همه چیز درباره گوگرد پالایشگاهی و معدنی

گوگرد چیست| ویژگی‌ها، روش تولید و کاربردهای آن

گوگرد (sulfur) عنصری شیمیایی با نماد S و عدد اتمی ۱۶ است. این ماده فراوان، چند ظرفیتی بوده و جزو گروه غیر فلزات قرار می‌گیرد. در شرایط عادی، اتم‌های سولفور، مولکول‌های هشت اتمی حلقوی با فرمول شیمیایی S_۸ را تشکیل می‌دهند. گوگرد عنصری، در دمای اتاق، یک ماده جامد بلوری به رنگ زرد روشن است.

سولفور، دهمین عنصر رایج از نظر جرم در جهان و پنجمین عنصر رایج در پوسته زمین است. سولفور در زمین اگر چه گاهی به صورت خالص و محلی یافت می‌شود، اما معمولاً به صورت مواد معدنی سولفید و سولفات می‌توان آن‌ها را مشاهده کرد.

گوگرد معدنی، در دوران باستان شناخته شده بود و از این جهت در هند باستان، یونان باستان، چین و مصر استفاده می‌شد. امروزه تقریباً تمام سولفور در جهان، به عنوان محصول جانبی برای حذف آلاینده‌های حاوی گوگرد از گاز طبیعی و نفت تولید می‌شوند. بیشترین کاربرد تجاری این عنصر، تولید اسید سولفوریک برای تهیه کودهای سولفاته و فسفاته و سایر فرآیندهای شیمیایی است.

از عنصر سولفور در کبریت سازی، تولید حشره کش ها و انواع قارچ کش استفاده می‌شود. بسیاری از ترکیبات سولفور دارای بوی تند هستند؛ شاید چیزی شبیه به بوی مشخص سولفید هیدروژن یا بوی حاصل از سایر فرآیندهای بیولوژیکی به مشام ما برسد.

گوگرد یک عنصر اساسی برای زندگی است اما همیشه به شکل ترکیبات آلی یا سولفیدهای فلزی به کار می‌رود. سه اسید آمینه (سیستئین، سیستین و متیونین) و دو ویتامین (بیوتین و تیامین) از ترکیبات سولفور آلی هستند. بسیاری از کوفاکتورها از جمله گلوتاتیون، تیوردوکسین و پروتئین‌های آهن – سولفور حاوی سولفور هستند.

سولفور یکی از عناصر شیمیایی اصلی است که برای عملکرد بیوشیمیایی لازم است و از درشت مغذی‌های مورد نیاز برای تمام موجودات زنده محسوب می‌شود.

نگاهی به تاریخچه گوگرد

گوگرد به وفور به صورت طبیعی در دوران باستان شناخته شده و در دسترس بوده است. ترجمه انگلیسی کتاب مقدس معمولاً از سوزاندن سولفور یاد می‌کنند و باعث می‌شود واژه‌های “آتش و گوگرد” به وجود بیاید؛ که در آن خوانندگان را از سرنوشت لعنت آمیز ابدی که در انتظار کافران و منکران است، مطلع می‌سازد.

از گوگرد برای بخور دادن در یونان باستان استفاده می‌شده است. شکل طبیعی سولفور از قرن ۶ قبل از میلاد در چین شناخته شده بود و در هانژونگ یافت شد. در قرن ۳، چینی‌ها کشف کردند که می‌توان سولفور را از پیریت استخراج کرد.

دائوئیست های چینی به اشتعال پذیری سولفور و واکنش پذیری آن با فلزات خاص علاقه مند بودند، با این حال اولین کاربردهای عملی آن در طب سنتی چین یافت می‌شد. رساله سلسله سونگ در سال ۱۰۴۴ میلادی، فرمول‌های مختلفی را برای پودر سیاه چینی توصیف کرده است که مخلوطی از نیترات پتاسیم، زغال و سولفور است.

از سولفور عنصری برای تسکین بیماری‌هایی مانند گال، کرم حلقوی، پسوریازیس، اگزما و آکنه استفاده می‌شد. مکانیسم عملکرد آن در آن زمان، ناشناخته ماند؛ اگر چه گوگرد به آهستگی اکسید می‌شود و به اسید سولفوروس تبدیل می‌شود که یک عامل کاهش دهنده و ضد باکتریایی خفیف است.

