సల్ఫర్ (S) యొక్క లోహ సంగ్రహణ మరియు పారిశ్రామిక వెలికితీత

సహజ లభ్యత & ప్రధాన ధాతువులు

సల్ఫర్ ప్రకృతిలో స్వేచ్ఛా (మూలక) స్థితిలో మరియు సంయోగ స్థితిలో విస్తృతంగా లభిస్తుంది.

స్వేచ్ఛా (మూలక) స్థితి

• ఈ నిల్వలు ప్రధానంగా అగ్నిపర్వత ప్రాంతాలలో, లవణ గుమ్మటాలలో (ఉదాహరణకు, USA, మెక్సికోలోని గల్ఫ్ తీరం వెంబడి), మరియు అవక్షేప శిలలలో కనుగొనబడతాయి. ఈ నిల్వలు స్ఫటికాకార సల్ఫర్‌ను కలిగి ఉంటాయి.

సంయోగ స్థితి

సల్ఫర్ అనేక సమ్మేళనాలలో ఒక భాగం, వీటిలో:

• సల్ఫైడ్ ధాతువులు:
  • గలీనా (లీడ్ సల్ఫైడ్, PbS)
  • జింక్ బ్లెండ్ (జింక్ సల్ఫైడ్, ZnS)
  • ఐరన్ పైరైట్స్ (ఐరన్(II) డైసల్ఫైడ్, FeS₂)
  • కాపర్ పైరైట్స్ (కాపర్ ఐరన్ సల్ఫైడ్, CuFeS₂)
  • సిన్నాబార్ (మెర్క్యూరీ సల్ఫైడ్, HgS)
  • అర్జెంటైట్ (సిల్వర్ సల్ఫైడ్, Ag₂S)
• సల్ఫేట్ ధాతువులు:
  • జిప్సం (కాల్షియం సల్ఫేట్ డైహైడ్రేట్, CaSO₄·2H₂O)
  • ఎప్సమ్ సాల్ట్ (మెగ్నీషియం సల్ఫేట్ హెప్టాహైడ్రేట్, MgSO₄·7H₂O)
  • బారైట్స్ (బేరియం సల్ఫేట్, BaSO₄)
• సేంద్రీయ సమ్మేళనాలు:
  • బొగ్గు, పెట్రోలియం మరియు సహజ వాయువులలో, తరచుగా హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్ (H₂S) లేదా సేంద్రీయ సల్ఫర్ సమ్మేళనాలుగా ఉంటుంది.

ధాతువును కేంద్రీకరించడం

మూలక సల్ఫర్ నిల్వల కోసం, ఫ్రోత్ ఫ్లోటేషన్ లేదా గురుత్వాకర్షణ విభజన వంటి సాంప్రదాయ ధాతువు సాంద్రీకరణ పద్ధతులు సాధారణంగా ఉపయోగించబడవు. ప్రాథమిక పారిశ్రామిక వెలికితీత పద్ధతి అయిన ఫ్రాష్ ప్రక్రియ, మూలక సల్ఫర్‌ను ద్రవ స్థితిలో నేరుగా వెలికితీస్తుంది, దీనివల్ల అది చుట్టుపక్కల ఉన్న గాంగ్ నుండి సమర్థవంతంగా వేరుచేయబడుతుంది.

సంయోగ స్థితి నుండి తిరిగి పొందిన సల్ఫర్ కోసం:

• హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్ (H₂S) నుండి: H₂S, ఇది తరచుగా సహజ వాయువు లేదా పెట్రోలియంలో కనుగొనబడుతుంది, ఇతర వాయువుల నుండి అమిన్‌లను (ఉదాహరణకు, మోనోథనోలమైన్) ఉపయోగించి ఎంపిక చేయబడి శోషించబడుతుంది. H₂S అప్పుడు వేడిచేయడం ద్వారా విముక్తి చేయబడి తదుపరి ప్రక్రియ (క్లాస్ ప్రక్రియ) కోసం పంపబడుతుంది. ఇది రసాయన సాంద్రీకరణ రూపంగా పనిచేస్తుంది.
• సల్ఫైడ్ ధాతువుల నుండి: జింక్ లేదా లీడ్ వంటి లోహాలను వాటి సల్ఫైడ్ ధాతువుల (ఉదాహరణకు, ZnS, PbS) నుండి వెలికితీసినప్పుడు, లోహ ఆక్సైడ్‌లు మరియు సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ (SO₂) ను ఉత్పత్తి చేయడానికి ధాతువులను సాధారణంగా రోస్ట్ చేస్తారు. ఈ SO₂ ను అప్పుడు సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంగా మార్చవచ్చు లేదా కొన్ని సందర్భాలలో, మూలక సల్ఫర్‌గా తగ్గించవచ్చు. ఇక్కడ, సల్ఫర్ ఒక విలువైన ఉప-ఉత్పత్తి, మరియు దాని “సాంద్రీకరణ” అనేది SO₂ ను ఫ్లూ వాయువుల నుండి వేరుచేయడం.

