Характеристика серы. Применение серы. Медицинская сера. Серная промышленность

Сера – одно из немногих веществ, которыми уже несколько тысяч лет назад оперировали первые «химики». Она стала служить человечеству задолго до того, как заняла в таблице Менделеева клетку под №16.

Об одном из самых древних (хотя и гипотетических!) применений серы рассказывают многие старинные книги. Как источник тепла при термообработке грешников серу живописуют и Новый и Ветхий заветы. И если книги такого рода не дают достаточных оснований для археологических раскопок в поисках остатков райских кущ или геенны огненной, то их свидетельство о том, что древние были знакомы с серой и некоторыми ее свойствами, можно принять на веру.

Одна из причин этой известности – распространенность самородной серы в странах древнейших цивилизаций. Месторождения этого желтого горючего вещества разрабатывались греками и римлянами, особенно в Сицилии, которая вплоть до конца прошлого века славилась в основном серой.

С древнейших времен серу использовали для религиозно-мистических целей, ее зажигали при различных церемониях и ритуалах. Но так же давно элемент №16 приобрел и вполне мирские назначения: серой чернили оружие, ее употребляли при изготовлении косметических и лекарственных мазей, ее жгли для отбелки тканей и для борьбы с насекомыми. Добыча серы значительно увеличилась после того, как был изобретен черный порох. Ведь сера (вместе с углем и селитрой) – непременный его компонент.

И сейчас пороховое производство потребляет часть добываемой серы, правда весьма незначительную. В наше время сера – один из важнейших видов сырья для многих химических производств. И в этом причина непрерывного роста мирового производства серы.

Происхождение серы

Большие скопления самородной серы встречаются не так уж часто. Чаще она присутствует в некоторых рудах. Руда самородной серы – это порода с вкраплениями серы.

Когда образовались эти вкрапления – одновременно с сопутствующими породами или позже? От ответа на этот вопрос зависит направление поисковых и разведочных работ. Но, несмотря на тысячелетия общения с серой, человечество до сих пор не имеет однозначного ответа. Существует несколько теорий, авторы которых придерживаются противоположных взглядов.

Теория сингенеза (т.е. одновременного образования серы и вмещающих пород) предполагает, что образование самородной серы происходило в мелководных бассейнах. Особые бактерии восстанавливали сульфаты, растворенные в воде, до сероводорода, который поднимался вверх, попадал в окислительную зону и здесь химическим путем или при участии других бактерий окислялся до элементарной серы. Сера осаждалась на дно, и впоследствии содержащий серу ид образовал руду.

Теория эпигенеза (вкрапления серы образовались позднее, чем основные породы) имеет несколько вариантов. Самый распространенный из них предполагает, что подземные воды, проникая сквозь толщи пород, обогащаются сульфатами. Если такие воды соприкасаются с месторождениями нефти или природного газа, то ионы сульфатов восстанавливаются углеводородами до сероводорода. Сероводород поднимается к поверхности и, окисляясь, выделяет чистую серу в пустотах и трещинах пород.

В последние десятилетия находит все новые подтверждения одна из разновидностей теории эпигенеза – теория метасоматоза (в переводе с греческого «метасоматоз» означает «замещение». Согласно ей в недрах постоянно происходит превращение гипса CaSO 4 · 2H 2 O и ангидрита CaSO 4 в серу и кальцит СаCO 3 . Эта теория создана в 1935 г. советскими учеными Л.М. Миропольским и Б.П. Кротовым. В ее пользу говорит, в частности, такой факт.

В 1961 г. в Ираке было открыто месторождение Мишрак. Сера здесь заключена в карбонатных породах, которые образуют свод, поддерживаемый уходящими вглубь опорами (в геологии их называют крыльями). Крылья эти состоят в основном из ангидрита и гипса. Такая же картина наблюдалась на отечественном месторождении Шор-Су.

Геологическое своеобразие этих месторождений можно объяснить только с позиций теории метасоматоза: первичные гипсы и ангидриты превратились во вторичные карбонатные руды с вкраплениями самородной серы. Важно не только соседство минералов – среднее содержание серы в руде этих месторождений равно содержанию химически связанной серы в ангидрите. А исследования изотопного состава серы и углерода в руде этих месторождений дали сторонникам теории метасоматоза дополнительные аргументы.

Но есть одно «но»: химизм процесса превращения гипса в серу и кальцит пока не ясен, и потому нет оснований считать теорию метасоматоза единственно правильной. На Земле и сейчас существуют озера (в частности, Серное озеро близ Серноводска), где происходит сингенетическое отложение серы и сероносный ил не содержит ни гипса, ни ангидрита.

Все это означает, что разнообразие теорий и гипотез о происхождении самородной серы – результат не только и не столько неполноты наших знаний, сколько сложности явлений, происходящих в недрах. Еще из элементарной школьной математики все мы знаем, что к одному результату могут привести разные пути. Этот закон распространяется и на геохимию.

Добыча серы

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.

Кристаллы и макромолекулы

В том, что сера – самостоятельный химический элемент, а не соединение, первым убедился великий французский химик Антуан Лоран Лавуазье в XVIII в.

С тех пор представления о сере как элементе изменились не очень сильно, но значительно углубились и дополнились.

