Первые производства сурьмы появились на древнем Востоке 5 тысяч лет назад. Сурьмяная бронза (сплав меди и олова с добавлением сурьмы) использовалась в период Вавилонского царства во втором тысячелетии до н.э. Исторически сложилось так, что в русской химической терминологии у этого элемента три названия.
Химический элемент называется «сурьма», в формулах произносится «стибиум», а соединения сурьмы с металлами называются антимонидами». В 1789 г. Лавуазье включил сурьму в список простых веществ, дав ей название antimoine от лат. «antimonium». Оно и сейчас остается французским названием элемента № 51.
Другое латинское название элемента, «stibium», встречается в сочинениях Плиния Старшего в первом веке н. э. и стало международным. Русское слово «сурьма» родом из турецкого языка. Так и сейчас на Востоке называется порошок для чернения бровей. По другим данным, «сурьма» — от персидского «сурме» — металл.
Итак, сурьма (символ — Sb) имеет атомный номер 51 в Таблице Менделеева с атомной массой 121, 760 а.е.м. и относится к группе полуметаллов.
Существуют четыре аллотропные разновидности сурьмы: кристаллическая, взрывчатая, чёрная и жёлтая. Наиболее устойчивая, и поэтому самая распространённая – кристаллическая сурьма. Взрывчатая — взрывается при любом соприкосновении. Чёрная и жёлтая — неустойчивы и при пониженных температурах переходят в кристаллическую.
Кристаллическая сурьма по внешнему виду напоминает металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, довольно хрупкий (легко истирается в порошок).
Cурьма токсична и относится к ядовитым веществам. Пыль и пары этого элемента вызывают носовое кровотечение, сурьмяную лихорадку. Французский термин сурьмы «antimoine» переводится буквально: «против монахов».
Такое название, возможно, возникло из легенды 15 века, в которой настоятель одного мужского монастыря заметил, что свиньи быстро жиреют, потребляя сурьму. Решив, что этот рецепт набора веса сгодится и для людей, он добавил в кашу истощённой братии монастыря сурьму.
На следующий день все кто ел — были мертвы. Эту легенду подробно описал Ярослав Гашек в рассказе «Камень жизни» в 1910 году. Отсюда происходит и русское название главного рудного минерала – антимонит с формулой Sb2S3, где содержание сурьмы составляет 72 %.
Антимонитовые руды являются основным источником для получения сурьмы и её соединений.
Мировая добыча сурьмы по итогам 2015 года составила около 145 тысяч тонн. Основные объемы добычи приходятся на Китай (47%), Россию (17%), Боливию (15%) и Таджикистан (12%).
В Китае основная добыча ведется в провинции Хунань, где расположено крупнейшее в мире сурьмяное месторождение Сикуаньшань. В России главный регион по добыче антимонитовых руд — Республика Саха (Якутия), где расположены крупные месторождения Сарылах и Сентачан.
Сурьма применяется при производстве диодов и инфракрасных детекторов. Является компонентом свинцовых сплавов, увеличивающим их твёрдость и механическую прочность.
Источник: http://www.planetarium-moscow.ru/about/news/elementy-yadovityy-polumetall-surma/
Сурьма — чрезвычайно важное для промышленности вещество
Сурьма встречается в природе в самородном виде, но чаще в составе минералов (их известно более сотни); в составе свинцовых, медных и серебряных руд. Промышленное значение имеет только один минерал — антимонит (сульфид сурьмы).
Виды и особенности
Сурьма имеет 4 металлические аллотропные модификации, и 3 аморфные: желтая сурьма, черная, взрывчатая. Металлическая сурьма, она же серая сурьма — похожее на металл серебристое вещество с синеватым отливом, твердое, но хрупкое, его легко растолочь в порошок.
Металлическая сурьма очень высокой чистоты пластична. Вещество устойчиво в нормальных условиях, слабо проводит ток и тепло, имеет полупроводниковые свойства.
Обладает редким качеством для металла — расширяется при охлаждении, благодаря чему используется для изготовления типографских литер.
