Содержание серы (несколько процентов) в угле достаточно велико (особенно в буром угле). В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы остается в золе в твердом состоянии. Содержание диоксида серы в атмосфере фоновых районов европейской части России в холодное время года изменяется от 0,0046 мг/м3 на северо-западе до 0,007 мг/м3 в юго-восточной части региона. В теплое время года концентрация диоксиды серы в 2 - 8 раз ниже. Повышение уровня концентрации зимой обусловлено ухудшением метеорологических условий рассеяния примесей, увеличением количества промышленных выбросов, замедлением химических процессов трансформации веществ при низкой температуре воздуха. По данным Росгидромета на территории России (за исключением Северо-Кавказского региона, Республики Калмыкия и Астраханской области) выпадает 4,22 млн.т серы в год. В частности годовое выпадение серы в северном экономическом регионе представлено в таблице:

Таблица 4.

В поверхностные воды сульфаты попадают главным образом за счет химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов серы. Значительное количество сульфатов поступает в водные объекты в процессе отмирания организмов и окисления сульфидов растительного и животного происхождения, а также с промышленными и бытовыми сточными водами.

В нашем городе, как и в целом по области основным источником поступления серосодержащих соединений является предприятия лесохимической промышленности.

В Архангельской области имеется ряд крупнейших предприятий, на долю которых приходится основная масса выбросов соединений серы в нашей области: это в первую очередь предприятия целлюлозно-бумажной промышленности (Архангельский, Котласский и Соломбальский ЦБК), Архангельский и Онежский гидролизные заводы, более 60-ти предприятий деревообработки, предприятия теплоэнергетики, космодром Плесецк, центры атомного судостроения ФГУП ПО Звездочка и ФГУП ПО Севмаш, кроме того, котельные ЖКХ и т.д. На 2002 г. выбросы составили 268,48 тыс.т, из которых 113,9 тыс.т сернистые соединения. Это означает, что все соединения серы в нашей области промышленного происхождения, а доля соединений серы естественного происхождения незначительна.

4. Методы и способы определения серы и ее соединений.

1. Гравиметрический метод.

Метод основан на реакции взаимодействия сульфат-ионов с катионами бария, сопровождающееся образованием малорастворимого кристаллического осадка BaSO4. осадок отфильтровывают, промывают, прокаливают, взвешивают и рассчитывают в нем содержание серы или сульфат-ионов. На этом принципе основано определение свободной, пиритной и сульфидной серы в каменном угле, рудах и минералах с той лишь разницей, что серу окисляют до сульфатной серы.

Весовая форма при этом идентична форме осаждения. При обработке осадка при переведении его в весовую форму могут произойти следующие нежелательные процессы:

1.) при озолении фильтра: восстановление BaSO4 :

BaSO4 + 2С = BaS + 2СO2

Обратный переход сульфида в сульфат происходит в процессе длительного нагревания на воздухе:

BaS + 2О2 = BaSO4

2.) при прокаливании при слишком высокой температуре наблюдается термическое разложение:

BaSO4 = BaO + SO3

Для перевода BaO и BaS вновь в сульфат иногда (в исключительных случаях) их обрабатывают 2-3 каплями серной кислоты, а затем осторожно нагревают под тягой для удаления избытка серной кислоты (как только удален избыток кислоты SO3 перестает выделятся).

Условия проведения осаждения.

1. Осаждение ведут из кислого раствора при рН<2 при температуре близкой к температуре кипения.

2. Предварительно должны быть удалены мешающие анионы (SiO32-, SnO32-, WO42- и др.), выпадающие в осадок в виде соответствующих кислот (Н2SiO32-, Н2SnO32-, Н2WO42-).

3. Осаждение ведут в отсутствии катионов Fe3+, Al3+, MnO4-, Cl- и др., так как они могут выпадать в осадок вместе с BaSO4.

2. Йодометрическое титрование.

Йодометрическое определение применяется для определения серы в виде серной кислоты.

Основой йодометрического определения кислот является реакция:

IO3-- + 5I- + 6H+ = 3I2 + 3H2O

Как видно, количество выделившегося йода равно количеству вещества водорода, вступившему в реакцию. Для определения кислоты к анализируемому раствору добавляют нейтральный раствор, содержащий KIO3 и KI. Выделившийся йод оттитровывают тиосульфатом натрия:

2Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6

Так как серная кислота - сильная, то метод дает очень хорошие результаты, даже при титровании разбавленных растворов (10-3 моль/л).