Сейчас известно, что элемент №16 состоит из смеси четырех устойчивых изотопов с массовыми числами 32, 33, 34 и 36. Это типичный неметалл.

Лимонно-желтые кристаллы чистой серы полупрозрачны. Форма кристаллов не всегда одинакова. Чаще всего встречается ромбическая сера (наиболее устойчивая модификация) – кристаллы имеют вид октаэдров со срезанными углами. В эту модификацию при комнатной (или близкой к комнатной) температуре превращаются все прочие модификации. Известно, например, что при кристаллизации из расплава (температура плавления серы 119,5°C) сначала получаются игольчатые кристаллы (моноклинная форма). Но эта модификация неустойчива, и при температуре 95,6°C она переходит в ромбическую. Подобный процесс происходит и с другими модификациями серы.

Напомним известный опыт – получение пластической серы.

Если расплавленную серу вылить в холодную воду, образуется эластичная, во многом похожая на резину масса. Ее можно получить и в виде нитей. Но проходит несколько дней, и масса перекристаллизуется, становится жесткой и ломкой.

Молекулы кристаллов серы всегда состоят из восьми атомов (S 8), а различие в свойствах модификаций серы объясняется полиморфизмом – неодинаковым строением кристаллов. Атомы в молекуле серы построены в замкнутый цикл, образующий своеобразный венец. При плавлении связи в цикле рвутся, и циклические молекулы превращаются в линейные.

Необычному поведению серы при плавлении даются различные толкования. Одно из них – такое. При температуре от 155 до 187°, по-видимому, происходит значительный рост молекулярного веса, это подтверждается многократным увеличением вязкости. При 187°C вязкость расплава достигает чуть ли не тысячи пуаз, получается почти твердое вещество. Дальнейший рост температуры приводит к уменьшению вязкости (молекулярный вес падает).

При 300°C сера вновь переходит в текучее состояние, а при 444,6°C закипает.

У паров серы с повышением температуры число атомов в молекуле постепенно уменьшается: S8 → S6 → S4 → (800°C) S 2 . При 1700°C пары серы одноатомны.

Коротко о соединениях серы

По распространенности элемент №16 занимает 15-е место. Содержание серы в земной коре составляет 0,05% по весу. Это немало.

К тому же сера химически активна и вступает в реакции с большинством элементов. Поэтому в природе сера встречается не только в свободном состоянии, но и в виде разнообразных неорганических соединений. Особенно распространены сульфаты (главным образом щелочных и щелочноземельных металлов) и сульфиды (железа, меди, цинка, свинца). Сера есть и в углях, сланцах, нефти, природных газах, в организмах животных и растений.

При взаимодействии серы с металлами, как правило, выделяется довольно много тепла. В реакциях с кислородом сера дает несколько окислов, из них самые важные SO 2 и SO 3 – ангидриды сернистой H 2 SO 3 и серной Н 2 SO 4 кислот. Соединение серы с водородом – сероводород H 2 S – очень ядовитый зловонный газ, всегда присутствующий в местах гниения органических остатков. Земная кора в местах, расположенных близ месторождений серы, часто содержит довольно значительные количества сероводорода. В водном растворе этот газ обладает кислотными свойствами. Хранить его растворы на воздухе нельзя, он окисляется с выделением серы:

2H 2 S + О 2 → 2Н 2 О + 2S.

Сероводород – сильный восстановитель. Этим его свойством пользуются во многих химических производствах.

Для чего нужна сера

Среди вещей, окружающих нас, мало таких, для изготовления которых не нужны были бы сера и ее соединения. Бумага и резина, эбонит и спички, ткани и лекарства, косметика и пластмассы, взрывчатка и краска, удобрения и ядохимикаты – вот далеко не полный перечень вещей и веществ, для производства которых нужен элемент №16. Для того чтобы изготовить, например, автомобиль, нужно израсходовать около 14 кг серы. Можно без преувеличения сказать, что промышленный потенциал страны довольно точно определяется потреблением серы.

Значительную часть мировой добычи серы поглощает бумажная промышленность (соединения серы помогают выделить целлюлозу). Для того чтобы произвести 1 т целлюлозы, нужно затратить более 100 кг серы. Много элементарной серы потребляет и резиновая промышленность – для вулканизации каучуков.

В сельском хозяйстве сера применяется как в элементарном виде, так и в различных соединениях. Она входит в состав минеральных удобрений и препаратов для борьбы с вредителями. Наряду с фосфором, калием и другими элементами сера необходима растениям. Впрочем, большая часть вносимой в почву серы не усваивается ими, но помогает усваивать фосфор. Серу вводят в почву вместе с фосфоритной мукой. Имеющиеся в почве бактерии окисляют ее, образующиеся серная и сернистая кислоты реагируют с фосфоритами, и в результате получаются фосфорные соединения, хорошо усваиваемые растениями.

Однако основной потребитель серы – химическая промышленность. Примерно половина добываемой в мире серы идет на производство серной кислоты. Чтобы получить 1 т H 2 SО 4 , нужно сжечь около 300 кг серы. А роль серной кислоты в химической промышленности сравнима с ролью хлеба в нашем питании.

Значительное количество серы (и серной кислоты) расходуется при производстве взрывчатых веществ и спичек. Чистая, освобожденная от примесей сера нужна для производства красителей и светящихся составов.

