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Aug 30, 2023

採掘と精製: 硫黄

周期表について考えると、一部の元素には完全に非科学的な雰囲気が漂いますが、それでも否定できません。 金や銀などの貴金属が代表例ですが、

周期表について考えると、一部の元素には完全に非科学的な雰囲気が漂いますが、それでも否定できません。 金や銀のような貴金属は明らかな例であり、常に王の富と結びついています。 銅と鉄は丈夫な労働者階級の金属であり、人類の産業全時代にその名を冠するにふさわしい金属があり、シリコンは現在の情報化時代のバックボーンを形成しています。 炭素は生命そのものの化学物質を構築し、ほぼすべての人間の活動に燃料を供給しており、酸素がなければ誰も遠くまで到達することはできません。

しかし、硫黄はどうでしょうか？ 誰も貧弱な硫黄についてあまり考えていないようで、彼らが考える場合、それは軽蔑される傾向があります。 硫黄は腐った卵に悪臭をもたらし、火山の口から噴出すると私たちに脅威を与え、火薬の製造に使用されると致命的な脅威となる可能性があります。 硫黄は、現代のハイテク世界の構成要素ではなく、産業革命初期の有害なプロセスや荒涼とした工場に関連したもののように思えます。

しかし、その悪臭とローテクの評判にもかかわらず、実際には、何らかの形で大量の硫黄に依存していない工業プロセスはほとんどありません。 硫黄は、ほぼすべての産業の基礎を形成するプロセスの重要な成分であるため、その生産は通常、国家および経済の安全保障の問題ですが、私たちが使用するほぼすべての硫黄が他の産業プロセスの廃棄物から回収されていることを考えると、これは奇妙です。

硫黄は宇宙に非常に豊富に存在する元素の 1 つであり、元素の状態で存在しますが、通常は他の何かとの化合物として見つかります。 これは、硫黄が 30 を超える同素体、つまり同じ物理的状態でさまざまな形態を形成する能力と、硫黄が関与する幅広い化学反応のおかげです。周期表上のほぼすべての元素の硫化物または硫酸塩が存在します。あの気の利いた希ガスのために。

地球上では、硫黄は通常、正の電荷をもつ原子が 1 つ以上の負の電荷をもつ硫黄原子と結合した硫化鉱物に含まれています。 例としては、黄銅鉱 (硫化銅)、方鉛鉱 (硫化鉛)、辰砂 (硫化水銀)、黄鉄鉱 (硫化鉄) などが挙げられます。 硫黄と酸素がカチオンと結合した硫酸塩も一般的です。 たとえば、乾式壁ボードや PVC パイプの製造に使用される石膏は硫酸カルシウムです。

硫化物鉱物と硫酸塩鉱物が豊富に存在し、一般にこれらの鉱物に硫黄が結合しているものはそれ自体で価値があるという事実は、硫黄が製錬作業、特に鉛、銅、金属の製錬の副産物として回収できることを意味します。そして亜鉛鉱石。 銅の精錬についてはある程度詳しく説明しました。 基本的なプロセスはほとんどの硫化鉱物製錬と同じで、熱を使用して硫化物を除去します。 環境への意識がそれほど高くなかった時代や、他に安価な硫黄源があった時代には、硫黄を含む排ガスが排出されるだけで、大気中で一連の反応が起こり、最終的には空から降ってくる硫酸、つまり酸性雨となりました。

ただし、製錬所の排ガスからの硫黄の回収は、現在の硫黄生産量のほんの一部にすぎず、現在米国では約 7% に過ぎません。 世界中の硫黄生産の大部分は石油精製または天然ガス生産から生じており、硫化物は除去する必要がある汚染物質です。 「酸っぱい」ガス（硫化水素（H2S）のおかげで酸性で臭いがすることからそう呼ばれる）から硫化物を除去するのは、アミン処理業者、つまり甘味料の仕事です。 アミン処理装置はあらゆる種類の工業プロセスで使用されます。 私たちが天然ガスからヘリウムをどのように精製するかを議論したときに彼らに遭遇しました。 アミン処理は、モノエタノールアミン (MEA) やジエタノールアミン (DEA) などのアミン溶液が H2S や CO2 などの酸性ガスと反応し、プロセスガスよりもスクラビング溶液に溶けやすくする能力に依存しています。 次に、硫化物が豊富なアミン溶液を沸騰させて硫化物を取り除き、再利用のためにアミンを再生します。 このプロセスにより、入ってくる酸性ガスが大気中に放出できるほどきれいになり、また硫黄元素に処理できる H2S の供給も行われます。