آنتوان لاووازیه از سولفور در آزمایش‌های احتراقی استفاده کرد و برخی از این موارد را در سال ۱۷۷۷ منتشر نمود. ذخایر سولفور در سیسیل، بیش از یک قرن یک منبع اصلی به شمار می‌رفت. در اواخر قرن هجدهم، حدود ۲۰۰۰ تن در سال، سولفور معدنی برای تولید اسید سولفوریک برای استفاده در فرآیند “لبلانک” به مارسی فرانسه وارد می‌شد.

در سال ۱۸۶۷ ، سولفور معدنی در معدن‌های زیرزمینی لوئیزیانا و تگزاس کشف شد. در اواخر قرن ۱۸، تولیدکنندگان مبلمان از سولفور مذاب برای تولید منبت تزئینی در صنایع دستی خود استفاده کردند. به دلیل تولید دی اکسید گوگرد در طی فرآیند ذوب شدن، این کاربرد در صنایع منبت کاری به تدریج کنار گذاشته شد.

پودر خالص سولفور به عنوان دارو و ملین نیز استفاده می‌شد. امروزه بیشتر سولفور تولیدی برای تهیه اسید سولفوریک برای طیف وسیعی از کاربردها، به ویژه کود کشاروزی، استفاده می‌شود.

روش‌های تولید گوگرد

گوگرد ممکن است به خودی خود در معادن یافت شود و از نظر تاریخی هم ثابت شده که به این شکل بدست می‌آمده است. همچنین “پیریت” هم منبع گوگرد بوده است. در مناطق آتشفشانی در سیسیل، در دوران باستان، آن را در سطح زمین پیدا می‌کردند.

گوگرد عنصری تا اواخر قرن بیستم از گنبدهای نمکی استخراج می‌شد. سولفور اکنون به عنوان محصول جانبی سایر فرآیندهای صنعتی مانند تصفیه روغن که گوگرد، یک ترکیب نامطلوب است، تولید می‌شود.

امروزه سولفور از نفت، گاز طبیعی و منابع فسیلی تولید می‌شود که عمدتاً به صورت ساختارهای سولفید هیدروژن به دست می‌آید.

R-S-R +2H2 → ۲RH + H2S

سولفید هیدروژن حاصل از این فرآیند و همچنین همانطور که در گاز طبیعی اتفاق می افتد، با فرآیند “کلاوس” به سولفور تبدیل می‌شود. این فرآیند مستلزم اکسیداسیون مقداری از سولفید هیدروژن به دی اکسید سولفور است:

۳O2 + 2H2S → ۲SO2 +2H2O

SO2 + 2H2S → ۳S +2H2O

تولید گوگرد

خواص و کاربردهای گوگرد

۱- خواص فیزیکی

گوگرد چند مدل مولکول چند اتمی تشکیل می‌دهد. مشهورترین آلوتروپ، اکتا سولفور یا octasulphur، cyclo-S8 است. سولفور معدنی، یا اکتاسولفور، یک ماده جامد نرم و زرد روشن است که فاقد بو است، اما نمونه‌های ناخالص آن، بویی مشابه کبریت دارند.

این ترکیب عنصری در دمای ۱۱۵.۲۱ درجه سانتیگراد (۲۳۹/۳۸ درجه فارنهایت) ذوب می‌شود؛ در ۴۴۴/۶ درجه سانتیگراد (۸۳۲/۳ درجه فارنهایت) می‌جوشد و به راحتی تصعید می‌شود.

بین دمای ذوب و جوش، octasulphur دوباره آلوتروپ خود را تغییر می‌دهد ، و از β-octasulphur به γ-sulfur تبدیل می‌شود که مجدداً با تراکم کمتری همراه است اما به دلیل تشکیل پلیمرها، ویسکوزیته افزایش می‌یابد. در دمای بالاتر، با ایجاد دپلیمریزاسیون، گرانروی کاهش می‌یابد.

