گوگرد و مینرال های آن (2)

استفاده ها و ویژگی ها
استفاده های اصلی از گوگرد، عبارتند از:
ولکانش لاستیک
اصلاح خاک
سلامتی انسان
مخلوط های آتشبازی (کبریت و باروت)
علف کش ها و میکروب کش ها
تولید دی اکسید گوگرد
تولید اسید سولفوریک
تولید گاز هیدروژن سولفید
تولید ترکیبات شیمیایی آلی
ریخته گری منیزیم
استفاده های اصلی از پیریت ها
تولید اسید سولفوریک
اصلاح خاک
سنگ های زینتی
در ادامه در مورد این کاربردها، صحبت خواهد شد.
ولکانش لاستیک
اگر چه لاتکس بدست آمده از گیاهان، برای تولید گلوله های بازی جامد در زمان های قدیم و بوسیله ی بومیان آمریکای جنوبی، مورد استفاده قرار گرفته است، استفاده ی تجاری از این ماده، در سال 1770 انجام شد.
درختانی که از آن لاستیک طبیعی بدست می آمدند، به صورت وحشی در آمریکای جنوبی رشد می کردند. لاستیک طبیعی به مقادیر اندک تولید می شوند اما لاتکس که در واقع قطرات کوچکی در لاستیک هستند، در داخل پوست درختان، یافت می شود. این ماده حاوی زنجیره های طولانی مولکول های ایزوپرن است. زنجیره های در هم تنیده ی این ماده را می توان کشید و موجب شد تا میزان الاستیسته ی این الیاف، افزایش یابد. لاتکس با استفاده از اسید فورمیک، کوآگوله می شود و مایع بدست آمده از میان غلطک، عبور می کند. این مسئله موجب می شود تا صفحات لاستیکی تولید شود. این فهمیده شده است که اگر این ماده در تروپنتین حل شود، می توان از آن، پارچه و بوت های چرمی، تولید کرد. لاستیک، یک ماده ی الاستیک است، دافع آب می باشد و یک عایق الکتریکی خوب محسوب می شود. به هر حال، این ماده در دماهای پایین، شکننده می شود و در دماهای بالا، چسبنده می شود. این ماده دارای دوام مکانیکی پایینی است و به سرعت اکسید می شود.
بعد از مطالعات تجربی گسترده برای فایق آمدن بر این مشکلات، Charles Goodyear در سال 1839 فهمید که اگر لاستیک با گوگرد در دمایی بین 120- 160 درجه، پخته شود، یک ماده ی جدید تولید می شود. این ماده الاستیک است و در گستره ی دمایی مختلف، از ترد یا چسبنده، تغییر خاصیت می دهد. این ماده از لحاظ مکانیکی پردوام و غیر قابل نفوذ است. این فرایند ولکانیزاسیون نامیده می شود و محصولات بدست آمده از این فرایند، لاستیک ولکانش یافته، نامیده می شود. یک روش که به آن ولکانیزاسیون سرد نامیده می شود، بوسیله ی Alexander Parkes در سال 1846 توسعه یافته است. در این فرایند لاستیک، با بخارات حاوی گوگرد، مورد فراوری، قرار می گیرد. اگر در حدود 5 % گوگرد، مورد استفاده قرار می گیرد، این لاستیک نرم و انعطاف پذیر است، وقتی میزان این گوگرد، به 32 % برسد، محصول بدست آمده، لاستیک سخت یا ابونیت (ebonite) نامیده می شود. این ماده یک پلاستیک با دوام و ترموست است. این ماده در کاربردهای عایق کاری، استفاده می شود. این ماده امروزه، جایگزین لاستیک های ارزان قیمت شده است.
بیشتر لاستیک ولکانش یافته ی تولیدی، برای تولید تایرهای ماشین استفاده می شود. مخلوط مورد استفاده در تولید این تایرها، حاوی لاستیک و گوگرد می باشد. علاوه بر لاستیک و گوگرد، عوامل تقویت کننده (کربن بلک، اکسید روی)، شتاب دهنده ها (ترکیبات آلی، اکسید کلسیم و اکسید منیزیم)، نرم کننده ها (اسید استئاریک، وازلین) و آنتی اکسیدان ها، می باشد. تایرهای سبز با استفاده از سیم و بافته های خاص، تقویت می شوند و در قالب، عمل ولکانیزاسیون بر روی آن، انجام می شود. فشار و حرارت سپس موجب می شود تا این تایرها، به محصول نهایی تبدیل شوند.
اگر چه امروزه تکنولوژی ولکانیزاسیون با پروکسید، توسعه یافته است، فرآوری با تابش گاما و با استفاده از برخی ترکیبات آلی نیز توسعه یافته است. اما در این کاربردها نیز گوگرد، یک جزء اصلی می باشد.