ముడి లోహానికి తగ్గింపు (మూలక సల్ఫర్ వెలికితీత)

మూలక సల్ఫర్‌ను పొందడానికి రెండు ప్రధాన పారిశ్రామిక పద్ధతులు ఫ్రాష్ ప్రక్రియ (మూలక సల్ఫర్ నిల్వల కోసం) మరియు క్లాస్ ప్రక్రియ (H₂S నుండి సల్ఫర్‌ను తిరిగి పొందడం కోసం).

1. ఫ్రాష్ ప్రక్రియ

ఈ ప్రక్రియ భూగర్భ నిల్వల నుండి మూలక సల్ఫర్‌ను వెలికితీసేందుకు ఉపయోగించబడుతుంది, ఇక్కడ ఇది సాధారణంగా నిర్భేద్య పొరలతో కప్పబడిన సచ్ఛిద్ర శిలల నిర్మాణాలలో కనుగొనబడుతుంది.

సూత్రం: సల్ఫర్‌కు సాపేక్షంగా తక్కువ ద్రవీభవన స్థానం (సుమారు 115°C) ఉంటుంది. సల్ఫర్‌ను ద్రవీకరించడానికి నిల్వలోకి అతి వేడిచేసిన నీటిని ప్రవేశపెడతారు, తరువాత సంపీడన గాలిని ఉపయోగించి దానిని ఉపరితలంపైకి తీసుకువస్తారు.

ప్రక్రియ దశలు (రేఖాచిత్ర వివరణ): ఫ్రాష్ ప్రక్రియ సల్ఫర్ నిల్వలోకి డ్రిల్ చేయబడిన మూడు ఏకకేంద్రక పైపుల వ్యవస్థను ఉపయోగిస్తుంది:

1. బయటి పైపు: అతి వేడిచేసిన నీటిని (సుమారు 170°C మరియు 10 atm పీడనం) ఈ పైపు ద్వారా పంప్ చేస్తారు. వేడి నీరు చుట్టుపక్కల ఉన్న సల్ఫర్‌ను ద్రవీకరిస్తుంది.
2. లోపలి పైపు: సంపీడన గాలిని (సుమారు 15-20 atm పీడనం వద్ద) ఈ పైపు ద్వారా లోపలికి పంపుతారు.
3. మధ్య పైపు: ద్రవ సల్ఫర్, నీటి కంటే సాంద్రంగా ఉండటం వలన, బావి అడుగు భాగానికి చేరుకుంటుంది. లోపలి పైపులోకి పంపిన సంపీడన గాలి ఒక ఎయిర్-లిఫ్ట్ పంప్‌ను సృష్టిస్తుంది, ఇది ద్రవ సల్ఫర్, నీరు మరియు గాలి మిశ్రమాన్ని మధ్య పైపు ద్వారా ఉపరితలంపైకి నెట్టివేస్తుంది.

ఉపరితలంపై, ద్రవ సల్ఫర్‌ను పెద్ద తొట్టెల్లో సేకరిస్తారు లేదా బహిరంగ గొయ్యిలలో చల్లబరచడానికి అనుమతిస్తారు, అక్కడ అది పెద్ద బ్లాక్‌లుగా గట్టిపడుతుంది. ఈ పద్ధతి ద్వారా పొందిన సల్ఫర్ సాధారణంగా 99.5% స్వచ్ఛంగా ఉంటుంది.

2. క్లాస్ ప్రక్రియ

సహజ వాయువు, రిఫైనరీ వాయువులు మరియు బొగ్గు గ్యాసిఫికేషన్ నుండి వచ్చే ఉప-ఉత్పత్తిలో సాధారణ మలినంగా ఉండే హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్ (H₂S) నుండి మూలక సల్ఫర్‌ను తిరిగి పొందడానికి ఈ ప్రక్రియ చాలా కీలకమైనది. H₂S విషపూరితమైనది మరియు క్షయకరణ కారకము కాబట్టి ఇది ఒక ముఖ్యమైన పర్యావరణ ప్రక్రియ.