سولفور ذوب شده دارای رنگ قرمز تیره است؛ این حالت در دمای بالاتر از ۲۰۰ درجه سانتیگراد (۳۹۲ درجه فارنهایت) رخ می‌دهد. چگالی گوگرد بستگی به آلوتروپ آن، حدود ۲ گرم در سانتی متر مکعب است. همه آلوتروپ های پایدار سولفور، عایق الکتریکی هستند.

۲- خواص شیمیایی

سولفور با شعله آبی، با تشکیل دی اکسید گوگرد، می‌سوزد که بوی خفه کننده و تحریک کننده دارد. سولفور در آب، نامحلول است اما در دی سولفید کربن حل می‌شود و تا حدودی در سایر حلال‌های آلی غیر قطبی مانند بنزن و تولوئن، محلول است.

۳- آلوتروپ های سولفور معدنی

گوگرد، بیش از ۳۰ آلوتروپ جامد تشکیل می‌دهد. علاوه بر S8، چندین حلقه دیگر نیز شناخته شده است. با حذف یک اتم از تاج حلقه، S7 به وجود می‌آید که نسبت به S8، زردتر است. گوگرد آمورف با خنک سازی سریع گوگرد مذاب تولید می‌شود.

۴- پلی آنیون‌ها و پلی کاتیون‌های سولفور

هنگام واکنش سولفور با مواد اکسید کننده ملایم در یک محلول کاملاً اسیدی، پلی کاتیون‌های گوگرد، +S_۴^۲+، S_۸^۲+، S_۱۶^۲، تولید می‌شوند. محلول‌های رنگی تولید شده توسط سولفور در اولئوم، اولین بار در اوایل سال ۱۸۰۴ توسط ” بوچولز” کشف شد، اما علت رنگ و ساختار پلی کاتیون‌های مربوطه در اواخر دهه ۱۹۶۰ مشخص شد. +S_۴^۲ زرد، +S_۸^۲  آبی تیره، +S_۱۶^۲قرمز است.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی گوگرد

کاربردهای گوگرد

۱- تولید اسید سولفوریک

سولفور عنصری به عنوان پیش ماده برای برخی مواد شیمیایی استفاده می‌شود. تقریباً ۸۵٪ سولفور معدنی به اسید سولفوریک تبدیل می‌شود:

۲S +3O2 +2H2O →۲H2SO4

گوگرد مورد استفاده جهت تولید اسید سولفوریک، از نوع پالایشگاهی است. گوگرد پالایشگاهی به دو نوع پایه، گازی (GC) و نفتی (OC) تقسیم می شود که جهت تولید اسید سولفوریک، عمدتاً از گوگرد پایه گازی که اسیدیته بیشتری دارد، استفاده می شود.

۲- تهیه سایر ترکیبات شیمیایی

سولفور به طور مستقیم با متان واکنش می‌دهد و دی سولفید کربن را تولید می‌کند که برای تولید سلفون و ریون استفاده می‌شود. یکی از کاربردهای سولفور عنصری در جوشاندن لاستیک است؛ زمانی که زنجیره‌های پلی سولفید، پلیمرهای آلی را تشکیل می‌دهند.

بسیاری از سورفکتانت ها و شوینده‌ها (به عنوان مثال سدیم لوریل سولفات) مشتقات سولفات هستند. سولفات کلسیم و گچ نیز با استفاده از همین سولفور عنصری تولید می‌شوند.

۳- در کشاورزی برای تهیه کودها

سولفور به عنوان یک جزء مهم در کودهای شیمیایی استفاده می‌شود. مهم‌ترین شکل سولفور برای کود، ماده معدنی سولفات کلسیم است. گوگرد معدنی، آبگریز است (در آب محلول نیست) و به طور مستقیم توسط گیاهان قابل استفاده نیست. با گذشت زمان، باکتری‌های خاک (باکتری تیو باسیلوس) می‌توانند آن را به مشتقات محلول تبدیل کنند، سپس می‌تواند توسط گیاهان استفاده شود.

در کشاورزی عمدتاً از گوگرد بنتونیت دار با خلوص ۹۰ درصد گوگرد و ۱۰ درصد بنتونیت و یا ۷۵ درصد گوگرد استفاده می شود و به صورت دست پاش و یا چال کود، مورد استفاده قرار می گیرد.

