Способ селективного выделения серы из серусодержащих материалов Советский патент 1980 года по МПК G01N1/44 G01N31/00 

1

Изобретение относится к области неорганической и аналитической химии, а также к химии изотопов и изотопной геологии, в частности к разработке способов селективного выделения разных форм серы (самородной, сульфатной и сульфидной) из различных объектов (природных и синтетических), и может быть использовано в количественном химическом анализе и при изучении природных вариаций пзотопных отношений серы, в практической геологии.

Выделение и определение содержания разных форм серы в одном и том же образце сопряжено с длительными и сложными процедурами.

Известен способ количественного выделения серы, основанный на принципах «мокрой химии. Для выделения, например, сульфида серы из породы навеску обрабатывают соляной кислотой, а выделяющийся сероводород вытесняют током углекислого газа.

Количество выделяющегося сероводорода определяют гравиметрически, иодометрически или фотометрически.

Сульфатная сера в растворимых сериокислых соединениях при обработке растворами соляной кислоты переходит в раствор, сульфатная сера барита или целестина при этой процедуре остается в осадке и может быть переведена в раствор только после сплавления выделенного остатка с содой.

Недостатком известного способа является то, что в процессе анализа ряд сульфидов, в том числе FeSz, MoSa, HgS, не разлагаются соляной кислотой, что снижает полноту выделения. Более того, известный сиособ не позволяет выделять разные формы серы из одной навески, в связи с этим процесс выделения серы многостадиен и трудоемок. При этом необходимо для анализа серы в каждой ее форме проводить самостоятельное определение.

Наиболее близким к изобретению является способ выделения различных форм серы из горных пород и руд, согласио которому для определения элементарной серы навеску образца подвергают термической обработке прп температуре порядка 300°С. Осажденную элементарную серу переводят в сероводород для последующего его аналпза. Для оиределеиия ипритной формы серы образец спекают с металлическим кальцием в атмосфере углекислого газа и иаров воды. При этом все формы серы (кроме сульфатной) иереходят в сероводород.

Для оиределения же сульфатов навеску снова спекают с металлическим кальцием в присутствии щавелевой кислоты.

Недостатком способа является трудоемкость и многостадийность выделения серы, поскольку для селектиБното выделения серы в каждой ее форме необходимо проводить самостоятельное определение. Более того, прн необходимости определения изотопного состава серы пеобходи1ма доиолнительиая операция ио переводу получеипого сероводорода либо в SOj, либо в SFe для масс-спектральиого пзотоппото анализа.

Целью изобретения является уирощепие способа выделения различных форм серы из одной навески и сокраидение времени.

Поставленная цель достигается тем, что исследуемый образец дополиительпо подвергают последовательиой обработке газообразным фтором ири температуре 50-60 и 450-бОО С соответственно с последуюш.ей регистрацией образовавшпхся фторированных газообразных продуктов одиим пз пзвестных способов.

Способ осуществляют на вакуумной установке в реакторе, выполненном из никеля или из мопе.ль-металла. Отделение элементарной серы из навески осуществляют путем возгоики ее в реакторе ири темиературе порядка ЗООС, при этом сера осаждается после остывания реактора на его степках. Затем в реактор подают газообразный фтор и реактор герметизируют и нагревают до 50°С. При 3Toii темиературс окисляется до SFg только элементарная сера, а сульфиды и сульфаты не реагируют со фтором. Таким образом, можио на нервом этаие отделить элементарную серу, отобрав из реакторов SFg. Дальнейшее фторирование ири температуре порядка 450-500°С приводит к образованию SFg из сульфидов и SO2F2 из сульфатов. Соотиощеиие сульфидной н сульфатиой форм серы в исследуемом образце можио определить либо разделив газообразные SFg и SO2F2 путем тоикой низкотемиературиой дистилляции, либо из масс-сиектрального или хроматографического анализа газообразных продуктов реакцни.

Новым в предлагаемом способе является последовательное фторироваиие газообразным фтором в определенных условиях, что позволяет селективио выделять разные формы серы: элементарную - SFe, сульфидную - SFe и сульф|атную - S02F2, причем изотоиный анализ серы ироводят масс-спектральио с исиользованием в качестве рабочих веществ SFa (по известной методике) и фтористого сульфурила ионных пиках с т/е 83 () и 85 ().

Пример. Навеску 100 мг исследуемого образца (вулканическая сера в породе) помещают в никелевом тигле в герметично .:;акрывающийся реактор из мопель-металла емкостью 100 см Реактор присоединяют к вакуумпой устаиовке, вакуумируют до 10 мм рт. ст. и герметизируют. После

этого реактор нагревают до 300°С в течение 10 мин. Реактор соединен с дозатором фтора, а также подсоединен к стеклянной части установки, снабженной устройством для перекачки газов и измерения их объемов. После прогрева реактор охлаждают до комнатной температуры (элементарная сера из образца возгоняется и осаждается иа стенках реактора), открывают и наиуекают 100 см фтора (ири давлеиии атм). Затем реактор перекрывают и нагревают до 50°С в течение 15 мин. По окопчапип процесса фторирования элементарной серы реактор охлаждают жидким

азотом, открывают и откачивают избыточное количество фтора. После этого доводят температуру реактора до комнатной и перекачивают образовавшуюся SFe в стеклянную часть установки и измеряют количество

SFo (11 мл). После этого в реактор напускают 200-300 см фтора, герметнзируют и нагревают при 500°С в течение 0,5-1,0 ч. Л1аиинуляцин по удалению избытка фтора, части кислорода и иерекачке газообразных

продуктов реакции аиалогичиы вышеприведеииым. Часть газовой смеси SFe из сульфидов и SO2F2 из сульфатов аиализируют на масс-снектрометре или хроматографе (общее количество измеряют манометром-

21 мл). Масс-спектральный анализ показал отношение SFg: S02F2 1,7. Из получеииых данных рассчитывают содержание (%) элементарной сульфидной и сульфатной серы в исследуемом образце. Часть газовых проб отбирают в стеклянные амнулы

для нроведения изотоиного анализа серы.

Таким образом, использование способа

выделения разных форм серы посредством

фторирования газообразным фтором является экономически более выгодным и целесообразным по сравнению с методами «мокрой химии за счет сокращения цикла операции, упрощения экспериментальной методики, повышения экспрессности способа (в 2 раза быстрее), универсальности самого процесса выделения серы.

Способ обеспечивает полноту выделения серы из одной навески пробы, при этом сера выделяется в форме высоколетучих соединеиий, пригодных как для непосредственного использования в изотопной химии и геологии, так и в количественном волюмометрическом ее определении.

Формула изобретепия

Способ селективного выделения серы из серусодержащих материалов, включающий

нагревание исследуемого образца при температуре 300°С с последующим анализом образовавщихся продуктов одним из известиых методов, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа выделения различных форм серы из одной навески и со56

кращения времени, исследуемый образец ной обработке газообразным фтором при дополнительно подвергают последователь- 50-60 и 450-500°С соответственно.

743948