Соединения серы находят применение в нефтехимической промышленности. В частности, они необходимы при производстве антидетонаторов, смазочных веществ для аппаратуры сверхвысоких давлений; в охлаждающих маслах, ускоряющих обработку металла, содержится иногда до 18% серы.

Перечисление примеров, подтверждающих первостепенную важность элемента №16, можно было бы продолжить, но «нельзя объять необъятное». Поэтому вскользь упомянем, что сера необходима и таким отраслям промышленности, как горнодобывающая, пищевая, текстильная, и – поставим точку.

Наш век считается веком «экзотических» материалов – трансурановых элементов, титана, полупроводников и так далее. Но внешне непритязательный, давно известный элемент №16 продолжает оставаться абсолютно необходимым. Подсчитано, что в производстве 88 из 150 важнейших химических продуктов используют либо саму серу, либо ее соединения.

Из древних и средневековых книг

«Сера применяется для очищения жилищ, так как многие держатся мнения, что запах и горение серы могут предохранить от всяких чародейств и прогнать всякую нечистую силу».

Плиний Старший, «Естественная история» I в. н.э.

«Если травы чахлы, бедны соками, а ветви и листва деревьев имеют окраску тусклую, грязную, темноватую вместо блестящего зеленого цвета, это признак, что подпочва изобилует минералами, в которых господствует сера».

«Если руда очень богата серой, ее зажигают на широком железном листе с множеством отверстий, через которые сера вытекает в горшки, наполненные доверху водой».

«Сера входит также в состав ужасного изобретения – порошка, который может метать далеко вперед куски железа, бронзы или камня – орудие войны нового тина».

Агрикола, «О царстве минералов», XVI в.

Как испытывали серу в XIV веке

«Если ты хочешь испытать серу, хороша она или нет, то возьми кусок серы в руку и поднеси к уху. Если сера трещит так, что ты слышишь ее треск, значит она хороша; если же сера молчит и не трещит, то она нехороша...»

Этот своеобразный метод определения качества материала на слух (применительно к сере) может быть использован и сейчас. Экспериментально подтвердилось, что «трещит» только сера, содержащая не больше одного процента примесей. Иногда дело не ограничивается только треском – кусок серы раскалывается на части.

Удушающий серный газ

Как известно, выдающийся естествоиспытатель древности Плиний Старший погиб в 79 г. н.э. при извержении вулкана. Его племянник в письме историку Тациту писал: «...Вдруг раздались раскаты грома, и от горного пламени покатились вниз черные серные пары. Все разбежались. Плиний поднялся и, опираясь на двух рабов, думал тоже уйти; но смертоносный пар окружил его со всех сторон, его колени подогнулись, он снова упал и задохся».

«Черные серные пары», погубившие Плиния, состояли, конечно, не только из парообразной серы. В состав вулканических газов входят и сероводород, и двуокись серы. Эти газы обладают не только резким запахом, но и большой токсичностью. Особенно опасен сероводород. В чистом виде он убивает человека почти мгновенно. Опасность велика даже при незначительном (порядка 0,01%) содержании сероводорода в воздухе. Сероводород тем более опасен, что он может накапливаться в организме. Он соединяется с железом, входящим в состав гемоглобина, что может привести к тяжелейшему кислородному голоданию и смерти. Сернистый газ (двуокись серы) менее токсичен, однако выпуск его в атмосферу приводил к тому, что вокруг металлургических заводов гибла вся растительность. Поэтому на всех предприятиях, производящих или использующих эти газы; вопросам техники безопасности уделяется особое внимание.

Сернистый газ и соломенная шляпка

Соединяясь с водой, сернистый газ образует слабую сернистую кислоту Н 2 SO 3 , существующую только в растворах. В присутствии влаги сернистый газ обесцвечивает многие красители. Это свойство используется для отбелки шерсти, шелка, соломы. Но такие соединения, как правило, не обладают большой стойкостью, и белые соломенные шляпки со временем приобретают первоначальную грязно-желтую окраску.

Сернистый ангидрид SO 3 в обычных условиях представляет собой бесцветную очень летучую жидкость, кипящую при 44,8°C. Твердеет он при –16,8°C и становится очень похожим на обыкновенный лед. Но есть и другая – полимерная модификация твердого серного ангидрида (формулу его в этом случае следовало бы писать (SO 3) n ). Внешне она очень похожа на асбест, ее волокнистую структуру подтверждают рентгенограммы. Строго определенной точки плавления эта модификация не имеет, что свидетельствует о ее неоднородности.

Гипс и алебастр

Гипс CaSO 4 · 2Н 2 O – один из самых распространенных минералов. Но распространенные в медицинской практике «гипсовые шины» делаются не из природного гипса, а из алебастра. Алебастр отличается от гипса только количеством кристаллизационной воды в молекуле, его формула 2CaSO 4 · Н 2 O. При «варке» алебастра (процесс идет при 160...170°C в течение 1,5...2 часов) гипс теряет три четверти кристаллизационной воды, и материал приобретает вяжущие свойства. Алебастр жадно захватывает воду, при этом происходит быстрая беспорядочная кристаллизация. Разрастись кристаллики не успевают, но сплетаются друг с другом; масса, образованная ими, в мельчайших подробностях воспроизводит форму, в которой происходит твердение. Химизм происходящего в это время процесса обратен происходящему при варке: алебастр превращается в гипс. Поэтому отливка – гипсовая, маска – гипсовая, повязка – тоже гипсовая, а делаются они из алебастра.