سولفور باعث بهبود جذب سایر مواد مغذی ضروری گیاه، به ویژه نیتروژن و فسفر می‌شود. ذرات سولفور تولید شده از نظر بیولوژیکی به دلیل داشتن پوشش بیوپلیمری به طور طبیعی، آب دوست بوده و در محلول دوغاب، رقیق شده و در اثر جذب سریع‌تر، روی زمین پراکنده می‌شود.

نیاز گیاه به کودهای حاوی سولفور، برابر با نیاز به کودهای فسفر یا حتی بیشتر از آن است. میزان مصرف کودها برای درختان و گیاهان، متفاوت است. مقدار گوگرد برای درخت بادام با درختان دیگر فرق دارد.

۴- تهیه قارچ کش ها و آفت کش ها

سولفور عنصری یکی از قدیمی‌ترین قارچ کش ها و سموم دفع آفات است. سولفور اولیه به شکل پودر شده، یک قارچ کش رایج برای انگور، توت فرنگی، بسیاری از سبزیجات و چندین محصول دیگر به شمار می‌رود. این ماده در برابر طیف گسترده‌ای از بیماری‌های “کپک” و همچنین “لکه سیاه” اثر مثبتی دارد. در کشت ارگانیک، سولفور، مهم‌ترین قارچ کش است.

سولفور به صورت پودر و جامد برای دفع آفات به کار می‌رود. در روش دیگر، این غبار را با مقداری آب مخلوط می‌کنند تا به حالت مرطوب روی گیاه قرار بگیرد و آفت‌ها از بین ببرد.

پودر S عنصری به عنوان یک حشره کش “آلی” (در واقع یک سم کش) برای محافظت از گیاه در برابر کنه‌ها استفاده می‌شود (کنه کش سولفور).

۵- نگهداری مواد غذایی برای کشتن باکتری‌ها

مقادیر کمی از گاز گوگرد دی اکسید در گذشته برای صنعت مشروبات الکلی به کار می‌رفت. این کار از رشد باکتری‌های هوازی جلوگیری می‌کنند که در غیر این صورت، اتانول به اسید استیک تبدیل می‌شود و طعم نوشیدنی را ترش می‌کند.

از دی اکسید گوگرد و سولفیت‌های مختلف به دلیل خاصیت نگهدارنده، آنتی اکسیدانی و ضد باکتریایی، در بسیاری از بخش‌های دیگر صنایع غذایی استفاده می‌شود. از زمانی که گزارش‌هایی مبنی بر واکنش آلرژی در برخی از افراد به سولفیت‌های موجود در غذاها داده شد، این روش کاهش یافته است.

۶- داروسازی

سولفور (به شکل ساختاری اکتا سولفور یا همان ۸ اتمی) در داروهای پوستی، داروهای درمان آکنه استفاده می‌شود. این ماده باکتری‌ها، قارچ‌ها، کنه‌های گال و سایر انگل‌ها را از بین می‌برد.

سولفور رسوبی و سولفور کلوئیدی به صورت لوسیون، کرم، پودر، صابون و مواد شوینده حمام برای درمان آکنه ولگاریس، آکنه و درماتیت استفاده می‌شود. عوارض جانبی رایج مصرف این محصولات شامل تحریک پوست، خشکی ، خارش، و لایه برداری است.

۷- صنعت ساخت مبلمان

از سولفور می‌توان برای ایجاد منبت کاری تزئینی در مبلمان چوبی استفاده کرد. بعد از اینکه یک طرح به داخل چوب بریده شد، گوگرد مذاب ریخته می‌شود. منبت کاری با سولفور به ویژه در اواخر قرن ۱۸ و اوایل قرن ۱۹ محبوبیت داشت. این روش خیلی زود منسوخ شد، زیرا مواد سمی و قابل اشتعال جایگزین شدند.

