Сера — минераллимонно-желтого цвета, иногда медово-жёлтого, желтовато-серого иликоричневатого, представляет собой молекулярную серу – S, минерал очень хрупкий,твердость 1-2.
Бурый иличёрный цвет кристаллам могут придавать включения органики, капелек нефти.
Кристаллизуетсяв ромбической сингонии. Встречается в виде кристаллов пирамидальной формы и взернистых агрегатах. Иногда наблюдаются натёчные почковидные формы и налёты,землистые массы.
Блескалмазный, на изломе жирный, в кристаллах просвечивает. Самородная серачувствительна к повышенным температурам, растрескивается даже от теплоты рук.От спички она легко плавится и загорается голубым пламенем.
Название
Происхождениелатинского слова sulfur неизвестно. Русское название элемента обычно производятот санскритского «сира» — светло-желтый. Возможно родство «серы» сдревнееврейским «серафим» — мн. числом от «сераф» — буквально «сгорающий», асера хорошо горит. В древнерусском и старославянском «сера» — вообще любоегорючее вещество, в том числе и жир.
Происхождение
Сераобразуется исключительно на поверхности земной коры, в результате вулканическихизвержений, осаждаясь в виде возгонов, а иногда изливаясь в расплавленном виде.Образуется при выветривании сульфидов (главным образом пирита), или женакапливается в морских осадках, нефтях и битумах, биохимическим путём. Можетассоциировать с гипсом, выделяясь из его толщ. Большие скопления самороднойсеры в природе встречаются довольно редко. Чаще она присутствует во вмещающейпороде в виде мелких вкраплений.
Месторождения
Залежи серышироко распространены на территории Средней Азии, месторождения Гаурдак, Шор-Су– в трещинах и пустотах различных осадочных пород в ассоциации с нефтью,гипсом,
целестином, кальцитом, арагонитом и др. В Кара-Кумской пустыне в виде бугров,прикрытых кремнистыми корками, в ассоциации с гипсом, кварцем, халцедоном,опалом и др. Большие осадочные месторождения
имеются в Поволжье (в районе города Куйбышева). Большой известностью пользуютсяместорождения Сицилии, мощные месторождения в штатах Техас и Луизиана (США),Боливии, Мишрак и Ираке, Южная Польша, Штасфурт в Германии. Области вулканизма:Камчатка, Япония, Италия, Индонезия.
Применение
Главноеприменение сера имеет в производстве серной кислоты, используемой во многихотраслях промышленности; используется в сельском хозяйстве для борьбы свредителями, в резиновом производстве (процесс вулканизации каучука), приизготовлении спичек, красок, пиротехники.
Лечебные имагические свойства
Считается,что сера обладает свойством поглощать негативную энергию, помогает избегатьконфликтов и ссор, усмиряет эмоциональные порывы.
Значительнаячасть природных лечебных методов базируется на использовании соединений серы,будь то долька чеснока или сероводородная ванна Мацесты. За оздоравливающийэффект здесь отвечают полисульфиды — соединения серы и сероводорода.
Сера издавнаизвестна человеку. Сведения о ее использовании в Египте восходят ко второмутысячелетию до н. э. Знали серу и древние греки, и римляне. О ней упоминается взнаменитых произведениях Гомера, Плиния Старшего и в Библии. Серу с давних поршироко использовали в медицине. В лечебных целях издревле применяли ее и наРуси. Один из первых отечественных ученых, изучавших серу, М. В. Ломоносовписал: «Земля в своих недрах содержит такое количество серы, что не толькоею заполнены подземелья… но это ископаемое выделяется даже на поверхностиземли», отмечая в то же время, что встречается «она самородная ичистая, однакож редко». Несколько позже академик В. Севергин оценивалраспространение серы уже более оптимистично: «Самородная сера чистая и всмешении с землями находится в России изобильно». Сейчас известно свыше400 минералов, имеющих в своем составе серу. А ее содержание в земной коресоставляет около 0,05%.
