بررسی وضعیت تجارت جهانی گوگرد (قسمت اول) / منابع و مصارف متنوع گوگرد در صنایع

1-تاریخچه

گوگرد در زمان‌های گذشته به معنی سنگی که می‌سوزد نامیده می‌شد. هومر شاعر دوران باستان اشاره به استفاده از محصولات احتراق گوگرد به‌عنوان گندزدا، حشره‌کش و چند مورد دیگر دارد. در لاتین به آن Sulpur و در یونانی Θειο اطلاق می‌شده است. در آن زمان گوگرد جزئی از آتش تلقی شده و روشنایی آتش به آن نسبت داده می‌شد. درواقع نام یونانی گوگرد (Θειο) معنای خدایی و الوهیت نیز می‌دهد و از کلمه Θεος مشتق شده است که به زئوس خدای یونانی اطلاق می‌شد.

پدانیوس دیوسکوریدوس (Pedanius Dioscorides) طبیب و داروساز یونانی توضیحاتی در مورد استفاده از گوگرد در داروسازی دارد. پلینی بزرگ (Pliny the Elder) از اهالی رم، اشاراتی در مورد معادن گوگرد ایتالیا و جزیره سیسیل، استفاده‌های دارویی گوگرد، سفیدکاری با استفاده از بخار گوگرد و تولید کبریت و فتیله چراغ از گوگرد دارد. در حدود سال 1241، آقای بیکان (F. R. Bacon) روش ساخت باروت سیاه با استفاده از گوگرد را کشف کرد. با این وجود، چینی‌ها و اعراب در سال‌های قبل توانسته بودند ترکیبات آتش‌زا را با استفاده از گوگرد بسازند.

آنتوان لاوازیه (Antoine Lavoisier) در سال 1772 اثبات کرد که گوگرد یک عنصر پایه است. گوگرد در سال 1809 رسماً به‌عنوان یک عنصر پذیرفته شد. این عنصر در بسیاری از مواد آلی و خصوصاً پروتئین‌‌ها نقش ساختمانی دارد به‌گونه‌‌ای كه وجودش باعث افزایش استحكام پروتئین شده و برای سلامت انسان‌ها ضروری است. از جمله فواید گوگرد می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:

گوگرد رنگ پوست را بهتر می‎كند و به موها شفافیت می‎بخشد، برای سلامت مو، پوست و ناخن‎ها از ضروریات است، در سوخت‌وساز بدن با گروه ویتامین‎های B همكاری می‎كند، به كبد در ترشح صفرا كمك می‎كند، گوگرد قسمتی از بافت سازنده اسید آمینه‎ها است، گوگرد عنصر مهم تشكیل‌دهنده بافت‎های استخوانی و پوست و مو است، برای درمان میگرن، روماتیسم، برونشیت و اختلال كبدی و ترمیم سلول‎ها مفید است، گوگرد به متابولیسم مغز كمك می‎كند، برای بیماری برص و پیسوریازیس با سركه به‌صورت ضماد بمالید، برای رفع جوش‎های صورت (با نظر پزشك)مفید است

در این مواد غذایی گوگرد وجود دارد: گوشت گوساله كم‌چرب، حبوبات خشك، ماهی، تخم‎مرغ، كلم، سیر، پیاز، موسیر، تربچه، جعفری، جوانه عدس و گندم، خربزه، تمشك، توت‎فرنگی، مویز، انگور، هویج، كرفس، ترب، سیب‎زمینی، گوجه‎فرنگی، شاهی، ملاس سیاه، خردل، كاكائو، برنج، اسفناج، خرما، شلغم، نخود، سویا، میگو، ماهی ازون‌برون، قزل‎آلا، فندق و گردو.

2- مشخصات گوگرد

گوگرد یا سولفور با نماد شیمیایی S نام یک عنصر شیمیایی است که در گروه ششم (VIA) و دوره سوم از جدول تناوبی عنصرها جای گرفته ‌است. این عنصر در خانواده اکسیژن قرار دارد، پیش از آن فسفر، پس از آن کلر، در بالای آن اکسیژن و پایین آن سلنیوم جای گرفته ‌است. نماد شیمیایی آن S و عدد اتمی آن ۱۶ است.  گوگرد عنصری غیر‌فلزی دارای رنگ زرد لیمویی روشن بوده و ماده‌ای بسیار نرم است. سختی گوگرد برابر دو در مقیاس موهس (Mohs scale of hardness) است.  هدایت گرمایی گوگرد بسیار پایین است. به عبارتی این عنصر نمی‌تواند گرما را به‌راحتی انتقال دهد. به دلیل اینکه سطح کریستال بسیار سریع‌تر از قسمت داخلی آن گرم می‌شود یک تماس کوچک دست می‌تواند باعث شکستن کریستال گوگرد شود و کریستال نمی‌تواند این شوک حرارتی را تحمل کند. گوگرد در دمای 108 درجه سانتی‌گراد شروع به ذوب شدن می‌کند و به‌راحتی و با شعله آبی می‌سوزد. حتی شعله حاصل از اشتعال یک کبریت برای آتش زدن گوگرد کافی است. هنگامی که گوگرد می‌سوزد با اکسیژن ترکیب شده و تولید دی‌اکسیدگوگرد (SO2) می‌کند که بویی شبیه تخم‌مرغ گندیده دارد.

