạo điều kiện cho các phần O 2 mới tiếp cận trong vùng cháy. Trong lò như vậy, SO 2 hình thành không loại bỏ được các hạt chưa cháy hết; nồng độ của nó cao.

Lò lốc xoáy, so với lò phun, có đặc điểm là ứng suất nhiệt lớn hơn 40-65 lần, khả năng thu được khí đậm đặc hơn và sản xuất hơi nước lớn hơn.

Thiết bị quan trọng nhất của lò đốt là vòi phun chất lỏng S, phải đảm bảo phun chất lỏng S mịn và đồng đều, trộn tốt chất lỏng S với không khí trong chính vòi phun và phía sau vòi phun, điều chỉnh nhanh tốc độ dòng chảy của chất lỏng S đồng thời duy trì cần thiết mối quan hệ của nó với không khí, sự ổn định của một hình dạng nhất định, chiều dài của ngọn đuốc và cũng có thiết kế bền, đáng tin cậy và dễ sử dụng. Để kim phun hoạt động trơn tru, điều quan trọng là S phải được làm sạch tốt tro và bitum. Vòi phun có các hoạt động cơ học (chất lỏng dưới áp suất riêng của nó) và khí nén (không khí cũng tham gia phun).

Tận dụng nhiệt đốt cháy lưu huỳnh.

Phản ứng tỏa nhiệt cao nên tỏa ra một lượng nhiệt lớn và nhiệt độ khí ra khỏi lò là 1100-1300 0 C. Để oxy hóa tiếp xúc SO 2, nhiệt độ khí ở đầu vào lò thứ nhất là 1100-1300 0 C. nhiệt độ lớp của lò không được vượt quá 420 - 450 0 C. Vì vậy, trước giai đoạn oxy hóa SO 2 cần làm mát dòng khí và tận dụng lượng nhiệt thừa. Trong các hệ thống axit sulfuric hoạt động bằng lưu huỳnh để thu hồi nhiệt, nồi hơi nhiệt thải ống nước có tuần hoàn nhiệt tự nhiên được sử dụng rộng rãi nhất. SETA – C (25 – 24); RKS 95/4.0 – 440.

Nồi hơi công nghệ năng lượng RKS 95/4.0 – 440 là loại nồi hơi ống nước, tuần hoàn tự nhiên, kín khí, được thiết kế để vận hành với điều áp. Lò hơi bao gồm các thiết bị bay hơi ở giai đoạn 1 và 2, bộ tiết kiệm từ xa ở giai đoạn 1 và 2, bộ quá nhiệt từ xa ở giai đoạn 1 và 2, một trống và lò nung để đốt lưu huỳnh. Hộp cứu hỏa được thiết kế để đốt tới 650 tấn chất lỏng. Lưu huỳnh mỗi ngày. Lò bao gồm hai lốc xoáy được kết nối tương đối với nhau một góc 110 0 và một buồng chuyển tiếp.

Vỏ bên trong có đường kính 2,6 m và nằm tự do trên các giá đỡ. Vỏ ngoài có đường kính 3 m. Không khí được đưa vào không gian hình khuyên được tạo thành bởi vỏ trong và vỏ ngoài, sau đó đi vào buồng đốt thông qua các vòi phun. Lưu huỳnh được cung cấp cho lò bằng 8 vòi phun lưu huỳnh, 4 vòi trên mỗi lốc xoáy. Quá trình đốt cháy lưu huỳnh xảy ra trong dòng khí-không khí xoáy. Dòng xoáy đạt được bằng cách đưa không khí theo phương tiếp tuyến vào xyclon đốt thông qua các vòi phun khí, 3 vòi trong mỗi xyclon. Lượng không khí được điều chỉnh bằng các cánh điều khiển bằng điện trên mỗi vòi phun khí. Buồng chuyển tiếp được thiết kế để hướng dòng khí từ lốc xoáy ngang vào ống dẫn khí thẳng đứng của thiết bị bay hơi. Bề mặt bên trong của hộp cứu hỏa được lót bằng gạch mulite-corundum, loại MKS-72, dày 250 mm.

1 – lốc xoáy

2 - buồng chuyển tiếp

3 – thiết bị bay hơi

Sự phụ thuộc của mức độ phân ly của hơi lưu huỳnh vào nhiệt độ.  