На наличиесамородной серы в Крыму указывалось в середине прошлого века. О«розысках» здесь серы писал в 1849 г. «Горный журнал». Речь шла об окрестностях Чокракского озера на Керченском полуострове, где визвестняке были обнаружены «весьма явственные, но весьма мелкие кристаллысамородной серы». Поручик Антипов провел здесь по распоряжению князя Воронцоваразведочные работы с проходкой горных выработок. Оказалось, что сера приуроченатолько к выходам сероводородных источников. Ее образование было объясненоразложением сероводорода. «В заключение должен сказать, — пишет поручик, — что это месторождение серы не представляет какой-либо важности в техническомотношении, кроме одного целительного свойства источников, обещающих великуюпользу». Тонкие белесые налеты серы можно наблюдать и в настоящее время уЧокракских и других источников сероводородных вод, например, в окрестностяхСудака.
Самороднаясера нередко образуется и при выветривании сульфидов — пирита и марказита. Еенаходили в Крыму в связи с разнообразными горными породами: в мергелях уФеодосии, известняках окрестностей Бахчисарая, гранодиоритах вблизи Алушты. Сераэтого типа входит обычно в состав землистых агрегатов в смеси с сульфатами и гидроксиламижелеза и представлена мельчайшими неправильными зернышками, иногда — кристалликами. Нередко ей сопутствует гипс. Тонкая порошковатая сераприсутствует в илах соляных озер, например, Сакского.
Самые крупныескопления серы обнаружил в Крыму в 1883 г. Н. И. Андрусов на Керченском полуострове у деревни Чекур-Кояш. В дальнейшем оказалось, что здесь целоеместорождение. Сера приурочена к гипсоносным глинам и мергелям и образуетпрослойки и желваки размерами от нескольких миллиметров до 30 см. Содержание ее в руде от 10 до 30%.
По одной изпринятых гипотез самородная сера образовалась из гипса под действием обогащенныхорганическими веществами сероводородных вод при участии бактерий.
По нынешниммасштабам месторождение выглядело бы скромным. Но в свое время оно сыграловажную роль. Дело в том, что до революции серу ввозили в Россию из-за границы.И Чекур-Кояшское месторождение одним из первых дало промышленную отечественнуюсеру. Вот краткая история его освоения.
В прошломвеке кустарным способом было добыто лишь немного серы для местных нужд.Месторождение почти не изучалось. В 1906 г. его арендовала Бельгийская компания и начала геологическую разведку и подготовку к эксплуатации. Техническийуровень работ был низким. Выработки плохо проветривались. Это привело ктрагической гибели рабочего и администратора, отравившихся в забое серным газом,после чего работы были прекращены.
С началапервой мировой войны в стране сложилось критическое положение с серой, и порешению Военно-Промышленного Комитета в 1915 г. приступили к разведке Чекур-Кояша. В 1916 г. уже велась подготовка к отработке и попутная добыча. Было извлечено1600 т. руды. Из нее вручную отобрали около 10 т. серы. Но в 1917 г. работы были прекращены и шахты залило водой.
Возрождениерудника началось со времени установления Советской власти в Крыму. Сначаланебольшое количество серы получали на маленьком заводике из ранее добытой руды.Затем провели основательную геологическую разведку и подсчет запасов серы. В 1928 г. рудник и завод, практически построенные заново, начали давать серу. Добыча велась около 10лет, и месторождение было выработано. Крымская сера в начальный период добычииграла важную роль. «Керченская сера имеет большое значение для Союзанаших республик», — отмечалось в печати 30-х гг. С открытием и разработкойкрупных месторождений Средней Азии сера Чекур-Кояша сохраняла лишь местноезначение. В настоящее время на Керченском полуострове известно около десятканепромышленных проявлений серы.
Своеобразенвнешний вид самородной серы. Цвет желтый разных оттенков, чащесоломенно-желтый. Блеск жирный. Сера образует пленки, землистые и порошковыемассы, тонкие прослойки и желваки, реже встречается в правильных кристалликах.Характерны четырехгранные бипирамидки с усеченными вершинками самойраспространенной ромбической, или так называемой альфа-серы. Она наиболееустойчива на поверхности земли. Любопытно, что в известняках района Керченскогопролива С. П. Попов обнаружил в 1901 г., наряду с этой разновидностью, болеередкие в природе пластинчатые кристаллы моноклинной (бета) серы. Это первая вмире находка бета-серы в условиях земной поверхности вне связи с вулканическойдеятельностью. Форма кристаллов бета-серы из Крыма но С. П. Попову прочно вошлав справочники по минералогии.
