Желтая сера - удивительное вещество с многовековой историей применения. От курений в древних храмах до современных технологий - сера постоянно находит новые области использования. Давайте разберемся, откуда берется это полезное вещество, как оно выглядит и для чего его применяют.
Происхождение и добыча серы
Сера известна человечеству с глубокой древности. Еще в Вавилоне и Ассирии ее использовали в религиозных обрядах для курений. В Китае сера входила в состав пороха, а в Древней Греции - в состав "греческого огня". Источником серы издавна служили вулканы и горячие минеральные источники.
В природе сера встречается как в свободном виде, так и в составе серных минералов. К последним относятся пирит, сфалерит, галенит и другие сульфиды металлов. Также сера содержится в нефти, угле и природном газе.
Для промышленной добычи используют три основных способа:
- Открытый способ - при наличии поверхностных залежей.
- Подземная выплавка - расплавление серы прямо в пластах с помощью закачки пара.
- Химическая очистка - извлечение серы из нефти, газа или руд гидрометаллургическими методами.
Крупнейшее в мире месторождение самородной серы находится в России на острове Итуруп. Его запасы оцениваются в 5 млрд тонн. Второе место по запасам занимает Ирак.
Мировое производство серы в 2021 году составило около 70 млн тонн. Крупнейшим производителем является Китай с объемом в 16 млн тонн.
Физические свойства и внешний вид
В чистом виде сера представляет собой желтый порошок без запаха. Цвет обусловлен наличием в молекулах циклов из атомов серы. Кристаллическая сера существует в двух модификациях - ромбической и моноклинной. Плотность колеблется от 1,8 до 2 г/см3.
Температуры плавления и кипения серы составляют соответственно 113°C и 445°C. В воде сера практически нерастворима, зато хорошо растворяется в органических веществах, например в скипидаре.
Расплавленная сера представляет собой вязкую жидкость от желтого до коричневого цвета. При температуре выше 190°C вязкость резко падает.
При остывании сера сильно уменьшается в объеме, что используется, к примеру, при изготовлении серных оттисков в стоматологии.
Химические свойства и соединения
Химически сера весьма активна, легко вступает в реакции с образованием оксидов, кислот и солей. Окисляясь кислородом воздуха, сера переходит в сернистый газ SO2, который далее превращается в серный ангидрид SO3.
Взаимодействуя с водой, оксиды серы образуют соответствующие кислоты:
- сернистая кислота H2SO3
- серная кислота H2SO4
При реакциях с металлами получают разнообразные сульфаты, сульфиты и другие соли. В органической химии важную роль играют соединения серы с углеродом, такие как тиолы, сульфиды и дисульфиды.
| Формула соединения | Название |
| H2S | Сероводород |
| (CH3)2S | Диметилсульфид |
Таким образом, сера образует чрезвычайно разнообразные химические соединения, многие из которых нашли широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве.
Как горит сера?
При нормальных условиях сера не горит. Воспламенение возможно лишь в расплавленном состоянии, когда сера кипит, выделяя пары, способные гореть. Пламя горящей серы имеет голубой цвет и температуру около 1800°C.
Опасность взрыва пыли сера представляет лишь при очень высоких концентрациях в воздухе, порядка 20 г/м3. Такая концентрация возможна разве что на специализированных производствах.
При горении серы образуется сернистый газ SO2, серный ангидрид SO3 и другие оксиды серы. Выделяющийся сернистый газ имеет резкий запах и раздражает дыхательные пути.
Из-за специфики пламени серу трудно обнаружить обычными пожарными извещателями. Лучше всего для этой цели подходят ультрафиолетовые датчики на основе молибдена.
Применение серы
Благодаря широте химических свойств сера находит применение во многих областях. Около половины всей добываемой серы расходуется на производство серной кислоты - одного из важнейших промышленных реагентов.
Второе по значимости направление - производство резины. Сера используется здесь в качестве вулканизирующего агента, придающего каучуку эластичность и прочность.
В сельском хозяйстве сера применяется как эффективный фунгицид для борьбы с грибковыми и бактериальными болезнями растений. Также ее добавляют в корм скоту для улучшения роста и усвоения питательных веществ. В медицине используются серосодержащие мази и кремы для лечения кожных заболеваний.
Сера также входит в состав некоторых строительных материалов, применяется в пищевой промышленности для отбеливания сахара, пива и муки.