Глауберова соль

Соль Na 2 SO 4 · 10H 2 O, открытая крупнейшим немецким химиком XVII в. Иоганном Рудольфом Глаубером и названная в его честь, до сих пор широко применяется в медицине, стеклоделии, кристаллографических исследованиях. Глаубер так описывал ее: «Эта соль, если она хорошо приготовлена, имеет вид льда; она образует длинные, совершенно прозрачные кристаллы, которые растапливаются на языке, как лед. У нее вкус обыкновенной соли, без всякой едкости. Брошенная на пылающие угли, она не растрескивается с шумом, как обыкновенная кухонная соль, и не воспламеняется со взрывом, как селитра. Она без запаха и выносит любую степень жара. Ее можно применять с выгодой в медицине как снаружи, так и внутрь. Она заживляет свежие раны, не раздражая их. Это превосходное внутреннее лекарство: будучи растворена в воде и дана больному, она очищает кишки».

Минерал глауберовой соли называется мирабилитом (от латинского «mirabilis» – удивительный). Название происходит от имени, которое дал Глаубер открытой им соли; он назвал ее чудесной. Крупнейшие в мире разработки этого вещества находятся в нашей стране, чрезвычайно богата глауберовой солью вода знаменитого залива Кара-Богаз-Гол. Дно залива буквально устлано ею.

Сульфиты, сульфаты, тиосульфаты...

Если вы фотолюбитель, вам необходим фиксаж, т.е. натриевая соль серноватистой (тиосерной) кислоты Н 2 S 2 O 3 . Тиосульфат натрия Na 2 S 2 O 3 (он же гипосульфит) служил поглотителем хлора в первых противогазах.

Если вы порезались во время бритья, кровь можно остановить кристаллом алюмокалиевых квасцов KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O.

Если вы хотите побелить потолки, покрыть медью какой-либо предмет или уничтожить вредителей в саду – вам не обойтись без темно-синих кристаллов медного купороса CuSO 4 · 5Н 2 О.

Бумага, на которой напечатана эта книга, сделана с помощью гидросульфита кальция Са(НSO 3) 2 .

Широко используются также железный купорос FeSO 4 · 7H 2 O, хромовые квасцы K 2 SO 4 · Cr 2 (SO 4) 3 · 2Н 2 O и многие другие соли серной, сернистой и тиосерной кислот.

Киноварь

Если в лаборатории разлили ртуть (возникла опасность отравления ртутными парами!), ее первым делом собирают, а те места, из которых серебристые капли не извлекаются, засыпают порошкообразной серой. Ртуть и сера вступают в реакцию даже в твердом состоянии – при простом соприкосновении. Образуется кирпично-красная киноварь – сульфид ртути – химически крайне инертное и безвредное вещество.

Выделить ртуть из киновари несложно. Многие другие металлы, в частности железо, вытесняют ртуть из киновари.

Серобактерии

В природе постепенно происходит круговорот серы, подобный круговороту азота или углерода. Растения потребляют серу – ведь ее атомы входят в состав белка. Растения берут серу из растворимых сульфатов, а гнилостные бактерии превращают серу белков в сероводород (отсюда – отвратительный запах гниения).

Но есть так называемые серобактерии, которым вообще не нужна органическая пища. Они питаются сероводородом, и в их организмах в результате реакции между H 2 S, CO 2 и О 2 образуются углеводы и элементарная сера. Серобактерии нередко оказываются переполнены крупинками серы – почти всю их массу составляет сера с очень небольшой «добавкой» органических веществ.

Сера – фармацевтам

Все сульфамидные препараты – сульфидин, сульфазол, норсульфазол, сульгин, сульфодимезин, стрептоцид и другие подавляют активность многочисленных микробов. И все эти лекарства – органические соединения серы. Вот структурные формулы некоторых из них:

После появления антибиотиков роль сульфамидных препаратов несколько уменьшилась. Впрочем, и многие антибиотики можно рассматривать как органические производные серы. В частности, она обязательно входит в состав пенициллина.

Мелкодисперсная элементарная сера – основа мазей, применяемых при лечении грибковых заболеваний кожи.

Нитрид серы проводит ток

В 1975 г. журнал «Кэмикл энд инжениринг ньюс» сообщил о получении нового неорганического полимера, у которого многие свойства – как у металла. Полимерный нитрид серы – политиазил (SN) n легко прессуется и куется, его электропроводность близка к электропроводности ртути. При этом пленки из политиазила не одинаково проводят ток в продольном и поперечном направлении. Это объясняется тем, что пленка построена из упорядоченных, расположенных параллельно друг другу полимерных волокон.

Что можно построить из серы

В 70-х годах в некоторых странах мира производство серы превысило потребности в ней. Поэтому сере стали искать новые применения, прежде всего в таких материалоемких областях, как строительство. В результате этих поисков появились серный пенопласт – как теплоизоляционный материал, бетонные смеси, в которых серой частично или полностью заменен портландцемент, покрытия для автострад, содержащие элементарную серу.