اصلاح خاک

گوگرد یک عنصر ضروری برای رشد گیاهان است و در برخی مواد آمینواسیدی نیز یافت می شود. در طی دهه ی 1990، از این ماده برای اصلاح خاک، استفاده شده است. در واقع پودر گوگرد، به صورت مستقیم به خاک اضافه می شود. این گوگرد برای خاک های فقیر از گوگرد، ضروری است. نرمی و تردی گوگرد، موجب می شود تا این ماده به آسانی به پودر تبدیل شود. در واقع این ماده به دلیل طبیعت اسیدی، موجب خنثی سازی اثرات نامطلوب مواد قلیایی بر گیاهان می شود. گوگرد یک ماده ی ضروری برای رشد غلات روغنی است. به هر حال، گوگرد در آب حل نمی شود و به صورت مستقیم بوسیله ی گیاهان جذب نمی شود. این ماده باید به ترکیبات سولفاتی محلول تبدیل می شود و سپس بوسیله ی گیاهان، جذب می شود.

سلامت انسان

گوگرد یکی از 5 عنصر ضروری برای رشد بدن انسان است. در واقع این عنصر به همراه اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و کربن، این پنج عنصر ضروری را تشکیل می دهد. در واقع متیل، سولفونیل متان (MSM) که حاوی 85 % گوگرد طبیعی موجود در بدن انسان را تشکیل می دهد. برخلاف انواع دیگر گوگرد، این ماده، بدون بو است و در گاز معده ی انسان تشکیل نمی شود. بدن از گوگرد در بسیاری فرایند ها استفاده می کند مثلاً سنتز کالوژن، اکسیژن سازی در سلول ها، متابولیسم کربوهیدرات و حفظ تعادل بین مواد اسیدی و قلیلایی. گوگرد همچنین موجب افزایش انعطاف پذیری بافت و نفوذپذیری دیواره های سلولی می شود. گوگرد مورد استفاده برای تمام این کاربردها باید به بدن وارد شود. MSM به صورت طبیعی در غذاهای خام مانند میوه ها، سبزیجات، گوشت، شیر، تخم مرغ و غذاهای دریایی، یافت می شود. به هر حال، بیشتر این MSM در طی پخت، از غذا خارج می شود.

مخلوط های آتشبازی

گوگرد یک سوخت مهم در مخلوط های آتشبازی است. علت این مسئله، ارزان بودن و پایدار بودن آنهاست. این ماده در تولید سری های کبریت، استفاده می شود. همچنین فسفر شبه سولفیدی (P_4 S_3) یک جزء مورد استفاده در کبریت های معمولی است.
علاوه بر این، این ماده به عنوان یکی از اجزای باروت می باشد. از باروت در تولید فشنگ، استفاده می شود. باروت حاوی 75 % پتاسیم نیترات، 15 % زغال چوب و 10 % گوگرد است. محصول حاصله از مخلوط کردن پودر این مواد، باروت تشکیل می دهد. در حالی که نقش پتاسیم نیترات، آزاد کردن اکسیژن ضروری برای احتراق است و زغال چوب، ایجاد آتش و مهیا کردن حرارت، گوگرد آتش گیر نیست و تنها موجب تولید مواد گازی می شود.
گوگرد و زغال چوب به صورت خشک، با هم آسیاب می شوند به نحوی که گوگرد تیکسوتروپیک، بر روی سطح زغال چوب، قرار می گیرد. سپس نیترات به آن افزوده می شود و مخلوط حاصله به صورت هموژن آسیاب می شود. پتاسیم نیترات به عنوان عامل اکسید کننده عمل می کند و اکسیژن مورد نیاز برای احتراق را فراهم می آورد.