3. Йодиметрическое определение.

Методом йодиметрии проводят определение либо сульфид, либо сульфит-ионов. Определение сульфид-ионов проводят прямым титрованием:

H2S + I2 S +2I- + 2H+

Определение же сульфит-ионов проводят методом обратного титрования:

SO32- + I2 изб + H2O = SO42- + 2I- + 2H++ I2 ост

I2 ост + Na2S2O3 = NaI + Na2S4O6

Титрантом метода является свежеприготовленный раствор йода в иодиде калия с Сн = 0,1 н. Его готовят либо по точной навеске из предварительно очищенного сублимацией йода, либо по приближенной навеске, для чего 13 г. йода растворяют в 50 мл. KI и доводят объем в мерной колбе до 1 литра. Затем раствор стандартизуют по 0,1 н раствору тиосульфата натрия:

I2 + Na2S2O3 = NaI + Na2S4O6

4. Метод отгонки.

Данный метод основан на разложении пробы в разных условиях и улавливании выделяющихся продуктов реакции специально подобранными поглотителями. По изменению массы поглотителя судят о массе содержащейся в образце серы.

Различают окислительный и восстановительный варианты отгонки. При окислительном варианте отгонки в качестве продукта реакции образуется сернистый ангидрид, причем процесс ведут при температуре 1300-1400 С. Выделяющийся газ улавливают водой, а образующуюся сернистую кислоту оттитровывают раствором йода, либо смесью KI и KIO3. Также выделившийся SO2 можно улавливать раствором H2O2. В случае восстановительного варианта отгонки пробу растворяют в соляной кислоте при 100С, а выделяющийся H2S поглощают растворами ацетата кадмия или цинка.

5. ПОСТ-2Мк Аппарат для определения содержания серы в темных нефтепродуктах

Назначение.

ПОСТ-2Мк предназна-чен для сжигания массы анализируемых образцов нефтепродуктов при температуре 900-950°С, с последующим поглощением продуктов сгорания и определением массовой доли серы методом титриметрии. Рекоменду-ется для примене-ния в лабораториях предприятий, по-ставляющих, пере-рабатывающих и хранящих нефть и нефтепродукты.

Состав устройства.

Блок очистки и регулирования расхода воздуха, блок сжигания анализируемых образцов нефтепродуктов, блок улавливания продуктов сгорания, блок управления и контроля. В комплекс прибора входит ЗИП: трубка для блока очистки, кварцевая трубка с отводом, пробка, аллонж, колба.

Принцип действия аппарата.

Принцип действия аппарата заключается в сжигании образца, находящегося в подвижной кварцевой трубке, через которую продувается очищенный воздух. Сжигание осуществляется в трубчатой лабораторной печи. Продукты сгорания улавливаются приемной колбой, откуда после окончания сжигания направляются на аналитическое определение серы методом объемного титрования по ГОСТ 1437.

Преимущества по сравнению с ручным способом определения серы по ГОСТ 1437:

1. Увеличение точности определения содержания серы за счет равномерного сжигания образца.

2. Повышение безопасности за счет полной автоматизации процесса сжигания.

3. Возможность одновременного определения двух анализируемых образцов.

Таблица 5.

Технические характеристики аппарата

6. Метод анализа воздуха с помощью газоанализатора.

Газоанализаторы в отличие от стационарных приборов не позволяют достигнуть столь же высокой чувствительности, точности и селективности. Однако при необходимости оперативного контроля содержания примесей загрязняющих веществ в атмосферном и особенно в воздухе рабочей зоны в промышленных выбросах они могут быть полезны и необходимы. Для определения сероводорода используют газоанализатор марки 666Э303,предел обнаружения которого находится от 0 до 20 мг/м3. Для определения сернистого ангидрида используют газоанализатор марки 667ФФ-03,предел обнаружения которого 0,001 мг/м3.

Заключение.

В заключении хотелось бы отметить значение наиболее важных соединений серы.

Серная кислота применяется в производстве минеральных удобрений: суперфосфата и сульфата аммония (так на производство 1 т. суперфосфата расходуется около 350 кг. серной кислоты, а на производство 1 т. сульфата аммония - 750 кг.). Кроме того, ее применяют для получения разнообразных минеральных кислот и солей, всевозможных органических продуктов, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ, в нефтяной, металлургической, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности. В немалой степени серную кислоту потребляет лесохимическая промышленность.

