Сера в природе

Сера (Sulfur) является элементом периодической системы химических элементов и относится к группе халькогенов. Данный элемент является активным участником образования многих кислот и солей. Водородные и кислотные соединения содержат серу, как правило, в составе различных ионов. Большое количество солей, в состав которых входит сера, практически не растворяются в воде.

Сера в природе является достаточно распространенным элементом. По своему химическому содержанию в земной коре ей присвоен шестнадцатый номер, по нахождению в водоемах – шестой. Она может встречаться как в свободном, так и в связанном состоянии.

К наиболее важным природным минералам элемента относятся: железный колчедан (пирит) - FeS₂, цинковая обманка (сфалерит) – ZnS, галенит – PbS, киноварь – HgS, антимонит - Sb₂S₃. Также шестнадцатый элемент периодической системы встречается в составе нефти, природного угля, природных газов, а также сланцев. Нахождение серы в водной среде представляется сульфат-ионами. Именно ее наличие в пресной воде является причиной постоянной жесткости. Также она является одним из важнейших элементов жизнедеятельности высших организмов, является частью структуры многих белков, а также концентрируется в волосах.

Серная руда

Нельзя сказать о том, что свободное состояние серы в природе является частым явлением. Самородная сера встречается довольно редко. Зачастую она является одной из составляющих некоторых руд. Серной рудой называется порода, в состав которой входит самородная сера. Серные вкрапления в породах могут образовываться вместе с сопутствующими породами или позже них. Время их образования влияет на направление поисковых и разведочных работ. Специалисты выделяют несколько теорий образования серы в рудах.

1. Теория сингенеза. Согласно данной теории сера и вмещающие породы были образованы одновременно. Местом их формирования были мелководные бассейны. Сульфаты, содержащиеся в воде, с помощью особых бактерий были восстановлены до сероводорода. Далее происходило его поднятие вверх до окислительной зоны, в которой сероводород окислялся до элементарной серы. Она опускалась на дно, оседая в иле, который через время превращался в руду.
2. Теория эпигенеза, которая утверждает, что образование вкраплений серы происходило позже основных пород. В соответствии с данной теорией считается, что происходило проникновение подземных вод в толщи пород, в результате чего воды обогащалась сульфатами. Далее данные воды соприкасались с месторождениями нефти или газа, что приводило к восстановлению ионов сульфатов с помощью углеводородов до сероводорода, который, поднимаясь к поверхности и окисляясь, выделял самородную серу в пустотах и трещинах пород.
3. Теория метасоматоза. Данная теория является одной из подвидов теории эпигенеза. В настоящее время она все чаще находит подтверждения. Ее суть заключается в превращении гипса (CaSO₄-H₂O) и ангидрита (CaSO₄) в серу и кальцит (СаСО_3­). Теорию предложили два ученых Миропольский и Кротов еще в первой половине двадцатого века. Спустя несколько лет было найдено месторождение Мишрак, которое подтверждало образование серы именно таким путем. Однако, до настоящего времени остается неясным сам процесс превращения гипса в серу и кальцит. В связи с этим, теория метасоматоза не является единственно правильной. Кроме этого, сегодня на планете есть озера, имеющие сингенетические отложения серы, однако, в иле не обнаружены гипс или ангидрит. К таким озерам относится Серное озеро, расположенное вблизи Серноводска.

Таким образом, однозначной теории происхождения серных вкраплений в рудах не существует. Образование вещества во многом зависит от условий и явлений, протекающих в земных недрах.

Месторождения серы

Сера добывается в местах локализации серной руды – месторождениях. По некоторым данным, мировые запасы серы составляют порядка 1,4 миллиардов тонн. На сегодняшний день месторождения серы найдены во многих уголках Земли – в Туркмении, в США, Поволжье, вблизи левых берегов Волги, которые пролегают от Самары и т.д. Иногда полоса породы может распространяться на несколько километров.

Большими серными запасами славятся Техас и Луизиана. Отличающиеся своей красотой серные кристаллы также располагаются в Романье и Сицилии (Италия). Родиной моноклинной серы считается остров Вулькано. Также залежами шестнадцатого элемента периодической системы Менделеева славится Россия, в частности Урал.

Серные руды классифицируются в соответствии с количеством содержащейся в них серы. Так, среди них различают богатые руды (от 25% серы) и бедные (около 12% вещества). Серные месторождения, в свою очередь, распределяются по следующим типам:

1. Стратиформные месторождения (60%). Данный тип месторождений связан с сульфатно-карбонатными толщами. Рудные тела располагаются непосредственно в сульфатных породах. Они могут достигать в размере сотен метров и иметь мощность в несколько десятков метров;
2. Солянокупольные месторождения (35%). Для данного типа характерны серные залежи серого цвета;
3. Вулканогенные (5%). К этому типу относятся месторождения, образованные вулканами молодой и современной структуры. Форма рудного элемента, залегающего в них, пластообразная или линзовидная. Такие месторождения могут содержать порядка 40% серы. Они характерны для Тихоокеанского вулканического пояса.

Добыча серы

Сера добывается одним из нескольких возможных способов, выбор которого зависит от условий залегания вещества. Основными являются всего два – открытый и подземный.

Открытый способ добычи серы является наиболее популярным. Весь процессы добычи вещества данным способом начинается со снятия значительного количества породы экскаваторами, после чего происходит дробление самой руды. Полученные рудные глыбы транспортируются на фабрику для дальнейшего обогащения, после чего отравляются на предприятие, где происходит плавка серы и получения вещества из концентратов.

Кроме этого, также иногда применяется метод Фраша, который заключается в выплавке серы еще под землей. Данный способ целесообразно использоваться в местах глубокого залегания вещества. После расплавки под землей, происходит выкачивание вещества наружу. Для этого формируются скважины, являющиеся основным инструментом для выкачки расплавленного вещества. Метод основан на легкости плавления элемента и небольшой его плотности.

Существует также метод разделения на центрифугах. Однако, он отличается своим одним большим недостатком, основанным на том, что сера, полученная с помощью такого метода, имеет много примесей и требует дополнительной очистки. В результате, метод считается достаточно затратным.

Кроме указанных методов добыча серы в отдельных случаях может также производиться:

• скважинным методом;
• пароводяным методом;
• фильтрационным методом;
• термическим методом;
• экстракционным методом.

Стоит отметить, что вне зависимости от метода, используемого во время извлечения вещества из земных недр, необходимо особое внимание уделять технике безопасности. Это связано с присутствием вместе с залежами серы сероводорода, который является ядовитым для человека и способен воспламеняться.