Quá trình đốt cháy lưu huỳnh là một quá trình phức tạp do lưu huỳnh có các phân tử có số lượng nguyên tử khác nhau ở các trạng thái đẳng hướng khác nhau và sự phụ thuộc lớn của các tính chất hóa lý của nó vào nhiệt độ. Cơ chế phản ứng và hiệu suất sản phẩm thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ và áp suất oxy.  

Một ví dụ về sự phụ thuộc của điểm sương vào hàm lượng CO2 trong sản phẩm cháy.

Việc đốt lưu huỳnh ở 80 độ có thể xảy ra vì nhiều lý do. Chưa có lý thuyết nào được thiết lập chắc chắn về quá trình này. Người ta cho rằng một phần của điều này xảy ra trong chính hộp cứu hỏa ở nhiệt độ cao và có đủ không khí dư thừa. Nghiên cứu theo hướng này (Hình 66) cho thấy rằng với lượng không khí dư thừa nhỏ (cst 1 05 trở xuống), sự hình thành 80 giây trong khí giảm mạnh.  

Sự đốt cháy lưu huỳnh trong oxy xảy ra ở 280 C và trong không khí - ở 360 C.  

Quá trình đốt cháy lưu huỳnh xảy ra trong toàn bộ thể tích của lò. Trong trường hợp này, khí tập trung hơn và quá trình xử lý chúng được thực hiện trong các thiết bị có kích thước nhỏ hơn và quá trình lọc khí gần như bị loại bỏ. Sulfur dioxide, thu được bằng cách đốt lưu huỳnh, ngoài việc sản xuất axit sulfuric, còn được sử dụng trong một số ngành công nghiệp để lọc dầu chạy như chất làm lạnh, trong sản xuất đường, v.v. SCb được vận chuyển trong các bình và bể chứa bằng thép ở trạng thái lỏng. Quá trình hóa lỏng SO2 được thực hiện bằng cách nén khí đã được sấy khô và làm nguội trước.  

Quá trình đốt cháy lưu huỳnh xảy ra trong toàn bộ thể tích của lò và kết thúc trong các buồng được tạo thành bởi vách ngăn 4, nơi không khí bổ sung được cung cấp. Khí lò nóng chứa sulfur dioxide được loại bỏ khỏi các buồng này.  

Quá trình đốt cháy lưu huỳnh rất dễ quan sát thấy trong lò cơ khí. Ở các tầng trên của lò, nơi có nhiều FeS2 trong vật liệu cháy, toàn bộ ngọn lửa có màu xanh lam - đây là ngọn lửa đặc trưng của quá trình đốt lưu huỳnh.  

Quá trình đốt cháy lưu huỳnh được mô tả bằng phương trình.  

Quá trình đốt cháy lưu huỳnh được quan sát qua kính quan sát trên thành lò. Nhiệt độ của lưu huỳnh nóng chảy nên được duy trì trong khoảng 145 - 155 C. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ, độ nhớt của lưu huỳnh tăng dần và ở 190 C nó biến thành khối dày màu nâu sẫm, cực kỳ khó bơm. và phun.  

Khi lưu huỳnh cháy, mỗi nguyên tử lưu huỳnh có một phân tử oxy.  

Sơ đồ hệ thống tháp tiếp xúc kết hợp sử dụng axit tháp tự nhiên làm nguyên liệu thô.

Khi đốt lưu huỳnh trong lò nung, khí lưu huỳnh đioxit nung thu được có hàm lượng khoảng 14% S02 và nhiệt độ đầu ra của lò khoảng 1000 C. Ở nhiệt độ này, khí đi vào lò hơi đốt nhiệt thải số 7, tại đây có hơi nước. được tạo ra bằng cách giảm nhiệt độ của nó xuống 450 C. Cần phải đưa lưu huỳnh dioxit chứa khoảng 8% SO2 đến thiết bị tiếp xúc 8, do đó, sau nồi hơi thu hồi, một phần khí hoặc toàn bộ khí rang được pha loãng thành 8% SO2 bằng không khí được làm nóng trong bộ trao đổi nhiệt 9. Trong thiết bị tiếp xúc, 50 - 70% sulfur dioxide bị oxy hóa thành anhydrit sulfuric.  

