“亦正亦邪”——硫

2024.07.02 中国矿业报

　　◎ 冯李强刘文举

　　硫是人类认识较早的一种非金属单质。在古代中国、印度、埃及等都有使用硫磺的记载。虽然人类很早就会利用硫，但直到1776年，法国化学家拉瓦锡才证明硫是一种单质，并给这种古老的元素命名，符号为“S”，从此硫元素进入了近代化学的大门。

　　硫是氧族元素（ⅥA族）之一，在元素周期表中位于第三周期，原子序数16，原子量32.07。通常，单质硫是黄色的晶体，被称作硫磺。硫单质的同素异形体有很多种，包括斜方硫、单斜硫和弹性硫等。硫单质难溶于水，微溶于乙醇，易溶于二硫化碳，熔点为112.8摄氏度，沸点为444.6摄氏度。硫的化学性质活泼，能与多种元素直接反应。

　　硫的分布

　　硫在自然界中分布较广，在地壳中含量为0.048%。在自然界中硫的存在形式有游离态和化合态。单质硫主要存在于火山附近。以化合态存在的硫多为矿物，可分为硫化物矿和硫酸盐矿。

　　常见的硫化物有黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等；硫酸盐矿物包括石膏、芒硝、重晶石、天青石、矾石、明矾石等。

　　硫的地质学价值

　　作为一种常见的挥发性元素，硫是地球各个圈层不可或缺的组成元素，在地球早期核幔分异、成矿物质聚集、各储库的氧化还原状态和气候变化等过程中具有至关重要的作用。硫有32S、33S、34S和36S四种稳定同位素，其中32S和34S常被用于解释各种关键地质过程。例如，利用硫同位素可以示踪成矿物质来源、描述成矿地质过程和建立成矿模型等；通过测定熔/流体中硫的溶解度，可以限定俯冲带硫循环的过程；通过对全球碱性岩浆岩硫同位素的汇编，建立碱性岩浆源的δ34S时间序列，可以评估地幔硫的来源。硫同位素也被用于地外天体的研究之中。例如嫦娥五号玄武岩硫化物的硫同位素分析不仅可以为理解月球岩浆洋冷凝结晶过程提供重要信息，同时也有助于揭示月球玄武岩源区的特性；美国宇航局对木卫一大气中SO2和SO的硫同位素测量结果表明，这颗卫星自诞生以来，在数十亿年内一直存在火山活动。

　　近些年来，随着硫同位素分析测试精度的提高和研究的深入，硫同位素的非质量相关分馏已成为当今硫同位素研究的前沿领域，33S和36S也越来越多地应用到地外物质、地球早期硫循环、古代大气氧化条件、火山活动对气候的影响等方面。例如火星陨石的硫同位素非质量分馏信号对于火星大气演化的探讨及火星生命痕迹的探寻具有重要意义；地球上古老地层中含硫矿物的硫同位素非质量分馏的存在与否与大气氧气浓度高低直接关联，可以为判断“大氧化事件”起始提供有力依据。

　　硫的应用领域

　　硫在工业、农业和医药等领域意义重大。在冶金工业中，硫被用作矿石的冶炼剂，能够将金属从矿石中提取出来；硫也被用作金属和合金的合成剂，改善其机械性能和耐腐蚀性能；硫酸作为一种重要的化学品，在冶金、电镀、制药等行业被广泛使用。在化学工业中，硫磺可用于生产硫酸、硫酸铵、硫酸钠等化学品。在能源行业中，锂硫电池有望成为下一代高能量密度储能电池体系。在橡胶工业中，硫作为交联剂可以改善橡胶的机械性能和耐热性能。在农业领域中，硫酸盐能用作肥料或土壤改良剂，起到改善土壤肥力、调节土壤pH值、促进植物生长等作用。在医药领域中，硫是许多治疗皮肤病药膏的成分之一，对皮肤的保养有着重要作用，同时一些硫化物对预防癌症特别有效，如吲哚和异硫氰酸盐。

　　然而，硫也具有“邪恶”的一面。工业和发电厂燃烧煤释放出来的大量二氧化硫在空气中与水和氧结合形成硫酸，形成酸雨降低水和土壤的pH值，对许多地区的自然环境造成巨大破坏。对人体而言，硫超标可能导致多种危害。例如当空气中的硫浓度过高时，会导致大脑缺氧，表现为头痛、头晕、烦躁、乏力、意识不清，严重时还会有昏迷不醒等情况。

　　（作者单位：中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心）