Желтая сурьма при нагревании или ярком освещении превращается в черную сурьму с полупроводниковыми свойствами. Взрывчатая сурьма взрывается при трении. При определенных условиях черная и взрывчатая сурьма переходят в металлическую.
Сурьма растворяет многие металлы (образует с ними интерметаллические соединения). В химических реакциях проявляет валентность III и V. Для окисления кислородом требуется нагрев до 600 °С. Вступает в реакции с концентрированной азотной и серной кислотами, с «царской водкой», с галогенами и хлором.
Сурьма, особенно Sb III, а также ее соединения, ядовита, хотя как микроэлемент присутствует в организме человека и животных. В организме хим реактив может накапливаться, вызывая угнетение функции щитовидной железы и половой функции.
На производствах, при работе с рудами и выплавке сплавов необходимо использовать индивидуальные средства защиты. Пары и пыль сурьмы вызывают поражение органов дыхания, носовое кровотечение, раздражение кожи и глазные заболевания.
Попадание сурьмы через пищевой тракт менее опасно, так как она гидролизуется в процессе пищеварения и выводится из организма.
Сурьма относится к токсичным веществам 2 класса опасности и ее содержание в воздухе, воде, сточных водах и почвах регламентируется санитарными нормами.
Применение
— Оксид сурьмы (III) — самое востребованное промышленностью соединение сурьмы. Оно отличается высокой термостойкостью, поэтому входит в состав жаростойких красок и эмалей, стекол, керамики, тканей, антипиренов. Краска на его основе используется для окраски кораблей, в том числе их подводной части. Триоксид сурьмы используется для получения Sb высокой чистоты для металлургии и производства полупроводников.
— Сульфиды сурьмы III и V используются в пиротехнике, в производстве трассирующих пуль, в составе спичечных головок, для вулканизации каучука, в составе особо эластичной и термостойкой резины для медицинских изделий (резина красных оттенков).— Треххлористая сурьма применяется в химической промышленности для получения сурьмы высокой чистоты, в органическом синтезе, для получения жидкого неводного растворителя. Используется в аналитической химии; в текстильной промышленности в качестве протравы.— Сурьма входит в состав многих красок и пигментов для стекольной, фарфоровой и керамической индустрии, в состав масляных красок для живописи. Мелкодисперсионный порошок чистой сурьмы является основой краски «железная чернь».
— Кроме того, сурьма применяется в люминесцентных лампах; в лекарственных препаратах; как источник γ-излучения и нейтронов, в бессвинцовом припое.
Источник: https://pcgroup.ru/blog/surma-chrezvychajno-vazhnoe-dlya-promyshlennosti-veschestvo/
Металлы V группы главной подгруппы (Sb, Bi)
Сурьма
Сурьма известна с глубокой древности. В странах Востока она использовалась примерно за 3000 лет до н. э. для изготовления сосудов. В Древнем Египте уже в XIX в. до н. э. порошок сурьмяного блеска (природный Sb2S3) под названием mesten или stem применялся для чернения бровей. В Древней Греции он был известен как στίμμι и στίβι, отсюда лат. stibium. Около XII—XIV вв. н. э. появилось название antimonium. Подробное описание свойств и способов получения сурьмы и её соединений впервые дано алхимиком Василием Валентином (Германия) в 1604. В 1789 А. Лавуазье включил сурьму в список химических элементов под названием antimoine (современный английский antimony, испанский и итальянский antimonio, немецкий Antimon). Русское слово «сурьма» произошло от турецкого и крымско-татарского sürmä; им обозначался порошок свинцового блеска PbS, также служивший для чернения бровей (по другим данным, «сурьма» — от персидского «сурме» — металл).
Сурьма – хрупкое тугоплавкое серебристо-белое вещество с металлическим блеском (tпл = 631°C ), проводящее электрический ток. При нагревании на воздухе сурьма загорается, образуя оксид Sb2O3. Если внести порошок сурьмы в хлор, он воспламеняется с образованием дыма, состоящего из мельчайших кристалликов хлорида сурьмы (III) SbCl3.