Lưu huỳnh/Lưu huỳnh (S)
số nguyên tử	16
Sự xuất hiện của một chất đơn giản	chất rắn màu vàng nhạt, giòn, không mùi ở dạng nguyên chất
Tính chất của nguyên tử
Khối lượng nguyên tử (khối lượng mol)	32.066 a. e.m. (g/mol)
Bán kính nguyên tử	127 giờ chiều
Năng lượng ion hóa (electron đầu tiên)	999,0 (10,35) kJ/mol (eV)
Cấu hình điện tử	3s 2 3p 4
Tính chất hóa học
Bán kính cộng hóa trị	102 giờ tối
Bán kính ion	30 (+6e) 184 (-2e) chiều
độ âm điện (theo Pauling)	2,58
Thế điện cực	0
trạng thái oxy hóa	6, 4, 2, -2
Tính chất nhiệt động của một chất đơn giản
Tỉ trọng	2,070 g/cm³
Nhiệt dung mol	22,61 J/(Kmol)
Độ dẫn nhiệt	0,27 W/(m·K)
điểm nóng chảy	386K
Nhiệt nóng chảy	1,23 kJ/mol
điểm sôi	717.824K
Nhiệt hóa hơi	10,5 kJ/mol
thể tích mol	15,5 cm³/mol
Mạng tinh thể của một chất đơn giản
Cấu trúc mạng	trực giao
Thông số mạng	a=10,437 b=12,845 c=24,369 Å
tỷ lệ c/a	—
Nhiệt độ Debye	không có K

S	16
32,066
3s 2 3p 4
lưu huỳnh

lưu huỳnh (lưu huỳnh- ký hiệu “S” trong bảng tuần hoàn) là nguyên tố có độ âm điện cao, có tính chất phi kim loại. Trong các hợp chất hydro và oxy, nó được tìm thấy ở nhiều ion khác nhau và tạo thành nhiều axit và muối. Nhiều muối chứa lưu huỳnh tan ít trong nước

Khoáng chất lưu huỳnh tự nhiên

Lưu huỳnh là nguyên tố phổ biến thứ mười sáu trong vỏ trái đất. Nó được tìm thấy ở trạng thái tự do (bản địa) và dạng ràng buộc. Các hợp chất lưu huỳnh tự nhiên quan trọng nhất FeS2 là pyrit sắt hoặc pyrit, ZnS là kẽm blende hoặc sphalerit (wurtzite), PbS là ánh chì hoặc galena, HgS là chu sa, Sb2S3 là stibnite. Ngoài ra, lưu huỳnh còn có trong dầu mỏ, than tự nhiên, khí tự nhiên và đá phiến. Lưu huỳnh là nguyên tố phổ biến thứ sáu trong nước tự nhiên; nó được tìm thấy chủ yếu ở dạng ion sunfat và gây ra độ cứng “không đổi” của nước ngọt. Một yếu tố quan trọng đối với các sinh vật bậc cao, một phần không thể thiếu của nhiều protein, tập trung ở tóc.

Lịch sử phát hiện và nguồn gốc của tên

Lưu huỳnh (Lưu huỳnh, Sufre của Pháp, Schwefel của Đức) ở trạng thái nguyên sinh, cũng như ở dạng hợp chất lưu huỳnh, đã được biết đến từ thời cổ đại. Con người có lẽ đã quen với mùi lưu huỳnh cháy, tác dụng gây ngạt thở của sulfur dioxide và mùi kinh tởm của hydrogen sulfide từ thời tiền sử. Chính vì những đặc tính này mà lưu huỳnh đã được các linh mục sử dụng như một phần của hương thiêng trong các nghi lễ tôn giáo. Lưu huỳnh được coi là tác phẩm của những siêu nhân đến từ thế giới linh hồn hoặc các vị thần dưới lòng đất. Cách đây rất lâu, lưu huỳnh đã bắt đầu được sử dụng như một phần của các hỗn hợp dễ cháy khác nhau cho mục đích quân sự. Homer đã mô tả “khói lưu huỳnh”, tác động chết người của việc đốt khí thải lưu huỳnh. Lưu huỳnh có lẽ là một phần của “ngọn lửa Hy Lạp” khiến đối thủ khiếp sợ.

Khoảng thế kỷ thứ 8 Người Trung Quốc bắt đầu sử dụng nó trong hỗn hợp pháo hoa, đặc biệt là trong các hỗn hợp như thuốc súng. Tính dễ cháy của lưu huỳnh, khả năng nó dễ dàng kết hợp với kim loại để tạo thành sunfua (ví dụ, trên bề mặt các mảnh kim loại), giải thích tại sao nó được coi là “nguyên lý dễ cháy” và là thành phần thiết yếu của quặng kim loại. Presbyter Theophilus (thế kỷ 12) mô tả một phương pháp nung oxy hóa quặng đồng sunfua, có lẽ đã được biết đến ở Ai Cập cổ đại.