Сера - золотисто-желтое токсическое вещество
и признак активной вулканической деятельности
Токсические и ядовитые камни и минералы

Сера (лат. Sulfur) S, химический элемент VI группы периодической системы Д.И. Менделеева; атомный номер 16, атомная масса 32,06. Природная сера состоит из четырех стабильных изотопов: 32 S (95,02%), 33 S (0,75%), 34 S (4,21%), 36 S (0,02%). Получены искусственные радиоактивные изотопы 31 S (T ½ = 2,4 сек), 35 S (T ½ = 87,1 сут), 37 S (Т ½ = 5,04 мин) и другие.

Историческая справка.

Сера в самородном состоянии, а также в виде сернистых соединений известна с древнейших времен. Она упоминается в Библии и Торе евреев (рукописи Мертвого моря), поэмах Гомера и других. Сера входила в состав "священных" курений при религиозных обрядах (одурманивание пришедших – пьют ртруть и дают красную киноварь в порошке); считалось, что запах горящей серы в сатанинских обрядах ("Все женщины - ведьмы", г. Альмаден, Испания, континент, вместо работы в шахтах на промышленной красной киновари) отгоняет духов (вызывает фрагментированные поражения ствола спинного мозга и головного мозга в основании входащих в него нервов). Серу не применяют в церкви на службах - вместо нее используют более безопасный порошок янтаря (в т.ч. амброид - похож на серу, тоже хрупкий, но более легкий по весу и электризуется при трении, в отличие от серы). Серу в церкви не воскуривают (ересь). Вызывает аборты.

Сера давно стала компонентом зажигательных смесей для военных целей, например "греческого огня" (10 в. н. э.). Около 8 века в Китае стали использовать серу в пиротехнических целях. Издавна серой и ее соединениями лечили кожные заболевания. В период средневековой алхимии (обработка золотисто-желтого и беловатого с серебром и платиной золота жидкой ртутью и красной киноварью с целью получения белой амальгамы, похожей на серебро, т.н. "белое золото") возникла гипотеза, согласно которой сера (начало горючести) и ртуть (начало металличности) считали составными частями всех металлов. Элементарную природу серы установил А. Л. Лавуазье и включил ее в список неметаллических простых тел (1789). В 1822 году Э. Мичерлих доказал аллотропию серы.

Щетка кристаллов серы (60х40 см) с о-ва Сицилия (Италия). Фото: В.И. Дворядкин.

Золото в гальке кварца из битакских конгломератов. Симферополь, Крым (Украина). Фото: А.И. Тищенко.
Страшный имитатор серы, особенно в кристаллах и включениях. Золото - ковкое, сера - хрупкая.

Распространение серы в природе.

Сера относится к весьма распространенным химическим элементам (кларк 4,7 * 10 -2); встречается в свободном состоянии (самородная сера) и в виде соединений - сульфидов, полисульфидов, сульфатов. Вода морей и океанов содержит сульфаты натрия, магния, кальция. Известно более 200 минералов серы, образующихся при эндогенных процессах. В биосфере образуется свыше 150 минералов сера (преимущественно сульфатов); широко распространены процессы окисления сульфидов до сульфатов, которые в свою очередь восстанавливаются до вторичного H 2 S и сульфидов. Очень опасна - проявляется на вулканах, где наблюдается дефицит воды, сухая возгонка от очагов раскаленной магмы по фумаролам, видимым и невидимым трещинам, с вторичной пиритизацией и пр.

Эти реакции происходят при участии микроорганизмов. Многие процессы биосферы приводят к концентрации серы - она накапливается в гумусе почв, углях, нефти, морях и океанах (8,9 * 10 -2 %), подземных водах, в озерах и солончаках. В глинах и сланцах серы в 6 раз больше, чем в земной коре в целом, в гипсе - в 200 раз, в подземных сульфатных водах - в десятки раз. В биосфере происходит круговорот серы: она приносится на материки с атмосферными осадками и возвращается в океан со стоком. Источником сера в геологическом прошлом Земли служили главным образом продукты извержения вулканов, содержащие SO 2 и H 2 S. Хозяйственная деятельность человека ускорила миграцию серы; интенсифицировалось окисление сульфидов.

Сера (желтая). Роздольское м-ние, Прикарпатье, Зап. Украина. Фото: А.А. Евсеев.

Арагонит (белая), сера (желтая). Чианчиана, Сицилия, Италия. Фото: А.А. Евсеев.

Физические свойства серы.

Сера - твердое кристаллическое вещество, устойчивое в виде двух аллотропических модификаций. Ромбическая α-S лимонно-желтого цвета, плотность 2,07 г/см 3 , t пл 112,8 o С, устойчива ниже 95,6 o С; моноклинная β-S медово-желтого цвета, плотность 1,96 г/см 3 , t пл 119,3 o С, устойчива между 95,6 o С и температурой плавления. Обе эти формы образованы восьмичленными циклическими молекулами S 8 с энергией связи S-S 225,7 кдж/моль.