Сернистую кислоту используют для беления шерсти, шелка и других материалов, не выдерживающих отбелки более сильными окислителями.

Сернистые красители - класс красителей, получаемых нагреванием различных органических соединений с серой или полисульфидами натрия - применяют для окрашивания целлюлозных материалов.

Сероводород в основном применяется для получения элементарной серы и серной кислоты, для получения сульфидов, меркаптана и тиофенов.

SO3 находит свое применение в качестве сульфирующего агента в производстве многих органических продуктов, олеума. Кроме того его применяют для получения хлор- и фторсульфоновой кислот и сульфурилхлорида.

SO2 главным образом идет на получение серной кислоты, также его применяют в холодильных установках, при отбеливании, жидкой SO2 применяют в целлюлозной промышленности.

Многие серосодержащие соли используются в сельском хозяйстве (Ca(H2PO4)2 + CuSO4 простой суперфосфат, CuSO4 медный купорос, FeSO4 железный купорос, (NH4)2SO4 сульфат аммония и др.) в качестве удобрений, а также как средства защиты от насекомых - вредителей и болезней растений (полисульфиды Ca и Ba).

Сульфиды применяются в производстве серной кислоты и ее солей. Сульфиды щелочных и щелочно- земельных металлов применяются в химической и легкой промышленности, например Na2S применяется как восстановитель органических нитросоединений соединений, в частности для приготовления серосодержащих красителей. Смеси полисульфидов и тиосульфатов калия используют для лечения кожных заболеваний.

Сульфиды меди, кадмия, а также редкоземельных элементов применяют в качестве полупроводников.

Сероуглерод находит свое применение в производстве вискозного шелка (исходным продуктом является катогенат целлюлозы, получаемый взаимодействием CS2 со щелочной целлюлозой), кроме того, производный сероуглерода K2CS2 тиокарбонат калия применяется в борьбе с сельскохозяйственными вредителями. Также сероуглерод применяется при вулканизации каучука, как экстрагент и в др.

Сульфаминовая кислота H2NSO2OH применяется в аналитической химии как стандарт ацидометрии и для определения нитрит-ионов; ее соли используют как огнезащитные пропитки для бумаги и текстильных материалов.

Некоторые органические соединения серы при инфекционных заболеваниях (сульфантрол, сульфапиридин).

Этот список можно продолжать и далее, но всех веществ содержащих серу (в особенности органических) просто не перечесть. Причем актуальность применения соединений серы настолько велика, что сегодня с немалой долей уверенности можно сказать о невозможности существования человечества без них.

В настоящее время особенно в промышленных районах серосодержащие вещества в огромных количествах выбрасываются в окружающую среду. Хотя на производствах и применяют специальные уловители, но часто их эффективность оказывается слишком низкой. Сама по себе сера токсикантом не является, но такие ее соединения как SO2, H2S, CH3-SH, аэрозоли серной кислоты и др. могут оказать существенное негативное влияние на здоровье человека и будущего поколения, а также негативно сказаться на нормальном состоянии растительных организмов. Поэтому я считаю, что еще есть немало поводов к исследованию влияния соединений серы в целом на окружающую среду, на генофонд населения и т.д, а также к разработке новых методов и специальных установок позволяющих снизить выбросы серосодержащих соединений в окружающую среду.

Список литературы

1. Справочник химика, т.III, - М.: Химия, 1964. -1008 с.

2. Химическая энциклопедия. - М.: Гос. научное издательство «Советская энциклопедия», 1963. - 1088 с.

3. .Алексеев В.Н. Количественный анализ издание 4-е, переработанное М., “Химия” 1972- 340 с.

4. Каррер.П. Курс органической химии. - Л.: Госхимиздат, 1962.- 1218 с.

5. Крешков А.П. Основы аналитической химии, т.II. - М.: «Химия», 1970

6. Протасов.В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России.- М.: «Финансы и статистика», 2001.-672 с., ил.

7. Скурлатов Ю.И. Введение в экологическую химию. - М.: «Высшая школа», 1994.- 400 с., ил.

8. Степин Б.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия. - М.: «Высшая школа»,1994.-608 с.

9. Цитович И.К. Курс аналитической химии.- М.: Неорганическая химия.- Высшая школа», 1994.- 495 с., ил.

Страницы: 1, 2, 3, 4