Trong thời kỳ giả kim thuật Ả Rập, lý thuyết thủy ngân-lưu huỳnh về thành phần của kim loại đã nảy sinh, theo đó lưu huỳnh được tôn sùng như một thành phần thiết yếu (cha) của tất cả các kim loại. Sau này nó trở thành một trong ba nguyên lý của các nhà giả kim, và sau này “nguyên lý dễ cháy” trở thành nền tảng của lý thuyết nhiên tố. Bản chất nguyên tố của lưu huỳnh được Lavoisier xác lập trong các thí nghiệm đốt cháy của ông. Với sự ra đời của thuốc súng ở châu Âu, sự phát triển của việc khai thác lưu huỳnh tự nhiên bắt đầu, cũng như sự phát triển của phương pháp sản xuất nó từ pyrit; cái sau rất phổ biến ở nước Nga cổ đại. Nó được mô tả lần đầu tiên trong văn học bởi Agricola. Do đó, nguồn gốc chính xác của lưu huỳnh vẫn chưa được xác định, nhưng như đã nêu ở trên, nguyên tố này đã được sử dụng trước khi Chúa giáng sinh và do đó đã quen thuộc với con người từ thời cổ đại.

Nguồn gốc của tên

Nguồn gốc của tiếng Latinh lưu huỳnh không rõ. Tên tiếng Nga của nguyên tố này thường bắt nguồn từ tiếng Phạn “sira” - màu vàng nhạt. Có thể “lưu huỳnh” có liên quan đến “seraphim” trong tiếng Do Thái - số nhiều của “seraph” - lit. cháy và lưu huỳnh cháy tốt. Trong tiếng Nga cổ và tiếng Slav nhà thờ cổ, “lưu huỳnh” nói chung là một chất dễ cháy, bao gồm cả chất béo.

Nguồn gốc lưu huỳnh

Sự tích tụ lớn lưu huỳnh tự nhiên không phổ biến lắm. Nó thường hiện diện nhiều hơn ở một số quặng. Quặng lưu huỳnh tự nhiên là một loại đá xen kẽ với lưu huỳnh nguyên chất.

Khi nào những vùi này được hình thành - đồng thời với các đá đi kèm hoặc muộn hơn? Phương hướng của công tác tìm kiếm, thăm dò phụ thuộc vào câu trả lời cho câu hỏi này. Nhưng, dù đã giao tiếp hàng ngàn năm với lưu huỳnh, nhân loại vẫn chưa có câu trả lời rõ ràng. Có một số lý thuyết mà tác giả của họ có quan điểm trái ngược nhau.

Lý thuyết về sự tổng hợp (nghĩa là sự hình thành đồng thời của lưu huỳnh và đá chủ) cho thấy rằng sự hình thành lưu huỳnh tự nhiên xảy ra ở các lưu vực nông. Vi khuẩn đặc biệt khử sunfat hòa tan trong nước thành hydro sunfua, chất này bay lên cao, đi vào vùng oxy hóa, và ở đây, về mặt hóa học hoặc với sự tham gia của các vi khuẩn khác, bị oxy hóa thành lưu huỳnh nguyên tố. Lưu huỳnh lắng xuống đáy và sau đó tạo thành quặng phù sa chứa lưu huỳnh.

Lý thuyết về biểu sinh (các thể vùi lưu huỳnh được hình thành muộn hơn các loại đá chính) có một số lựa chọn. Phổ biến nhất trong số họ cho rằng nước ngầm, xuyên qua các tầng đá, được làm giàu bằng sunfat. Nếu những vùng nước như vậy tiếp xúc với các mỏ dầu hoặc khí tự nhiên thì các ion sunfat sẽ bị khử bởi hydrocacbon thành hydro sunfua. Hydro sunfua nổi lên bề mặt và khi bị oxy hóa sẽ giải phóng lưu huỳnh tinh khiết trong các lỗ rỗng và vết nứt của đá.

Trong những thập kỷ gần đây, một trong những dạng lý thuyết biểu sinh ngày càng được xác nhận nhiều hơn - lý thuyết về biến chất (dịch từ tiếng Hy Lạp “metasomatosis” có nghĩa là thay thế). Theo đó, quá trình chuyển hóa thạch cao CaSO4-H2O và CaSO4 anhydrite thành lưu huỳnh và canxit CaCO3 liên tục diễn ra ở độ sâu.