При плавлении сера превращается в подвижную желтую жидкость, которая выше 160 o С буреет, а около 190 o С становится вязкой темно-коричневой массой. Выше 190 o С вязкость уменьшается, а при 300 o С сера вновь становится жидкотекучей. Это обусловлено изменением строения молекул: при 160 o С кольца S 8 начинают разрываться, переходя в открытые цепи; дальнейшее нагревание выше 190 o С уменьшает среднюю длину таких цепей.

Если расплавленную серу, нагретую до 250-300 o С, влить тонкой струей в холодную воду, то получается коричнево-желтая упругая масса (пластическая сера). Она лишь частично растворяется в сероуглероде, в осадке остается рыхлый порошок. Растворимая в CS 2 модификация называется λ-S, а нерастворимая - μ-S. Температура плавления, 113 o С (ромб.), 119 o С (монокл.). Температура кипения 444 o С.

При комнатной температуре обе эти модификации превращаются в устойчивую хрупкую α-S. t кип серы 444,6 o С (одна из стандартных точек международной температурной шкалы). В парах при температуре кипения, кроме молекул S 8 , существуют S 6 , S 4 и S 2 . При дальнейшем нагревании крупные молекулы распадаются, и при 900 o С остаются лишь S 2 , которые приблизительно при 1500 o С заметно диссоциируют на атомы. При замораживании жидким азотом сильно нагретых паров серы получается устойчивая ниже -80 o С пурпурная модификация, образованная молекулами S 2 .

Сера - плохой проводник тепла и электричества. В воде она практически нерастворима, хорошо растворяется в безводном аммиаке, сероуглероде и в ряде органических растворителей (фенол, бензол, дихлорэтан и других).

ДОПОГ 2.1
Легковоспламеняющиеся газы
Риск пожара. Риск взрыва. Могут находиться под давлением. Риск удушья. Могут вызывать ожоги и/или отморожения. Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны - практически не горят)

ДОПОГ 2.2
Газовый баллон Невоспламеняющиеся, нетоксичные газы.
Риск удушья. Могут находиться под давлением. Могут вызывать отморожение (похоже на ожог - бледность, пузыри, черная газовая гангрена - скрип). Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны – взрыв от искры, пламени, спички, практически не горят)
Использовать укрытие. Избегать низких участков поверхности (ям, низин, траншей)
Зеленый ромб, номер ДОПОГ, черный или белый газовый баллон (типа "баллон", "термос")

ДОПОГ 2.3
Токсичные газы . Череп и скрещенные кости
Опасность отравления. Могут находиться под давлением. Могут вызывать ожоги и/или отморожения. Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны – мгновенное распространение газов по окрестности)
Использовать маску для аварийного оставления транспортного средства. Использовать укрытие. Избегать низких участков поверхности (ям, низин, траншей)
Белый ромб, номер ДОПОГ, черный череп и скрещенные кости

ДОПОГ 3
Легковоспламеняющиеся жидкости
Риск пожара. Риск взрыва. Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны – легко горят)
Использовать укрытие. Избегать низких участков поверхности (ям, низин, траншей)
Красный ромб, номер ДОПОГ, черное или белое пламя

ДОПОГ 4.1
Легковоспламеняющиеся твердые вещества , самореактивные вещества и твердые десенсибилизированные взрывчатые вещества
Риск пожара. Легковоспламеняющиеся или горючие вещества могут загораться от искр или пламени. Могут содержать самореактивные вещества, способные к экзотермическому разложению в случае нагревания, контакта с другими веществами (такими как: кислоты, соединения тяжелых металлов или амины), трению или удару.
Это может привести к выделению вредных или легковоспламеняющихся газов или пары или самовоспламенения. Емкости могут взрываться при нагревании (сверхопасны - практически не горят).
Риск взрыва десенсибилизированных взрывчатых веществ после потери десенсибилизатора
Семь вертикальных красных полос на белом фоне, равновеликие, номер ДОПОГ, черное пламя

ДОПОГ 8
Коррозийные (едкие) вещества
Риск ожогов в результате разъедания кожи. Могут бурно реагировать между собой (компоненты), с водой и другими веществами. Вещество, что разлилось / рассыпалось, может выделять коррозийную пару.
Составляют опасность для водной окружающей среды или канализационной системы
Белая верхняя половина ромба, черная - нижняя, равновеликие, номер ДОПОГ, пробирки, руки