۸- نقش بیولوژیکی سولفور

کوفاکتورهای پروتئینی و آلی

سولفور یکی از اجزای اساسی همه سلول‌های زنده است. این ماده از نظر وزنی هفتمین یا هشتمین عنصر فراوان در بدن انسان است که از نظر فراوانی برابر با پتاسیم است و کمی بیشتر از سدیم و کلر یافت می‌شود. بدن یک انسان ۷۰ کیلوگرمی، حدود ۱۴۰ گرم گوگرد دارد.

در گیاهان و حیوانات، آمینو اسیدهای سیستئین و متیونین حاوی گوگرد هستند و این عنصر در تمام پلی پپتیدها، پروتئین‌ها و آنزیم‌های حاوی این اسیدهای آمینه وجود دارد.

در انسان، متیونین یک اسید آمینه ضروری است که باید از طریق غذا یا مکمل‌ها دریافت شود. آنزیم “سولفیت اکسیداز” برای متابولیسم متیونین و سیستئین در انسان و حیوانات مورد نیاز است.

۹- متالوپروتئین ها و کوفاکتورهای غیر آلی حاوی‌ اتم سولفور

متالوپروتئین هایی که در آن، مکان فعال، یک کمپلکس فلز متصل به اتم‌های S است، اجزای اساسی آنزیم‌ها در فرآیندهای انتقال الکترون هستند. به عنوان مثال می‌توان به پروتئین‌های مس آبی و اکسید نیتروژن ردوکتاز اشاره کرد.

نمونه‌های دیگر شامل خوشه‌های گوگرد- آهن و بسیاری از پروتئین‌های مس، نیکل و آهن است. فرووکسین ها به عنوان حامل‌های الکترونی در سلول‌ها عمل می‌کنند.

در باکتری‌ها، آنزیم‌های مهم نیتروژناز حاوی یک خوشه Fe-Mo-S است و یک کاتالیزور است که عملکرد مهم تثبیت نیتروژن را انجام می‌دهد؛ یعنی نیتروژن هوا را به آمونیاک تبدیل می‌کند که می‌تواند توسط میکروارگانیسم‌ها و گیاهان برای ساخت پروتئین، DNA ، RNA، آلکالوئیدها و سایر ترکیبات آلی نیتروژن لازم برای زندگی استفاده شود.

ایمنی گوگرد

سولفور عنصری مانند بسیاری از نمک‌های محلول سولفات، غیر سمی است. وقتی سولفور در هوا می‌سوزد، دی اکسید گوگرد تولید می‌کند. در آب، گاز اسید گوگرد و سولفیت حاصل می‌شود. سولفیت‌ها آنتی اکسیدان هایی هستند که از رشد باکتری‌های هوازی جلوگیری می‌کنند. در غلظت‌های بالاتر، اسیدهای حاوی سولفور به ریه‌ها، چشم‌ها یا سایر بافت‌ها آسیب می‌رسانند.

تری اکسید گوگرد و اسید سولفوریک به همین ترتیب در حضور آب، بسیار اسیدی و خورنده هستند. اسید سولفوریک، یک ماده خشک کننده قوی است که می‌تواند مولکول‌های آب را از قند و بافت آلی حذف کند.

سوزاندن زغال سنگ و یا نفت توسط صنایع و نیروگاه‌های برق، دی اکسید گوگرد تولید می‌کند که با آب و اکسیژن جوی واکنش می‌دهد و اسید سولفوریک و اسید سولفورو تولید می‌کند.

این اسیدها از اجزای باران اسیدی هستند و باعث کاهش pH خاک و آب‌های شیرین می‌شوند و در بعضی مواقع به محیط زیست آسیب می‌رسانند. همچنین باعث هوازدگی شیمیایی مجسمه‌ها و سازه‌ها می‌شوند.

سولفید هیدروژن، به اندازه سیانید هیدروژن، سمی است. هر دو دارای عنصر S هستند. نمک‌های سولفید محلول و هیدروسولفید محلول با همان مکانیسم سمی هستند.

شرایط نگهداری گوگرد

سولفور جامد را در محلی خشک و خنک، با تهویه مناسب و دور از مواد ناسازگار نگهداری کنید. هنگام ذخیره یا حمل گوگرد مایع باید خطرات سولفید در نظر گرفته شود. گاز سولفید هیدروژن می‌تواند در محدوده تجمع یابد و بسیار خطرناک باشد.