Lý thuyết này được các nhà khoa học Liên Xô L. M. Miropolsky và B. P. Krotov đưa ra vào năm 1935. Đặc biệt, thực tế này nói lên lợi ích của nó.

Năm 1961, mỏ Mishrak được phát hiện ở Iraq. Lưu huỳnh ở đây được chứa trong đá cacbonat, tạo thành một vòm được hỗ trợ bởi các cột đi sâu (trong địa chất chúng được gọi là cánh). Những cánh này bao gồm chủ yếu là anhydrit và thạch cao. Hình ảnh tương tự cũng được quan sát thấy ở mỏ Shor-Su trong nước.

Tính nguyên gốc địa chất của các trầm tích này chỉ có thể được giải thích từ quan điểm của lý thuyết biến chất: thạch cao sơ ​​cấp và anhydrit biến thành quặng cacbonat thứ cấp xen kẽ với lưu huỳnh tự nhiên. Không chỉ sự gần nhau của các khoáng chất là quan trọng - hàm lượng lưu huỳnh trung bình trong quặng của các mỏ này bằng với hàm lượng lưu huỳnh liên kết hóa học trong anhydrite. Và các nghiên cứu về thành phần đồng vị của lưu huỳnh và cacbon trong quặng của các trầm tích này đã mang lại cho những người ủng hộ lý thuyết biến chất những lập luận bổ sung.

Nhưng có một “nhưng”: tính chất hóa học của quá trình chuyển hóa thạch cao thành lưu huỳnh và canxit vẫn chưa rõ ràng, và do đó không có lý do gì để coi lý thuyết về biến chất là lý thuyết duy nhất đúng. Vẫn còn những hồ trên trái đất (đặc biệt là hồ Sernoye gần Sernovodsk), nơi diễn ra quá trình lắng đọng lưu huỳnh tổng hợp và phù sa chứa lưu huỳnh không chứa thạch cao hay anhydrite.

Sự đa dạng của các lý thuyết và giả thuyết về nguồn gốc của lưu huỳnh tự nhiên không chỉ là kết quả của sự thiếu hiểu biết của chúng ta mà còn là kết quả của sự phức tạp của các hiện tượng xảy ra ở độ sâu. Tất cả chúng ta đều biết từ môn toán tiểu học rằng những con đường khác nhau có thể dẫn đến cùng một kết quả. Luật này cũng áp dụng cho địa hóa học.

Biên lai

Lưu huỳnh thu được chủ yếu bằng cách nấu chảy lưu huỳnh tự nhiên trực tiếp ở những nơi nó xuất hiện dưới lòng đất. Quặng lưu huỳnh được khai thác theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện xuất hiện. Trầm tích lưu huỳnh hầu như luôn đi kèm với sự tích tụ khí độc - hợp chất lưu huỳnh. Ngoài ra, chúng ta không được quên khả năng tự bốc cháy.

Khai thác quặng lộ thiên xảy ra như thế này. Máy xúc đi bộ loại bỏ các lớp đá bên dưới có quặng. Lớp quặng bị nghiền nát bởi các vụ nổ, sau đó các khối quặng được gửi đến nhà máy luyện lưu huỳnh, nơi lưu huỳnh được tách ra khỏi tinh quặng.

Năm 1890, Hermann Frasch đề xuất nấu chảy lưu huỳnh dưới lòng đất và bơm nó lên bề mặt qua các giếng dầu. Điểm nóng chảy tương đối thấp (113°C) của lưu huỳnh đã khẳng định ý tưởng của Frasch là thực tế. Năm 1890, các cuộc thử nghiệm bắt đầu dẫn đến thành công.

Có một số phương pháp đã biết để thu được lưu huỳnh từ quặng lưu huỳnh: dùng hơi nước, lọc, nhiệt, ly tâm và chiết.

Lưu huỳnh cũng được chứa với số lượng lớn trong khí tự nhiên ở trạng thái khí (dưới dạng hydro sunfua, sulfur dioxide). Trong quá trình khai thác, nó bám vào thành ống và thiết bị, khiến chúng không thể hoạt động được. Vì vậy, nó được thu hồi từ khí càng nhanh càng tốt sau khi sản xuất. Lưu huỳnh mịn tinh khiết về mặt hóa học thu được là nguyên liệu thô lý tưởng cho ngành công nghiệp hóa chất và cao su.