حشره کش و عامل ضد میکروب

آرد فعال گوگرد به عنوان گرد حشره کش، مصرف می شود. قابلیت این ماده به تجزیه و تبدیل شدن به دی اکسید گوگرد، جزء معیارهای استفاده از این ماده می باشد. این ماده ضد میکروب نیز هست و به عنوان ماده ی ضد کرم برای بیماری کرم انگور، استفاده می شود.
گوگرد دی اکسید
گوگرد دی اکسید یک ترکیب شیمیایی با فرمول SO_2 می باشد. این گاز مهم، محصول اصلی احتراق ترکیبات گوگرد می باشد و یکی از گازهای مهم در زمینه ی آلودگی های محیط زیستی است. این ماده در حضور دی اکسید نیتروژن، اسید سولفوریک تولید می کند و موجب بروز باران های اسیدی می شود. این ماده بی رنگ است و آتش گیر نیست. از این گاز، در بسیاری فرایندهای شیمیایی، استفاده می شود. این گاز به شیوه های زیر تولید می شود:
گوگرد دی اکسید تولید شده از سوختن گوگرد.
احتراق هیدروژن سولفید می تواند منجر به تولید گوگرد دی اکسید شود.
کلسیناسیون سنگ های معدنی سولفیدی مانند پریت های آهنی، اسفالریت و سولفید جیوه، نیز موجب انتشار دی اکسید گوگرد می شود.
وقتی انیدرید کلسیم سولفات با کک و ماسه مخلوط شود و به منظور تولید سیلیکات کلسیم، حرارت داده شود، گوگرد دی اکسید به صورت محصول فرعی تولید می شود.
عمل آوری سولفوریک اسید با مس، موجب تولید گوگرد دی اکسید می شود.
گوگرد دی اکسید برای اهداف صنعتی زیر، مورد استفاده قرار می گیرند:
نگهدارنده: این ماده در برخی نوشیدنی ها و به عنوان افزودنی، استفاده می شوند. علت این استفاده، در واقع خاصیت ضد میکروبیایی این ماده می باشد. محافظ ها برای حفظ ظاهر میوه و جلوگیری از پوسیدن آن، استفاده می شود. این ماده می توان مزه ی میوه را تغییر دهد.
احیاکننده: گوگرد دی اکسید همچنین یک ماده ی کاهنده ی قوی می باشد. در حضور آب، گوگرد دی اکسید، قادر است تا رنگ ماده را از بین ببرد. از این رو، از این ماده در تولید کاغذ، پشم، ابریشم، نی و پارچه های ظریف، استفاده می شود. به هر حال، این اثر رنگ بری، برای مدت طولانی باقی نمی ماند. اکسیژن در اتمسفر، موجب می شود تا این رنگ ها، دوباره اکسید شوند و رنگ باز می گردد.
اسید سولفوریک: گوگرد دی اکسید همچنین برای تولید اسید سولفوریک، استفاده می شود. این ماده ابتدا به گوگرد تری اکسید تبدیل می شود و سپس، به اسید سولفوریک، تبدیل می گردد.
سمیت: گوگرد دی اکسید در گذشته به عنوان یک سم برای اعدام زندانی ها در فرانسه، استفاده می شد.
ماده ی خمک کننده: پیش از توسعه ی فرئون، گوگرد دی اکسید به عنوان یک ماده ی سرد کننده در یخچال های خانکی، مورد استفاده قرار گرفته است. این ماده به سهولت در دمای محیط، مایع می شود. این ماده در دمای -10 ℃ و تحت فشار اتمسفر، می جوشد و از این رو، به دلیل طبیعت تحریک کننده، این ماده دیگر در این یخچال ها، مصرف نمی شوند. بعدها، این ماده با فرئون یا CFC جایگزین شد. این ماده یک ماده ی غیر سمی و غیر آتش گیر است. اما امروزه فرئون نیز به دلیل مشکلات زیست محیطی در اکثر کشورها استفاده نمی شوند زیرا موجب سوراخ شدن لایه ی ازون می شوند.
تصفیه ی شکر: برای این هدف، هیدرکسید کلسیم غلیظ در داخل ظرف محتوی آب نیشکر وارد می شود و دی اکسید گوگرد از میان این مخلوط عبور داده می شود. مواد فسفاتی و اسیدهای آلی با کلسیم اکسید و دی اکسید گوگرد واکنش می دهد و موجب تشکیل کلسیم کربنات و کلسیم سولفات می شود. وقتی این محلول سرد می شود، این ترکیبات ته نشین می شوند و آب شکر باقی می ماند. این آب شکر شفاف از محفظه سپس خارج سازی می شود. کلسیم سولفات به همراه ناخالصی های چسبیده به آن، خارج سازی می شوند.
اسید سولفورو: دی اکسید گوگرد با حل شدن در داخل آب، موجب تشکیل اسید سولفورو (H_2 SO_3) می شود. این ماده، یک اسید قوی است. این ماده یک ماده ی اساسی در تولیدد بی سولفیت ها و نمک های سولفیتی است. سدیم بی سولفیت به منظور جلوگیری از رشد باکتری ها در داخل ظروف نوشیدنی، استفاده می شود. این ماده در کاغذسازی نیز کاربرد دارد.