کارگرانی که با این ماده سروکار دارند باید از سیگار کشیدن در انبار و محل کار خودداری کنند.

نزدیک بودن بسته بندی‌های این ترکیب به تاسیسات و تجهیزات الکتریکی، خطرناک است.

استاندارد ۶۵۵NFPA  برای پیشگیری از آتش سوزی و انفجار باید رعایت شود.

از گوگرد مایع گرم به خوبی محافظت کنید.

برای شستشوی محل تماس با این ترکیب نباید از بنزین یا حلال (نفتا، نفت سفید و غیره) استفاده کنید!

بسته بندی گوگرد

بسته بندی گوگرد پودری و کلوخه در کیسه‌های ۲۵ کیلوگرمی یا جامبو بگ های ۱۰۰۰ کیلوگرمی در دسترس است. برای گوگرد گازی و گوگرد مایع، معمولاً مخازن در نظر گرفته می‌شوند که حجم معینی دارد. گوگرد کیسه ای در بسته بندی های ۳۰-۴۰ کیلوگرمی عرضه می شود.

وضعیت بازار و خرید و فروش گوگرد

در بازار خرید و فروش گوگرد معدنی و مایع یا حتی سولفور گازی، با درصد خلوص متفاوتی روبرو هستیم. گوگرد عمدتا توسط پالایشگاه خانگیران و پتروشیمی خارک تولید می‌شود. گوگرد ۹۹%، سولفور ۸۰ درصد، گوگرد ۹۸% و انواع گوگرد دانه بندی شده که آن را با نام مش می‌شناسیم، متداول‌ترین این ترکیب محسوب می‌شوند. متداول ترین انواع شکل سولفور که در بازار وجود دارد به صورت زیر است:

• گوگرد گرانولی: در تولید اسید سولفوریک، کود گوگرد بنتونیت دار،سفید کردن رنگ شکر و قند استفاده می‌شود.
• گوگرد کلوخه: این نوع از سولفور برای تبدیل به پودرهای میکرونیزه با مش مختلف استفاده می‌شود.
• گوگرد پاستیلی: این نوع از گوگرد برای مصارف کشاورزی به کار می رود و از نظر ویژگی ها، هیچ تفاوتی با پودر گوگرد ندارد. این محصول در پالایشگاه تولید می‌شود.
• گوگرد میکرونیزه (مش ۲۰۰ و بیشتر): این نوع گوگرد از پودر کردن نوع کلوخه ای به دست می آید و برای برگ پاشی و از بین بردن سفیدک انگور و … استفاده می‌شود.
• گوگرد پودری (دانه شکری): دانه‌بندی این نوع گوگرد نسبت به میکرونیزه درشت‌تر و شبیه به دانه‌های شکر است.
• شمش گوگرد: این شکل از گوگرد پس از گاز زدایی و فشرده سازی به شکل شمش ساخته می‌شود و اصطلاحا شمش گوگرد یا سولفورکوب نامیده می‌شود.

خرید گوگرد باید بر اساس نیاز و کاربرد انجام شود. این ترکیب دانه بندی شده به صورت پودری با مش ۳۰ تا ۵۰ و ۵۰ تا ۱۰۰ موجود است. سولفور یا پودر میکرونیزه گوگرد دارای دانه بندی ۱۰۰ تا ۱۵۰می‌باشد. با توجه به اینکه منبع تولید آن از کجا باشد، گرید گوگرد متفاوت است؛ گوگرد پالایشگاهی معمولاً خلوص ۹۹/۵ % دارد. برای گوگرد معدنی، خلوص ۱۰ تا ۴۰ % تعریف شده است. این ترکیب به صورت گازی، مایع و جامد کلوخه‌ای هم به فروش می‌رسد که هر کدام قیمت متفاوتی دارند.

تأمین کنندگان ایرانی گوگرد

منابع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Sulfur#:~:text=Sulfur%20(in%20British%20English%3A%20sulphur,crystalline%20solid%20at%20room%20temperature.

http://westliberty.edu/health-and-safety/files/2012/08/Sulfur.pdf