Mỏ lưu huỳnh tự nhiên có nguồn gốc núi lửa lớn nhất nằm trên đảo Iturup với trữ lượng loại A+B+C1 - 4227 nghìn tấn và loại C2 - 895 nghìn tấn, đủ để xây dựng một doanh nghiệp có công suất 200 nghìn tấn. tấn lưu huỳnh dạng hạt mỗi năm.

Nhà sản xuất

Các nhà sản xuất lưu huỳnh chính ở Nga là các doanh nghiệp của OJSC Gazprom: LLC Gazprom Dobycha Astrakhan và LLC Gazprom Dobycha Orenburg, nhận nó như một sản phẩm phụ trong quá trình lọc khí.

Tính chất vật lý

Sự phát triển tự nhiên của các tinh thể lưu huỳnh tự nhiên

Lưu huỳnh khác biệt đáng kể so với ôxy khả năng hình thành chuỗi và chu trình ổn định của các nguyên tử lưu huỳnh. Ổn định nhất là các phân tử S8 tuần hoàn, có hình dạng vương miện, tạo thành lưu huỳnh trực thoi và đơn tà. Lưu huỳnh kết tinh này là một chất màu vàng giòn. Ngoài ra, có thể có các phân tử có chuỗi kín (S4, S6) và chuỗi mở. Thành phần này có lưu huỳnh dẻo, chất màu nâu. Công thức của lưu huỳnh nhựa thường được viết đơn giản là S, vì mặc dù nó có cấu trúc phân tử nhưng nó là hỗn hợp của các chất đơn giản với các phân tử khác nhau. Lưu huỳnh không hòa tan trong nước; một số biến thể của nó hòa tan trong dung môi hữu cơ, chẳng hạn như cacbon disulfua. Lưu huỳnh được sử dụng để sản xuất axit sulfuric, lưu hóa cao su, làm thuốc diệt nấm trong nông nghiệp và làm lưu huỳnh keo - một sản phẩm thuốc. Ngoài ra, lưu huỳnh trong chế phẩm bitum lưu huỳnh được sử dụng để sản xuất nhựa đường lưu huỳnh và thay thế xi măng Portland để sản xuất bê tông lưu huỳnh S + O 2 = SO 2.

Sử dụng phân tích quang phổ, người ta đã xác định rằng trên thực tế quá trình oxy hóa lưu huỳnh thành điôxít là một phản ứng dây chuyền và xảy ra với sự hình thành một số sản phẩm trung gian: lưu huỳnh monoxit S 2 O 2, lưu huỳnh phân tử S 2, nguyên tử lưu huỳnh tự do S và các gốc tự do của lưu huỳnh monoxit SO.

Khi tương tác với kim loại, nó tạo thành sunfua. 2Na + S = Na 2 S

Khi thêm lưu huỳnh vào các sunfua này, polysulfua được hình thành: Na 2 S + S = Na 2 S 2

Khi đun nóng, lưu huỳnh phản ứng với cacbon, silic, phốt pho, hydro:
C + 2S = CS 2 (đisulfua cacbon)

Khi đun nóng, lưu huỳnh tan trong kiềm - phản ứng không cân xứng
3S + 6KOH = K 2 SO 3 + 2K 2 S + 3H 2 O

Tính chất nguy hiểm cháy của lưu huỳnh

Lưu huỳnh được nghiền mịn có xu hướng tự bốc cháy hóa học khi có hơi ẩm, khi tiếp xúc với các tác nhân oxy hóa và cả trong hỗn hợp với than, chất béo và dầu. Lưu huỳnh tạo thành hỗn hợp dễ nổ với nitrat, clorat và peclorat. Tự bốc cháy khi tiếp xúc với thuốc tẩy.

Chất chữa cháy: phun nước, bọt cơ khí.