మొత్తం ప్రతిచర్య: 2H₂S(g) + SO₂(g) → 3S(l) + 2H₂O(g)

ప్రక్రియ దశలు:

1. థర్మల్ ఆక్సీకరణం (ఫర్నేస్ విభాగం): వస్తున్న H₂S ప్రవాహంలో సుమారు మూడింట ఒక వంతు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (950-1200°C) ఫర్నేస్‌లో గాలితో పూర్తిగా మండించబడి సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ (SO₂) ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది: 2H₂S(g) + 3O₂(g) → 2SO₂(g) + 2H₂O(g) అదే సమయంలో, చర్య పొందని H₂S మరియు కొత్తగా ఏర్పడిన SO₂ పాక్షికంగా చర్య జరిపి మూలక సల్ఫర్‌ను ఏర్పరుస్తాయి: 2H₂S(g) + SO₂(g) ⇌ 3S(l) + 2H₂O(g) ఉత్పత్తి అయిన ద్రవ సల్ఫర్ ఘనీభవించి తొలగించబడుతుంది.
2. ఉత్ప్రేరక మార్పిడి (రియాక్టర్ విభాగం): మిగిలిన వాయు ప్రవాహం, H₂S మరియు SO₂ లను కలిగి ఉంటుంది, దీనిని తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (200-350°C) ఉత్ప్రేరక కన్వర్టర్ల (సాధారణంగా బాక్సైట్ లేదా యాక్టివేటెడ్ అల్యూమినా ఉత్ప్రేరకాలతో నింపబడి ఉంటాయి) గుండా పంపుతారు. H₂S మరియు SO₂ మధ్య సల్ఫర్‌ను ఏర్పరచే చర్య మరింత ప్రోత్సహించబడుతుంది: 2H₂S(g) + SO₂(g) ⇌ 3S(g) + 2H₂O(g) సల్ఫర్ రికవరీని పెంచడానికి, ఇంటర్‌స్టేజ్ శీతలీకరణ మరియు సల్ఫర్ ఘనీభవనం కలిగిన బహుళ ఉత్ప్రేరక దశలు ఉపయోగించబడతాయి. సల్ఫర్ ఆవిరి ద్రవ స్థితిలోకి ఘనీభవిస్తుంది.

క్లాస్ ప్రక్రియ సాధారణంగా 95-99% సల్ఫర్ రికవరీ సామర్థ్యాలను సాధిస్తుంది.

శుద్ధి మరియు పరిశుభ్రత

ఫ్రాష్ ప్రక్రియ నుండి పొందిన సల్ఫర్ సాధారణంగా చాలా స్వచ్ఛమైనది (~99.5%) మరియు తదుపరి విస్తృతమైన శుద్ధీకరణ లేకుండా చాలా పారిశ్రామిక అనువర్తనాలకు అనుకూలమైనది. క్లాస్ ప్రక్రియ నుండి పొందిన సల్ఫర్ కూడా సాధారణంగా అధిక స్వచ్ఛతను కలిగి ఉంటుంది. అయితే, మరింత అధిక స్వచ్ఛత అవసరమయ్యే నిర్దిష్ట అనువర్తనాల కోసం, లేదా మలినాల ఆనవాళ్లను తొలగించడానికి, తదుపరి శుద్ధి దశలను ఉపయోగించవచ్చు.

1. స్వేదనం:
   • ముడి సల్ఫర్‌ను వేడిచేసి దానిని ఆవిరి చేస్తారు (మరుగు స్థానం ~445°C).
   • సల్ఫర్ ఆవిరిని తరువాత చల్లబరచి, ఘనీభవింపజేసి అత్యంత స్వచ్ఛమైన సల్ఫర్‌ను పొందుతారు. ఈ ప్రక్రియ సల్ఫర్‌ను అస్థిరత లేని మలినాల నుండి వేరుచేస్తుంది.
   • సల్ఫర్ ఆవిరిని వేగంగా చల్లబరచడం వలన “సల్ఫర్ పువ్వులు” (సబ్లిమేటెడ్ సల్ఫర్) అని పిలువబడే చక్కటి పొడి సల్ఫర్ ఏర్పడుతుంది.
2. ప్రక్షాళన:
   • ద్రవ సల్ఫర్‌ను సేంద్రీయ మలినాలను తొలగించడానికి విలీన సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంతో కడగవచ్చు మరియు ఆపై ఏదైనా ఆమ్ల ఆనవాళ్లను తొలగించడానికి నీటితో శుభ్రం చేయవచ్చు.
3. వడపోత:
   • ద్రవ సల్ఫర్‌ను నిలిపివేయబడిన ఘన మలినాలను తొలగించడానికి తగిన మాధ్యమాల ద్వారా వడపోయవచ్చు.