3-شکل‌های گوگرد

با توجه به پراکندگی مصرف این محصول در دنیا، تولیدکنندگان مجبورند گوگرد تولیدی را براساس بازار هدف به شکل‌های گوناگون درآورده و حمل کنند. در یک دسته‌بندی کلی، گوگرد را می‌توان به چهار شکل کلی فله، مایع، شکل یافته و اشکال ویژه تولید و حمل کرد.

4-کاربرد گوگرد

گوگرد یکی از عناصر پرکاربرد است که وجود آن برای سلامتی انسان ضروری بوده (گوگرد در کراتین که در ساختار مو و ناخن است، جز ,عناصر اصلی محسوب می‌شود) علاوه بر این گوگرد در صنایع مختلف نیز مصارف گوناگونی دارد که در ادامه به مهم‌ترین آنها اشاره شده است.

4-1-تولید اسیدسولفوریک

تقریباً 92 درصد گوگرد جهان در تولید اسیدسولفوریک مصرف می‎شود که به‌عنوان یک حد واسط در گستره وسیعی از فرآیندهای شیمیایی به‌کار رفته و از این‌رو از آن به‌عنوان سلطان مواد شیمیایی نام می‎برند. تولید اسیدفسفریک به روش‌تر بازار عمده مصرف اسیدسولفوریک تلقی می‎شود که تقریباً 75‌درصداسیدفسفریک در تهیه فسفات آمونیوم و کود سوپر فسفات غلیظ به‌کار می‌رود.

4-2-تولید کود شیمیایی

گوگرد عنصری در خاک به اسیدسولفوریک تبدیل می‌شود. این اسید پس از واکنش با کربنات کلسیم خاک باعث آزاد شدن کلسیم می‌شود. کلسیم آزاد شده جایگزین سدیم خاک شده و در نتیجه زمینه نفوذ آب به داخل بافت خاک فراهم می‌شود. از طرف دیگر حلالیت برخی عناصر مغذی چون فسفر، آهن، منگنز و روی در خاک‌های آهکی و قلیایی کاهش یافته و به شکل غیرقابل جذب برای گیاه در می‌آیند. با استفاده از گوگرد عنصری می‌توان قابلیت جذب این عناصر و به تبع آن راندمان محصولات کشاورزی را افزایش داد.

4-3-صنایع استیک‌سازی

گوگرد یکی از مهم‌ترین مواد اولیه مورد نیاز در صنعت لاستیک‌سازی بوده و به‌عنوان عامل پخت یا عامل ولکانیزاسیون جهت ایجاد پیوندهای عرضی در زنجیر مولکول‌های خطی کائوچو به‌کار برده می‎شود. استفاده از گوگرد خاکه در این پلیمرها می‎تواند تا حدودی مؤثر باشد ولی به‌هنگام سرد شدن آمیزه لاستیکی، گوگرد به‌صورت پودر کریستاله شده و در قسمت سطحی آمیزه پدیدار می‎شود. جهت برطرف کردن این مشکل از نوع تغییر یافته گوگرد عنصری، یعنی گوگرد پلیمری (گوگرد نامحلول) استفاده می‎کنند.

4-4-صنایع کاغذسازی

فرآیند شیمیایی برای ساخت خمیر کاغذ با استفاده از محلول اسیدی دی‌سولفیت برای نرم شدن مواد چوبی با خارج کردن لیگنین از سلولز صورت می‌گیرد.

4-5-دی سولفید کربن

یکی از مهم‌ترین کاربردهای گوگرد در ساخت ترکیب غیراسیدی کربن دی سولفید است که می‌تواند مستقیماً از عنصر گوگرد یا به‌وسیله واکنش گوگرد با متان سنتز شود و هیدروژن سولفید به‌عنوان محصول جانبی آن است. کربن دی سولفید به مقیاس وسیعی در صنعت شیمیایی فیبرهای ابریشمی مصنوعی به‌کار می‌رود.