Phát hiện quá trình đốt cháy lưu huỳnh là một vấn đề khó khăn. Ngọn lửa rất khó phát hiện bằng mắt người hoặc máy quay phim; quang phổ của ngọn lửa xanh chủ yếu nằm ở vùng tử ngoại. Sự cháy xảy ra ở nhiệt độ thấp. Để phát hiện sự cháy bằng đầu dò nhiệt, nó phải được đặt trực tiếp gần lưu huỳnh. Ngọn lửa lưu huỳnh không phát ra bức xạ hồng ngoại. Bằng cách này, nó sẽ không bị phát hiện bởi các máy dò hồng ngoại thông thường. Họ sẽ chỉ phát hiện các đám cháy thứ cấp. Ngọn lửa lưu huỳnh không thoát ra hơi nước. Vì vậy, đầu báo lửa UV sử dụng hợp chất niken sẽ không hoạt động.

Vì thể tích không khí bao gồm khoảng 21% oxy và 79% nitơ, và khi lưu huỳnh cháy, một thể tích oxy tạo ra một thể tích SO2, nên hàm lượng SO2 tối đa về mặt lý thuyết có thể có trong hỗn hợp khí là 21%. Trong thực tế, quá trình cháy xảy ra khi có một lượng không khí dư thừa và hàm lượng thể tích của SO2 trong hỗn hợp khí thấp hơn mức có thể đạt được về mặt lý thuyết, thường lên tới 14...15%.

Sự đốt cháy lưu huỳnh chỉ xảy ra ở trạng thái nóng chảy, tương tự như quá trình đốt cháy chất lỏng. Lớp lưu huỳnh cháy trên cùng sôi lên, tạo thành hơi tạo thành ngọn lửa phát sáng lờ mờ cao tới 5 cm. Nhiệt độ ngọn lửa khi đốt lưu huỳnh là 1820 °C.

Cháy kho chứa lưu huỳnh

Vào tháng 12 năm 1995, một vụ hỏa hoạn lớn xảy ra tại kho chứa lưu huỳnh lộ thiên của một công ty nằm ở Somerset West, Western Cape, Nam Phi, khiến hai người thiệt mạng.

Vào ngày 16 tháng 1 năm 2006, vào khoảng 5 giờ tối, một nhà kho chứa lưu huỳnh bốc cháy tại doanh nghiệp Cherepovets “Ammofos”. Tổng diện tích đám cháy khoảng 250 mét vuông. Chỉ có thể loại bỏ hoàn toàn nó vào đầu đêm thứ hai. Không có thương vong hoặc thương tích.

Vào ngày 15 tháng 3 năm 2007, vào sáng sớm tại Nhà máy Vật liệu sợi Balkovo LLC, một vụ hỏa hoạn đã xảy ra tại một nhà kho chứa lưu huỳnh đã đóng cửa. Diện tích cháy là 20 m2. Có 4 đội cứu hỏa với 13 người làm nhiệm vụ chữa cháy. Khoảng nửa giờ sau, ngọn lửa được dập tắt. Không ai bị thương.

Vào ngày 4 và 9 tháng 3 năm 2008, một vụ cháy lưu huỳnh đã xảy ra ở vùng Atyrau tại cơ sở lưu trữ lưu huỳnh TCO tại mỏ Tengiz. Trong trường hợp đầu tiên, ngọn lửa được dập tắt nhanh chóng; trong trường hợp thứ hai, lưu huỳnh cháy trong 4 giờ. Khối lượng chất thải lọc dầu đốt, theo luật pháp Kazakhstan, bao gồm cả lưu huỳnh, lên tới hơn 9 nghìn kg.

Vào tháng 4 năm 2008, cách làng Kryazh, vùng Samara không xa, một nhà kho chứa 70 tấn lưu huỳnh đã bốc cháy. Vụ cháy được xếp vào loại phức tạp thứ hai. 11 đội cứu hỏa và cứu hộ đã có mặt tại hiện trường vụ việc. Vào thời điểm đó, khi lính cứu hỏa đến gần nhà kho, không phải toàn bộ lưu huỳnh đều cháy mà chỉ một phần nhỏ - khoảng 300 kg. Diện tích cháy bao gồm cả bãi cỏ khô cạnh nhà kho rộng 80 m2. Lính cứu hỏa đã nhanh chóng dập tắt ngọn lửa và khoanh vùng đám cháy: đám cháy được bao phủ bằng đất và chứa đầy nước.

Vào tháng 7 năm 2009, lưu huỳnh bị đốt cháy ở Dneprodzerzhinsk. Một vụ hỏa hoạn đã xảy ra tại một trong những nhà máy hóa chất than cốc ở quận Bagleysky của thành phố. Ngọn lửa đã tiêu tốn hơn 8 tấn lưu huỳnh. Không có nhân viên nào của nhà máy bị thương.