سولفوریک اسید

دی اکسید گوگرد تحت عملیات اکسیداسیون با اکسیژن، قرار می گیرد و بدین صورت، تری اکسید گوگرد تولید می شود. در دماهای پایین، این واکنش بسیار پایین است اما بازده خوبی دارد. در دماهای بالا، این واکنش سریع تر است اما بازده آن کمتر است. برای فایق آمدن بر این مشکل، برخی کاتالیست ها در این فرایند، استفاده می شود. اکسید نیتروژن، یک کاتالیست خوب برای این فرایند تلقی می شود؛ اما در این حالت باید واکنش در دماهای بالا انجام شود. در نتیجه، فضای بزرگی برای انجام واکنش، مورد نیاز است. این فرایند، فرایند محفظه، نامیده می شود. این فرایند همچنین یک فرایند تماسی نامیده می شود. امروزه، بیشترین تری اکسید تولیدی، با این روش، تولید می شود.
تری اکسید گوگرد به سهولت در آب حل می شود و موجب تولید اسید سولفوریک می شود. دانسیته ی این محلول می تواند تا 1.838 گرم بر میلی لیتر نیز برسد. افزودن بیش تر تری اکسید نیتروژن، موجب می شود سولفوریک اسید دودکننده یا اولئوم، تولید شود. این ماده حاوی مولکول های H_2 S_3 O_7 است و پیرو سولفوریک اسید نامیده می شود. تمام این واکنش ها میان آب و تر اکسید گوگرد، گرمازاست. سولفوریک اسید دومین ماده ی صنعتی تولیدی بعد از آمونیاک (از لحاظ میزان تولید) می باشد. در واقع مصرف این ماده، به عنوان شاخصی از توسعه ی تجاری یک کشور نیز تلقی می شود.
سولفوریک اسید در دمای 330 درجه ی سانتیگراد، می جوشد و دمای بالاتری نسبت به سایر اسیدها، دارد. استفاده های صنعتی مهم از این ماده، عبارتند از:
هر اسیدی مثلا اسید نیتریک و هیدرکلریک اسید، می تواند به سادگی با واکنش نمک آن اسید با اسید سولفوریک تولید شود.
تولید کودهای فسفر دار از سنگ های فسفاتی
استفاده های دیگر، مانند داروسازی، صنعت پلاستیک، زاج سفید، رنگ ها و پیگمنت ها، تصفیه ی نفت و قطران زغال سنگ، تثبیت آمونیاک، پودر تمیزکننده و سفید کننده، تولید مواد سولفاتی، گالوانیزه ی گرم، لعاب های فلزی، تصفیه ی مس و سایر فلزات غیر آهنی، باتری های ذخیره سازی و ... می باشد.

هیپو فوتوگرافی

واکنش میان تری اکسید گوگرد و هیدروکسید سدیم موجب می شود تا سدیم تری سولفات (NaS_2 O_3) تولید شود. زمانی این تصور وجود دارد که این ماده، در واقع هیپو سولفات می باشد و از این رو، در عکاسی به آن "هیپو" گفته می شد. این ماده موجب حل شدن هالیدهای نقره می شود و بنابراین، از ان در زدودن هالیدهای نقره ای استفاده می شود که حین عکاسی، تحت تابش نور قرار نگرفته اند.

هیدروژن سولفید

هیدروژن سولفید یا هیدرو-سولفوریک اسید در واقع یک ماده ی گازی در دمای اتاق می باشد. این ماده در دمای -82.9 ℃ ذوب می شود و در دمای -61.8 ℃ می جوشد. این ماده بسیار سمی است و حتی سمیت آن از سیانور نیز بیشتر است اما هوای تازه موجب می شود تا این ماده، سریعاً رقیق شود. این ماده در غلظت های بالا، دارای بوی تخم مرغ فاسد شده است. فرایندهای تولید این گاز به صورت زیر می باشد:
در آزمایشگاه، این ماده با استفاده از واکنش بین اسید هیدروکلریک و سولفات اهن، تولید می شود.
برای تولید مقادیر اندک از این ماده، مخلوطی از گوگرد، آزبست و پارافین، حرارت داده می شود. آزبست، موجب می شود تا گوگرد با هیدروژن بوجود آمده بوسیله ی پارافین، واکنش دهد.
این ماده با حرارت دهی محلول 8 % تیون استآمین در دمای 80 درجه، تولید می شود.
هیدروژن سولفید در آزمایشگاه، به منظور تجزیه و تحلیل رسوبات نامحلول سولفید نقره، جیوه و سرب، استفاده می شود .