Наименование особо опасного при транспортировке груза	Номер ООН	Класс ДОПОГ
Ангидрид серный, стабилизированный СЕРЫ ТРИОКСИД СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ	1829	8
Ангидрид серист СЕРЫ ДИОКСИД	1079	2
Углероду дисульфид СЕРОУГЛЕРОД	1131	3
Газ СЕРЫ ГЕКСАФТОРИД	1080	2
КИСЛОТА СЕРНАЯ ОТРАБОТАННАЯ	1832	8
КИСЛОТА СЕРНАЯ ДЫМЯЩАЯСЯ	1831	8
КИСЛОТА СЕРНАЯ, что содержит не более 51% кислоты, или ЖИДКОСТЬ АККУМУЛЯТОРНАЯ КИСЛОТНАЯ	2796	8
КИСЛОТА СЕРНАЯ, РЕГЕНЕРИРОВАННАЯ ИЗ КИСЛОГО ГУДРОНА	1906	8
КИСЛОТА СЕРНАЯ, что содержит более 51% кислоты	1830	8
КИСЛОТА СЕРНАЯ	1833	8
СЕРА	1350	4.1
СЕРА РАСПЛАВЛЕНА	2448	4.1
Сера хлористая СЕРЫ ХЛОРИДЫ	1828	8
Сера шестифтористая СЕРЫ ГЕКСАФТОРИД	1080	2
Серы дихлорид	1828	8
СЕРЫ ДИОКСИД	1079	2
СЕРЫ ТЕТРАФТОРИД	2418	2
СЕРЫ ТРИОКСИД СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ	1829	8
СЕРЫ ХЛОРИДЫ	1828	8
СЕРОВОДОРОД	1053	2
СЕРОУГЛЕРОД	1131	3
СПИЧКИ БЕЗОПАСНЫЕ в коробках, книжечках, картонках	1944	4.1
СПИЧКИ ПАРАФИНОВЫЕ „ВЕСТА”	1945	4.1
Спички парафиновые СПИЧКИ ПАРАФИНОВЫЕ „ВЕСТА”	1945	4.1
СПИЧКИ САПЕРНЫЕ	2254	4.1

Описание и свойства серы

Сера представляет собой вещество, которое находится в в 16 группе, под третьим периодом и имеет атомный номер – 16. Она может встретиться как в самородном, также и в связанном виде. Обозначается сера литерой S. Известна формула серы – (Ne)3s 2 3p 4 . Сера как элемент входит в состав многих белков.

На фото кристаллы серы

Если говорить о строении атома элемента серы , то на внешней его орбите есть электроны, валентное число которых достигает шести.

Это объясняет свойство элемента быть максимально шестивалентным в большинстве объединений. В структуре природного химического элемента есть четыре изотопа, и это – 32S, 33S, 34S и 36S. Говоря о внешней электронной оболочке, атом имеет схему 3s2 3р4. Радиус атома – 0,104 нанометра.

Свойства серы в первую очередь делятся на физического типа. К нему относится то, что элемент имеет твердый кристаллический состав. Два аллотропических видоизменения – основное состояние, в котором устойчив этот элемент серы.

Первое видоизменение ромбическое, имеющее лимонно-желтую окраску. Его устойчивость ниже, чем 95,6 °С. Второй – моноклинный, имеющий медово-желтую окраску. Его устойчивость колеблется от 95,6 °С и 119,3 °С.

На фото минерал сера

Во время плавки химический элемент стает движущейся жидкостью, имеющей желтый цвет. Она буреет, достигая температуры более 160 °С. А при 190 °С цвет серы превращается в темно-коричневый. После достижения отметки 190 °С наблюдается уменьшение вязкости вещества, которое все же после нагревания 300 °С стает жидкотекучим.

Другие свойства серы:

Практически не проводит тепла и электричества.

Не растворяется при погружении в воду.

Растворима в аммиаке, имеющем безводную структуру.

Также растворима в сероуглероде и других растворителях, имеющих органическую природу.

К характеристике элемента серы важно добавить и ее химические особенности. Она является активной в этом отношении. Если серу нагреть, то она может просто объединяться практически с любым химическим элементом.

На фото образец серы, добытый в Узбекистане

За исключением инертных газов. При контакте с металлами, хим. элемент образовывает сульфиды. Комнатная температура способствует тому, что элемент может вступить в реакцию с . Увеличенная температура способствует увеличению активности серы.

Рассмотрим, как поведение серы с отдельными веществами:

С металлами – является окислителем. Образовывает сульфиды.

С водородом – при высоких температурах – до 200 °С происходит активное взаимодействие.

С кислородом. Образовывается объединения оксидов при температурах до 280 °С.

С фосфором, углеродом – является окислителем. Только при отсутствии воздуха во время реакции.

С фтором – проявляет себя как восстановитель.

С веществами, имеющими сложную структуру – также как восстановитель.

Месторождения и добыча серы

Основной источник для получения серы – ее месторождения. В целом во всем мире насчитывается 1,4 млрд т запасов этого вещества. Ее добывают как при открытом и подземном способе выработки, так и с помощью выплавки из-под земли.

На фото добыча серы в вулкане Кава Иджен

Если применим последний случай, то используется вода, которую перегревают и расплавляют ею серу. В бедных рудах элемент содержится примерно в 12 %. Богатых – 25% и больше.

Распространенные типы месторождений:

Стратиформный – до 60%.

Солянокупольный – до 35 %.

Вулканогенный – до 5%.

Первый тип связан с толщами, несущими название сульфатно-карбонатных. При этом рудные тела, которые имеют мощность до нескольких десятков метров и с размером до сотни метров находятся в сульфатных породах.

Также эти пластовые залежи можно найти посреди пород сульфатного и карбонатного происхождения. Второй тип характеризуется залежами серого цвета, которые приурочиваются к соляным куполам.

Последний тип связывают с вулканами, имеющими молодую и современную структуру. При этом рудный элемент имеет пластообразную, линзовидную форму. В нем сера может содержаться в размере 40 %. Этот тип месторождения распространен в Тихоокеанском вулканическом поясе.