По твердостисера незначительно превосходит тальк — самый мягкий минерал шкалы Мооса. Уталька твердость принята за 1, а у серы она составляет 1-2 по этой шкале. Серав два раза тяжелее воды. Плотность ее около двух. Важным отличием являетсяспособность серы гореть. По Плинию Старшему, «никакое вещество стольудобно не возгорается, из чего явствует, что в ней заключена большая огненнаясила». До появления современных представлений долгое время считали, что сераявляется носителем особого горючего вещества. Способность серы гореть можноиспользовать как надежный диагностический признак. Для проверки достаточноничтожной крупинки вещества. Испытание можно провести на кончике лезвияперочинного ножа с помощью горящей спички пли спиртовки. Можно воспользоватьсяи раскаленной швейной иглой. Очень характерен и запах горящей серы, отличающийее от других минералов. В тонких порошковатых и землистых выделениях серабывает похожа на сульфаты железа. В отличие от многих сходных минералов серарастворяется в керосине и скипидаре.
Самороднаясера нередко содержит до нескольких процентов примесей. В крымской сереустановлены кальций, селен, мышьяк и некоторые другие элементы. Примеси могутограничивать применение серы в отдельных отраслях промышленности.
Профессий усеры чрезвычайно много, причем издавна. «Польза ее весьма пространная, — писал в начале прошлого века В. Севергин. — Она употребляется различным образомв химии, во врачебном искусстве, на добывание серной кислоты, на приготовлениекиновари, огнестрельного пороха, в потешных огнях… на истреблениенасекомых». В настоящее время сера находит еще большее применение.Ежегодно в мире добывают десятки миллионов тонн самородной серы. Используют еепри производстве синтетических волокон, резины, красителей, в пищевойпромышленности. Примерно половина добываемой серы идет на получение сернойкислоты, четверть — в целлюлозно-бумажную промышленность, около 10% в сельскоехозяйство. Крымскую серу применяли в основном для борьбы с вредителямивиноградников и в санитарных целях.
Серараспространена в Крыму гораздо шире других минералов класса самородныхэлементов. Но найти хорошие ее образцы непросто. Приходится рассчитывать лишьна мельчайшие кристаллики в десятые доли миллиметра, различимые с помощью лупы,и на землистые и порошковатые налеты и выцветы в смеси с другими минералами. Нои такие образцы, особенно собственные находки, — отличный материал дляколлекции
Происхождение серы
Большие скопления самородной серы встречаются не такуж часто. Чаще она присутствует в некоторых рудах. Руда самородной серы — этопорода с вкраплениями чистой серы.
Когда образовались эти вкрапления — одновременно ссопутствующими породами или позже? От ответа на этот вопрос зависит направлениепоисковых и разведочных работ. Но, несмотря на тысячелетия общения с серой,человечество до сих пор не имеет однозначного ответа. Существует несколькотеорий, авторы которых придерживаются противоположных взглядов.
Теория сингенеза (т. е. одновременного образованиясеры и вмещающих пород) предполагает, что образование самородной серыпроисходило в мелководных бассейнах. Особые бактерии восстанавливали сульфаты,растворенные в воде, до сероводорода, который поднимался вверх, попадал вокислительную зону и здесь химическим путем или при участии других бактерийокислялся до элементарной серы. Сера осаждалась на дно, и впоследствиисодержащий серу ил образовал руду.
Теория эпигенеза (вкрапления серы образовалисьпозднее, чем основные породы) имеет несколько вариантов. Самый распространенныйиз них предполагает, что подземные воды, проникая сквозь толщи пород,обогащаются сульфатами. Если такие воды соприкасаются с месторождениями нефтиили природного газа, то ионы сульфатов восстанавливаются углеводородами до сероводорода.Сероводород поднимается к поверхности и, окисляясь, выделяет чистую серу впустотах и трещинах пород.
В последние десятилетия находит все новыеподтверждения одна из разновидностей теории эпигенеза — теория метасоматоза (впереводе с греческого «метасоматоз» означает замещение). Согласно ей в недрахпостоянно происходит превращение гипса CaSO4-H2O и ангидрита CaSО4 в серу икальцит СаСО3. Эта теория создана в 1935 году советскими учеными Л. М.Миропольским и Б. П. Кротовым. В ее пользу говорит, в частности, такой факт.
В 1961 году в Ираке было открыто месторождениеМишрак. Сера здесь заключена в карбонатных породах, которые образуют свод,поддерживаемый уходящими вглубь опорами (в геологии их называют крыльями).Крылья эти состоят в основном из ангидрита и гипса. Такая же картинанаблюдалась на отечественном месторождении Шор-Су.
Геологическое своеобразие этих месторождений можнообъяснить только с позиций теории метасоматоза: первичные гипсы и ангидритыпревратились во вторичные карбонатные руды с вкраплениями самородной серы.Важно не только соседство минералов — среднее содержание серы в руде этихместорождений равно содержанию химически связанной серы в ангидрите. Аисследования изотопного состава серы и углерода в руде этих месторождений далисторонникам теории метасоматоза дополнительные аргументы.
Но есть одно «но»: химизм процесса превращения гипсав серу и кальцит пока не ясен, и потому нет оснований считать теориюметасоматоза единственно правильной. На земле и сейчас существуют озера (вчастности, Серное озеро близ Серноводска), где происходит сингенетическоеотложение серы и сероносный ил не содержит пи гипса, ни ангидрита.
Все это означает, что разнообразие теорий и гипотезо происхождении самородной серы — результат не только и не столько неполнотынаших знаний, сколько сложности явлений, происходящих в недрах. Еще изэлементарной школьной математики все мы знаем, что к одному результату могутпривести разные пути. Этот закон распространяется и на геохимию.
Добыча серы
Добыча серызначительно увеличилась после того, как был изобретён чёрный порох. Ведь сера(вместе с углём и селитрой) – непременный его компонент. В наше время сера — один из важнейших видов сырья для многих химических производств. Ежегодноемировое потребление серы составляет около 20 млн. тонн. Её промышленнымипотребителями являются самые различные производства: сернокислотное, бумажное,резиновое, спичечное и др. Сера широко используется также для борьбы свредителями сельского хозяйства, в пиротехнике, и отчасти в медицине. Посодержанию в земной коре(0,03%) сера относится к весьма распространённымэлементам. Однако большие скопления самородной серы встречаются не так ужчасто. Чаще она присутствует некоторых рудах. Руда самородной серы — это породас вкраплениями чистой серы. Когда образовались эти вкрапления — одновременно ссопутствующими породами или позже? От ответа на этот вопрос зависит направлениепоисковых и разведочных работ. Но, несмотря на тысячелетия общения с серой,человечество до сих пор не имеет однозначного ответа. Серные руды добываютразными способами — в зависимости от условий залегания. Но в любом случаеприходится уделять много внимания технике безопасности. Залежам серы почтивсегда сопутствуют скопления ядовитых газов-соединений серы. К тому же нельзязабывать о возможности её самовозгорания
Серные руды добывают разными способами—в зависимостиот условий залегания. Но в любом случае приходится уделять много вниманиятехнике безопасности. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитыхгазов — соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности еесамовозгорания.
Добыча руды открытым способом происходит так.Шагающие экскаваторы снимают пласты пород, под которыми залегает руда. Взрывамирудный пласт дробят, после чего глыбы руды отправляют на обогатительнуюфабрику, а оттуда—на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу.Методы извлечения—различны. О некоторых из них будет рассказано ниже. А здесьуместно кратко описать скважинный метод добычи серы из-под земли, позволивший СоединеннымШтатам Америки и Мексике стать крупнейшими поставщиками серы.
В конце прошлого века на юге Соединенных Штатов былиоткрыты богатейшие месторождения серной руды. Но подступиться к пластам былонепросто: в шахты (а именно шахтным способом предполагалось разрабатыватьместорождение) просачивался сероводород и преграждал доступ к сере. Кроме того,пробиться к сероносным пластам мешали песчаные плывуны. Выход нашел химикГерман Фраш, предложивший плавить серу под” землей и через скважины,подобные нефтяным, выкачивать ее на поверхность. Сравнительно невысокая (меньше120° С) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890году начались испытания, приведшие к успеху.
В принципе установка Фраша очень несложна: труба втрубе. В пространство между трубами подается перегретая вода и по нему идет впласт. А по внутренней, обогреваемой со всех сторон, трубе поднимаетсярасплавленная сера. Современный вариант установки Фраша дополнен третьей —самой узкой трубой. Через нее в скважину подается сжатый воздух, которыйпомогает поднять расплавленную серу на поверхность. Одно из основных достоинствметода Фраша — в том, что он позволяет уже на первой стадии добычи получитьсравнительно чистую серу. При разработке богатых руд этот метод весьма эффективен.
Раньше считалось, что метод подземной выплавки серыприменим только в специфических условиях «соляных куполов» тихоокеанскогопобережья США и Мексики. Однако опыты, проведенные в Польше и СССР, опроверглиэто мнение. В народной Польше этим методом уже добывают большое количествосеры; в 1968. году пущены первые серные скважины и в СССР.
А руду, полученную в карьерах и шахтах, приходитсяперерабатывать (часто с предварительным обогащением), используя для этогоразличные технологические приемы.
Известно несколько методов получения серы из серныхруд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные иэкстракционные.
Термические методы извлечения серы — самые старью.Еще в XVIII веке в Неаполитанском королевстве выплавляли серу в кучах —«сольфатарах».До сих пор в Италии выплавляют серу в примитивных печах — «калькаронах». Тепло,необходимое для выплавления серы из руды, получают, сжигая часть добытой серы.Процесс этот малоэффективен, потери достигают 45%.
Италия стала родиной и пароводяных методовизвлечения серы из руд. В 1859 году Джузеппе Джилль получил патент на свойаппарат — предшественник нынешних автоклавов. Автоклавный метод (значительноусовершенствованный, конечно) используется и сейчас во многих странах.
В автоклавном процессе обогащенный концентрат сернойруды, содержащий до 80% серы, в виде жидкой пульпы с реагентами подаетсянасосами в автоклав. Туда же под давлением подается водяной пар. Пульпанагревается до 130° С. Сера, содержащаяся в концентрате, плавится и отделяетсяот породы. После недолгого отстоя выплавленная сера сливается. Затем изавтоклава выпускаются «хвосты»—взвесь пустой породы в воде? Хвосты содержатдовольно много серы и вновь поступают на обогатительную фабрику.
В России автоклавный способ был впервые примененинженером К. Г. Паткановым в 1896 году.
Современные автоклавы — это огромные аппаратывысотой с четырехэтажный дом. Такие автоклавы установлены, в частности, насероплавильном заводе Роздольского горнохимического комбината в Прикарпатье.
На некоторых производствах, например на крупномсерном комбинате в Тарнобжеге (Польша), пустую породу отделяют от расплавленнойсеры на специальных фильтрах. Метод разделения на специальных центрифугахразработан недавно в нашей стране. Словом, «руду золотую (точнее — золотистую)отделять от породы пустой» можно по-разному.
По-разному и удовлетворяют свои потребности в сереразные страны. Мексика и США используют в основном метод Фраша. Италия,занимающая по добыче серы третье место среди капиталистических государств, продолжаетдобывать и перерабатывать (разными методами) серные руды сицилийскихместорождений и провинции Марко. У Японии есть значительные запасы серывулканического происхождения. Франция и Канада, не имеющие самородной серы,развили крупное производство, ее из газов. Нет собственных серных месторожденийи в Англии и Германии. Свои потребности в серной кислоте они покрывают за счётпереработки серосодержащего сырья (преимущественно пирита), а элементарную серуимпортируют.
Россия полностью удовлетворяют свои потребностиблагодаря собственным источникам сырья. После открытия и освоения богатыхПрикарпатских месторождений СССР и Польша значительно увеличили производствосеры. Эта отрасль промышленности продолжает развиваться. Были построены новыекрупные предприятия на Украине, реконструированы старые комбинаты на Волге и вТуркмении, расширено производство серы из природного газа и отходящих газов.