مواد شیمیایی آلی

کربن دی سولفید: کربن دی سولفید در واقع یک ماده ی مشابه با کربن دی اکسید است. این ماده یک مایع فرار با دانسیته ی 1.26، دمای ذوب -111.5 ℃ و دمای جوش 46.3 ℃ می باشد. مشابه با هیدروژن سولفید، این ماده نیز دارای بوی متمایزی است اما سمی نیست. گوگرد به سهولت در داخل کربن دی سولفید حل می شود و می توان این ماده را از محلول حاصله، الکترولیز کرد. این ماده با عبور بخارات گوگرد از روی کک شعله ور، تولید می شود. این ماده یک حلال صنعتی است که در تولید ریون ویسکوز، استفاده می شود.

سولفیدریل یا مکاپتان

این نام ها، در واقع مربوط به رادیکال SH می باشد. این رادیکال در بسیاری از ترکیبات آلی وجود دارد. متیل مکاپتان (CH_3 SH) یک گاز مناسب است که افزودن آن به گاز طبیعی، موجب می شود تا گاز طبیعی بوی خاصی داشته باشد.

ریخته گری منیزیم

به دلیل واکنش پذیری شیمیایی قابل توجه منیزیم، مخصوصاً در حالت مذاب، باید دقت قابل توجهی در حین ریخته گری منیزیم و آلیاژهای آن، مد نظر قرار گیرد. در واقع این کار با حافظت در برابر اکسیژن انجام می شود. به عبارت دیگر، منیزیم سریعاً آتش می گیرد و منفجر می شود. از این رو، پودر یک مخلوط گوگرد دار، وارد قالب می شود تا بدین صورت، از انفجار منیزیم، جلوگیری شود.

چسب ها

یک چسب، در واقع یک ماده ی آلی یا غیر آلی است که قادر است سایر مواد را به هم متصل کند. یک مذاب گرم از یک نوع چسب بر پایه ی گوگرد مایع که "سیمان گوگردی" نامیده می شود، برای تولید تانک های محافظ در برابر اسید، استفاده می شود. این بخش ها، باید مقاومت خوبی در برابر اسید داشته باشند. علاوه بر این، قابلیت چسباندن دو فلز بوسیله ی این ماده نیز بالاست.
سایر استفاده ها
لعاب های فلزی
سازه های زیر آبی
پیریت ها

سولفید دی اکسید و اسید سولفوریک

در طبیعت، وقتی پیریت ها در هنگام معدن کاری و اکتشاف، با هوا و رطوبت تماس پیدا می کنند، سولفوریک اسید تولید می شود و این مسئله موجب تشکیل شکاف هایی می شود که ناشی از برش با اسید هستند. این بخش ها همچنین ناشی از واکنش باکتری تری باسیلیسوس است که انرژی خود را از واکنش با اکسیژن و اکسید کردن آهن فروس، به پریت، بدست می آورند. آهن فریک، در واقع با پریت ها، واکنش می دهند و موجب تشکیل آهن فروس و سولفوریک اسید می شود. این سیکل ادامه می یابد تا کل پیریت مصرف شود. اما تا جایی که گوگرد طبیعی به فراوان وجود داشته باشد، پریت ها، هیچگاه به عنوان یک منبع اقتصادی برای تولید اسید سولفوریک، محسوب نمی شود.
در طی جنگ جهانی دوم، تقاضا برای گوگرد، افزایش یافت در حالی که مقدار گوگرد طبیعی معدن کاری شده از آمریکای شمالی، ثابت بود. به زودی، معادن گوگرد طبیعی خالی شد و از این رو، پریت به عنوان یک منبع برای تولید گوگرد، در نظر گرفته شد.
کلسیناسیون پریت ها منجر به تولید دی اکسید گوگرد می شود. دی اکسید گوگرد می تواند به صورت مستقیم و یا به صورت اکسید شده، مصرف شود. در دماهای پایین، فرایند اکسیداسیون بسیار آهسته است اما بازده خوبی دارد. در دمای بالا، واکنش سریع تر است اما بازده آن پایین است. برای فایق آمدن بر این مشکل، می توان از کاتالیست استفاده کرد. در حالی که پلاتین یک کاتالیست ترجیح داده شده در این فرایند است، استفاده از وانادیوم پنتااکسید نیز امروزه، متداول شده است.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد. منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee