Блог

Aug 30, 2023

Добыча и переработка серы

Когда вы думаете о таблице Менделеева, некоторые элементы обладают совершенно ненаучной атмосферой, но, тем не менее, неоспоримой. Очевидными примерами являются драгоценные металлы, такие как золото и серебро.

Когда вы думаете о таблице Менделеева, некоторые элементы обладают совершенно ненаучной атмосферой, но, тем не менее, неоспоримой. Драгоценные металлы, такие как золото и серебро, являются очевидными примерами, поскольку они всегда ассоциировались с богатством королей. Медь и железо — прочные металлы рабочего класса, каждый из которых достоин того, чтобы в его честь были названы целые эпохи человеческой промышленности, а кремний сейчас составляет основу нашей нынешней информационной эпохи. Углерод создает химию самой жизни и питает почти все человеческие начинания, и никто из нас не смог бы далеко продвинуться без кислорода.

А как насчет серы? Кажется, никто особо не думает о плохой сере, а когда они это делают, то это, как правило, носит уничижительный характер. Сера придает зловонный запах тухлым яйцам, угрожает нам, когда она извергается из жерл вулканов, и может стать смертельной угрозой, если ее использовать для изготовления пороха. Сера кажется чем-то более связанным с вредными процессами и мрачными фабриками ранней промышленной революции, а не компонентом нашего современного, высокотехнологичного мира.

И все же, несмотря на дурную репутацию и низкую технологичность, на самом деле существует несколько промышленных процессов, которые каким-либо образом не зависят от огромных количеств серы. Сера является важнейшим ингредиентом в процессах, которые составляют основу почти всей промышленности, поэтому ее производство обычно является вопросом национальной и экономической безопасности, что странно, учитывая, что почти вся используемая нами сера извлекается из отходов других промышленных процессов.

Сера — один из тех элементов, которых во Вселенной очень много, и хотя она действительно встречается в элементарном состоянии, чаще всего ее можно найти в виде соединения с чем-то еще. Это происходит благодаря способности серы образовывать более 30 аллотропов или различных форм в одном и том же физическом состоянии, а также широкому спектру химических реакций, в которых она участвует — в таблице Менделеева есть сульфид или сульфат почти каждого другого элемента, за исключением для этих высокомерных благородных газов.

На Земле сера обычно содержится в сульфидных минералах, где атом с положительным зарядом связывается с одним или несколькими отрицательно заряженными атомами серы. Примеры включают халькоцит (сульфид меди), галенит (сульфид свинца), киноварь (сульфид ртути) и пирит (сульфид железа). Также распространены сульфаты, в которых сера и кислород связываются катионом; например, гипс, используемый для изготовления гипсокартонных плит и труб из ПВХ, представляет собой сульфат кальция.

Обилие сульфидных и сульфатных минералов, а также тот факт, что все, с чем связана сера в этих минералах, ценно само по себе, означает, что серу можно извлечь как побочный продукт плавильных операций, особенно при выплавке свинца, меди, и цинковые руды. Мы довольно подробно рассмотрели выплавку меди; Основной процесс тот же, что и для большинства плавок сульфидных минералов, и для удаления сульфидов используется тепло. В менее экологически чистые времена, когда существовали другие, более дешевые источники серы, содержащие серу дымовые газы просто выбрасывались, что приводило к серии реакций в атмосфере, кульминацией которых было падение серной кислоты с неба — кислотные дожди.

Однако извлечение серы из дымовых газов плавильных заводов составляет лишь небольшую часть текущего производства серы — сейчас в США всего около 7%. Большая часть производства серы в мире приходится либо на переработку нефти, либо на добычу природного газа, где сульфиды являются загрязнителями, которые необходимо удалять. Очистка сульфидов от «кислых» газов — названных так потому, что они одновременно кислые и имеют неприятный запах из-за сероводорода (H2S) — это работа аминного очистителя или подсластителя. Аминные очистители используются во всех видах промышленных процессов; мы столкнулись с ними еще тогда, когда обсуждали, как получают гелий из природного газа. Обработка амином основана на способности растворов аминов, таких как моноэтаноламин (МЭА) и диэтаноламин (ДЭА), вступать в реакцию с кислыми газами, такими как H2S и CO2, и делать их более растворимыми в промывном растворе, чем в технологическом газе. Затем раствор амина, богатого сульфидами, кипятят, чтобы удалить сульфиды и регенерировать амин для повторного использования. Этот процесс делает поступающий сернистый газ достаточно чистым для выброса в атмосферу, а также обеспечивает поставку H2S, который затем может быть переработан в элементарную серу.