4-6-صنایع آرایشی، بهداشتی و دارویی

در بسیاری از پمادها، صابون‌ها، لوسیون‌ها، نرم‌کننده‌ها و کرم‌ها از گوگرد استفاده می‌شود. این عنصر در درمان آکنه مؤثر بوده و به دلیل دارا بودن خاصیت ضد قارچی و ضد باکتری در مقابله با مشکلات پوست چرب به کار گرفته می‌شود. نیز در شامپوها به منظور درمان شوره سر استفاده می‌شود. این عنصر در درمان زگیل، درمان کم کالری تیروئید و التیام بخشیدن به بهبود زخم‌ها نیز کاربرد پزشکی دارد.

4-7-باتری‌های گوگردی

گوگرد نیز از عناصری است که می‌تواند به همراه فلزات به‌عنوان باتری مورد استفاده قرار گیرد. یکی از انواع باتری‌های گوگردی، باتری گوگرد-سدیم از نوع باتری فلزی مذاب، ساخته شده از سدیم و گوگرد است. این نوع باتری‌ها دارای دانسیته انرژی بالایی هستند و دارای نسبت بالایی از شارژ/دشارژ (89-92درصد)، طول عمر طولانی و از دسته تجهیزات ارزان‌قیمت نیز هستند.

5-گوگرد در طبیعت

گوگرد به شکل‌های گوناگون در طبیعت یافت می‌شود که از مهم‌ترین آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

5-1-معادن گوگرد عنصری

گوگرد به‌صورت عنصری و ترکیب شده با ترکیبات آلی و معدنی وجود دارد. منابع اصلی گوگرد عنصری، گنبدهای نمکی و خشک (فراش) و محصول جانبی گوگردی بازیافت شده از هیدروکربن‌ها (گاز طبیعی و نفت‌خام) هستند. در ایالت‌متحده‌آمریکا در سال 2000 استخراج گوگرد با روش فراش انجام گرفت. منابع اصلی جدید گوگرد شامل ترکیبات اوره بدون آهن و پیریت (معمولاً به‌صورت اسیدسولفوریک) است.

5-2-معادن سولفیدی

یکی از محصولاتی که سالانه بازیافت می‌شود مشتقات گوگردی است که دارای حد واسط گوگرد عنصری نیستند. این نوع عملکردها مربوط به قسمت‌هایی می‌شود که دی‌اکسیدگوگرد آن نسبت به سولفید هیدروژن موجود در ترکیبات گوگردی بیشتر است. بنابراین دی‌اکسیدگوگرد را به گوگرد عنصری کاهش می‌دهند. پس از این نوع تغلیظ معمولاً تبدیل به سولفوریک اسید صورت می‌گیرد. از منابع دی‌اکسیدگوگرد معمولاً اوره سولفیدی بدون آهن مانند مس، سرب، روی، نیکل و مولیبدن است. در این مکان‌ها، بیش از 20 سال است که بازیافت گوگرد انجام می‌شود.

5-3-زغال‌سنگ

قرن‌هاست که با سوزاندن زغال، گوگرد را مستقیم از آن استخراج می‌کنند. کیفیت زغال با استخراج مقدار کم Btu و متناوباً مقدار زیاد گوگرد و مواد سوختی بهبود می‌یابد، در سال‌های اخیر این عمل نه‌تنها به آلودگی هوا ربط داده شده است، همچنین استخراج گوگرد و ترکیبات گوگرد با سوزاندن گازها کامل می‌شود.

5-4-نفت‌خام

نفت‌خام سنگین نوعی از نفت‌خام است که سرعت جریان آن کم است و شامل آسفالت و رزین است. این سنگینی (دانسیته و چگالی) به‌دلیل نسبت زیاد مواد آروماتیک و نفتا به پارافین (از آلکان‌های خطی) بوده و دارای مقدار زیادی از عناصر نیتروژن، گوگرد و اکسیژن و فلزات سنگین دیگر است. نفت‌خام سنگین دارای بیش از 60 درصد کربن اتم است، بنابراین دارای نقطه جوش و وزن مولکولی بالایی است.

به‌طورکلی نفت‌خام دارای دو نوع اصلی است:

1- دسته‌ای که بیش از یک درصد گوگرد دارند (نفت‌خام گوگردی سنگین) به همراه مواد آروماتیک و آسفالت و اغلب در قسمت‌هایی از شمال آمریکا (کانادا، آلبرتا و. .)، جنوب آمریکا (ونزوئلا، کلومبیا و. .) یافت می‌شوند.