Месторождение серы в Евразии находится в Туркмении, в Поволжье и других местах. Породы серы находят возле левых берегов Волги, которые тянутся от Самары. Ширина полосы пород достигает нескольких километров. При этом их можно найти вплоть до Казани.

На фото сера в горной породе

В Техасе и Луизиане в кровлях соляных куполов находят огромное количество серы. Особо красивые Италийские этого элемента находят Романьи и Сицилии. А на острове Вулькано находят моноклинную серу. Элемент, который был окислен пиритом, нашли на Урале в Челябинской области.

Для добычи серы хим элемента используют разные способы. Все зависит от условия его залегания. При этом, конечно же, особое внимание уделяют безопасности.

Так как вместе с серной рудой скопляется сероводород, то необходимо особо серьезно подходить к любому способу добычи, ведь этот газ ядовитый для человека. Также и сера имеет свойство возгораться.

Чаще всего пользуются открытым способом. Так с помощью экскаваторов снимаются значительные части пород. Затем с помощью взрывов дробится рудная часть. Глыбы отправляются на фабрику для обогащения. Затем – на завод по плавке серы, где и получают серу из концентрата.

На фото сера в порту, привезенная морским транспортом

В случае глубокого залегания серы во многих объемах, используют метод Фраша. Сера расплавляется, находясь еще под землей. Затем, как и нефть выкачивается наружу через пробитую скважину. Такой подход основывается на том, что элемент легко плавится и имеет небольшую плотность.

Также известен способ разделения на центрифугах. Только этот способ имеет недостаток: сера получается с примесями. И тогда необходимо проводить ее дополнительную очистку.

В некоторых случаях используют скважный метод. Другие возможности добычи серного элемента:

Пароводяной.

Фильтрационный.

Термический.

Центрифугальный.

Экстракционный.

Применение серы

Большая часть добытой серы уходит, чтоб изготовить серную кислоту. А роль этого вещества очень огромная в химическом производстве. Примечательно, что для получения 1 тонны серного вещества необходимо 300 кг серы.

Бенгальские огни, которые ярко светятся и имеют много красителей, также производятся с помощью серы. Бумажная промышленность – это еще одна область, куда уходит значительная часть добытого вещества.

На фото серная мазь

Чаще всего применение сера находит при удовлетворении производственных нужд. Вот некоторые из них:

Использование в химическом производстве.

Для изготовления сульфитов, сульфатов.

Изготовление веществ для удобрения растений.

Чтоб получить цветные виды металлов.

Для придачи стали дополнительных свойств.

Для изготовления спичек, материалов для взрывов и пиротехники.

Краски, волокна из искусственных материалов – изготовляются при помощи этого элемента.

Для отбеливания ткани.

В некоторых случаях элемент сера входит в мази, которые лечат кожные болезни.

Цена серы

По последним новостям необходимость в сере активно растет. Стоимость на российский продукт равняется 130 долларам. На канадский вариант – 145 долларов. А вот в Ближнем Востоке цены возросли до 8 долларов, что привело к стоимости в 149 долларов.

На фото крупный экземпляр минерала сера

В аптеках можно найти молоту в порошок серу по цене от 10 до 30 рублей. К тому же есть возможность купить ее оптом. Некоторые организации предлагают по невысокой цене приобрести гранулированную техническую газовую серу .

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.

Добыча серы значительно увеличилась после того, как был изобретён чёрный порох. Ведь сера (вместе с углём и селитрой) - непременный его компонент. В наше время сера - один из важнейших видов сырья для многих химических производств. Ежегодное мировое потребление серы составляет около 20 млн. тонн. Её промышленными потребителями являются самые различные производства: сернокислотное, бумажное, резиновое, спичечное и др. Сера широко используется также для борьбы с вредителями сельского хозяйства, в пиротехнике, и отчасти в медицине. По содержанию в земной коре(0,03%) сера относится к весьма распространённым элементам. Однако большие скопления самородной серы встречаются не так уж часто. Чаще она присутствует некоторых рудах. Руда самородной серы - это порода с вкраплениями чистой серы. Когда образовались эти вкрапления - одновременно с сопутствующими породами или позже? От ответа на этот вопрос зависит направление поисковых и разведочных работ. Но, несмотря на тысячелетия общения с серой, человечество до сих пор не имеет однозначного ответа. 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 её самовозгорания

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 плывуны. Выход нашел химик Герман Фраш, предложивший плавить серу под" землей и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать ее на поверхность. Сравнительно невысокая (меньше 120° С) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890 году 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 народной Польше этим методом уже добывают большое количество серы; в 1968. году 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 старью. Еще в XVIII веке 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 году 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° С. 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 году.

Современные автоклавы -- это огромные аппараты высотой с четырехэтажный дом. Такие автоклавы установлены, в частности, на сероплавильном заводе Роздольского горнохимического 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 на специальных центрифугах разработан недавно в нашей стране. Словом, «руду золотую (точнее -- золотистую) отделять от породы пустой» можно по-разному.

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 Марко. 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 Германии. Свои потребности в серной кислоте они покрывают за счёт переработки серосодержащего сырья (преимущественно пирита), а элементарную серу импортируют.

Россия 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. Были построены новые крупные предприятия на Украине, реконструированы старые комбинаты на Волге и в Туркмении, расширено производство серы из природного газа и отходящих газов.