Товарные формы серы
В зависимости от требований потребителей сера выпускается в различных формах. Это может быть комовая, жидкая, гранулированная и порошковая сера.
Для хранения и транспортировки часто используются специальные контейнеры и цистерны с подогревом, поскольку сера застывает при температуре ниже 113°C.
Как определить качество серы?
Основные показатели качества серы - это массовая доля основного вещества, зольность, влажность и содержание механических примесей. Для контроля этих и других параметров лаборатории используют стандартные методы анализа.
Качество поставляемой серы должно соответствовать ГОСТ 127-93 или оговоренным в договоре техническим условиям. При обнаружении несоответствий потребитель имеет право предъявить претензии поставщику и потребовать замены партии.
Безопасное обращение с серой
Хотя чистая сера и не является сильным ядом, при работе с ней следует соблюдать определенные меры предосторожности. Так, предельно допустимая концентрация паров серы в воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м3.
На складах, где хранится сера, обязательным является наличие вытяжной вентиляции, средств пожаротушения, а также использование рабочими защитных очков и респираторов.
Производство серы в России
Основными производителями серы в России являются предприятия ПАО «Газпром», такие как ООО «Газпром добыча Астрахань» и ООО «Газпром добыча Оренбург». Сера у них получается как побочный продукт при очистке природного газа от сероводорода и других серосодержащих примесей.
На долю российских «дочек» Газпрома приходится до 80% всей добываемой в стране серы. Общий объем производства оценивается в 1-1,5 млн тонн в год с тенденцией к увеличению.
Как выбрать поставщика серы?
При выборе поставщика серы, прежде всего, стоит обращать внимание на наличие сертификатов качества на продукцию. Также важно заключение долгосрочных контрактов для обеспечения стабильных поставок.
На переговорах с поставщиком нужно выяснить возможные скидки при закупке крупных партий, условия отсрочки платежа, варианты доставки серы до склада покупателя.
Экспорт и импорт серы
Несмотря на значительные запасы, Россия экспортирует лишь небольшую часть производимой серы, в основном в страны СНГ - до 300-400 тыс. тонн в год. Более того, для удовлетворения потребностей внутреннего рынка Россия вынуждена импортировать серу из Казахстана в объеме около 100 тыс. тонн ежегодно.
Перспективы рынка серы
Дальнейшее увеличение объемов добычи природного газа в России будет способствовать росту предложения серы как попутного продукта. Однако повышение эффективности процессов очистки газа может ограничить этот эффект.
Новые области применения серы
В настоящее время проводятся научные разработки по дополнительной утилизации серы, получаемой газодобытчиками. Так, ведутся работы по синтезу технической серы и изготовлению светоотражающего порошка на ее основе.
Еще одним перспективным направлением является использование серы для производства сероасфальтобетонных покрытий в дорожном строительстве. По своим характеристикам они не уступают обычному асфальту.
Промышленный спрос на серу
Ключевым фактором, определяющим рынок серы, является промышленный спрос. Наибольшую потребность в сере испытывает химическая промышленность, где она является сырьем для производства серной кислоты, сульфатов, пластмасс и каучука.
Также значительный объем серы расходуется металлургическими предприятиями и горнодобывающей отраслью. Здесь сера нужна для обогащения и очистки руд цветных и благородных металлов.
Ценообразование на серу
Цены на серу тесно связаны со стоимостью ее транспортировки, поскольку основные производители удалены от потребителей. К примеру, в РФ низкие цены складываются в районе Оренбурга и Астрахани, а доставка серы на Урал или в Сибирь существенно их повышает.
Конкуренция на рынке
Ключевыми конкурентами российских производителей серы выступают компании из стран Ближнего Востока и Северной Африки, где сосредоточены крупнейшие ее запасы. Экспортеры из этих стран имеют ценовое преимущество за счет низких издержек.
Инвестиции в производство серы
Несмотря на периодически возникающий дефицит, в настоящее время крупные инвестиции в строительство новых производств серы ограничены. Это связано с высокими капитальными затратами и значительными рисками таких проектов.
Благодаря широкому спектру применения, спрос на серу, скорее всего, будет расти. Однако предсказать динамику цен сложно в связи с волатильностью мирового рынка химической продукции. Тем не менее, сера выглядит весьма перспективным продуктом в долгосрочном плане.