2- دسته‌ای که کمتر از 1 درصد گوگرد دارند (نفت‌خام گوگردی سبک) به همراه مواد آروماتیک و نفتن‌ها و رزین‌ها و اغلب در قسمت غربی، مرکزی و شرقی آفریقا یافت می‌شوند.

 5-5- گاز طبیعی

ترکیبات گوگردی گاز طبیعی در جدول زیر همین صفحه مشخص شده است.

5-6- سولفات‌ها

گچ و انیدرید از منابع پتانسیلی بزرگ معدنی گوگرد به شمار می‌روند. چندین روش بازیافتی گسترش یافته برای گوگرد وجود دارد که محصول آنها اسیدسولفوریک، سولفات آمونیوم، دی‌اکسیدگوگرد یا گوگرد عنصری است. سمنت یا اکسیدکلسیم نیز محصولات جانبی هستند. به‌صورت تاریخی، گچ در بعضی از کشورها دارای منبع مهمی از گوگرد است.

6- تولید و فرآوری گوگرد

6-1-روش‌های تولید گوگرد

روش‌های گوناگونی برای تولید گوگرد در دنیا به کارگرفته می‌شود که در ادامه به تعدادی از روش‌های متداول اشاره شده است.

6-1-1-تهیه گوگرد از كانسارهای آهنی (پیریت)

از این روش به‌طور مستقیم اصلی‌ترین محصول تولیدی از گوگرد یعنی اسیدسولفوریک تولید می‌شود. مواد معدنی پیریت‌دار را كه حداقل 40 تا 50 درصد گوگرد دارند اغلب به‌شدت حرارت می‌دهند تا گاز دی‌اكسیدگوگرد از آن متصاعد شود. از گاز دی‌اكسیدگوگرد تولید شده برای تهیه اسیدسولفوریك استفاده می‌شود و تفاله‌های باقیمانده نیز بیشتر به‌عنوان سنگ آهن مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسیاری از كشورهای دنیا كه دارای منابع گوگرد طبیعی نیستند از این روش استفاده می‌كنند. كانسارهای پیریتی بزرگی در اسپانیای جنوبی، پرتقال، روسیه، كانادا، قبرس، فنلاند، ایتالیا، ژاپن، نروژ، آفریقای جنوبی، سوئد، تركیه، آمریكا و کشورهای حوزه بالکان و به مقدار كمتر در نقاط دیگر وجود دارد. 

6-1-2-طرز تهیه گوگرد از كانسارهای فلزات غیر آهنی

در كارخانجات گداز فلزات غیرآهنی مانند گداز مس، سرب و روی و نیكل كه ماده نخستین آنها به‌صورت سولفور است، گاز دی‌اكسیدگوگرد ایجاد می‌شود. این گاز به یك كارخانه تهیه اسیدسولفوریك هدایت می‌شود. با اینكه تهیه اسیدسولفوریك از این راه عموماً از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرف نیست ولی چون انتشار گاز سمی و زیان آور دی‌اكسیدگوگرد برای محیط زیست مناسب نیست، ازاین‌رو كارخانجات ذوب آن را جمع‌آوری و به اسیدسولفوریك تبدیل می‌كنند.

6-1-3-تهیه گوگرد از گازهای طبیعی و نفت

H2S در گاز طبیعی به‌صورت آزاد وجود دارد ولی در نفت‌ها، گوگرد به‌صورت تركیب آلی است. به هنگام پالایش نفت، در یكی از مراحل آن گوگرد با هیدروژن تركیب شده و به H2S تبدیل می‌شود. در هر دو حالت گاز محتوی H2S از وسط یك محلول جاذب عبور داده می‌شود تا H2S تخلیه شود و این گاز H2S به‌صورت كنسانتره درآورده شده و سپس با روش كلاوس (Clous) به گوگرد خالص تبدیل می‌شود.

6-1-4-تهیه گوگرد از زغال‌سنگ

گوگرد در زغال‌سنگ به‌صورت‌ها و ویژگی‌های مختلفی چون پیریت و یا تركیبات آلی همراه با مولكول‌های زغال‌سنگ وجود دارد. در هنگام پرعیارسازی زغال‌سنگ، پیریت قابل بازیابی است. از این روش تنها پاره‌ای از كشورهای اروپایی استفاده می‌کنند. گوگرد موجود در تركیبات آلی در موقع پخت كك به‌صورت گاز SO2 از كوره‌های كك‌سازی جمع آوری می‌شود. از ماده حاصله می‌توان به‌صورت گوگردی آزاد یا اسیدسولفوریك استفاده كرد.

* مدیر واحد انرژی «تامین سرمایه نوین»