Оксид Sb2O3 является амфотерным, т.е. реагирует и с щелочами, и с кислотами. Соли сурьмы (III) легко гидролизуются в водных растворах с образованием оксосолей – производных катиона антимонила SbO+:
SbCl3 + H2O = SbOCl↓ + 2HCl
Соль калия, антимонила и винной кислоты K(SbO)C4H4O6∙H2O (под названием «рвотный камень») долгое время использовался в медицине.
Минерал сурьмяный блеск
Высший оксид сурьмы проявляет свойства кислотных оксидов: влажный Sb2O5 окрашивает лакмусовую бумажку в красный цвет. При этом в растворе в незначительной концентрации образуется слабая неустойчивая сурьмяная кислота H[Sb(OH)6], известная главным образом по малорастворимым в воде солям – антимонатам щелочных металлов, например Na[Sb(OH)6].
Сурьма всё больше применяется в полупроводниковой промышленности при производстве диодов и инфракрасных детекторов. Является компонентом свинцовых сплавов, увеличивающим их твёрдость и механическую прочность. Область применения включает:
- батареи
- антифрикционные сплавы
- типографские сплавы
- стрелковое оружие и трассирующие пули
- оболочки кабелей
- спички
- лекарства, противопротозойные средства
- пайка — некоторые бессвинцовые припои содержат 5 % Sb
- использование в линотипных печатных машинах
Вместе с оловом и медью сурьма образует металлический сплав — баббит, обладающий антифрикционными свойствами и использующийся в подшипниках скольжения. Также Sb добавляется к металлам, предназначенным для тонких отливок.
Соединения сурьмы в форме оксидов, сульфидов, антимоната натрия и трихлорида сурьмы, применяются в производстве огнеупорных соединений, керамических эмалей, стекла, красок и керамических изделий. Триоксид сурьмы является наиболее важным из соединений сурьмы и главным образом используется в огнестойких композициях. Сульфид сурьмы является одним из ингредиентов в спичечных головках.
Природный сульфид сурьмы, стибнит, использовали в библейские времена в медицине и косметике. Стибнит до сих пор используется в некоторых развивающихся странах в качестве лекарства.
Соединения сурьмы, например, меглюмина антимониат (глюкантим) и натрия стибоглюконат (пентостам), применяются в лечении лейшманиоза.
Висмут (Bismuthum)
Кристаллы висмута
Висмут тоже упоминается в трудах европейских алхимиков, хотя вплоть до XVIII в. его, как и сурьму, часто путали со свинцом. Происхождение слова «висмут» недостаточно ясно. По одной из гипотез, оно образовано от искаженных немецких слов wis и mat (weisse Masse), что переводится как «белая масса».
Висмут – блестящий хрупкий тугоплавкий металл (tпл = 271 С ). Оксид Bi2O3 проявляет свойства основного оксида, а вот оксид висмута (V) Bi2O5 является уже кислотным оксидом. Его соли, висмутаты – сильные окислители.
В соединениях висмут проявляет степени окисления −3, +1, +2, +3, +4, +5. При комнатной температуре в среде сухого воздуха не окисляется, но в среде влажного воздуха покрывается тонкой плёнкой оксида.
Нагрев до температуры плавления приводит к окислению висмута, которое заметно интенсифицируется при 500 °C.
При достижении температуры выше 1000 °C сгорает с образованием оксида Bi2O3
4Bi + 3O2 = 2Bi2O3
Взаимодействие озона с висмутом приводит к образованию оксида Bi2O5.
Незначительно растворяет фосфор. Водород в твёрдом и жидком висмуте практически не растворяется, что свидетельствует о малой активности водорода по отношению к висмуту. Известны гидриды Bi2H2 и BiH3, которые при нагреве являются неустойчивыми и ядовитыми газами. Висмут не взаимодействует с углеродом, азотом и кремнием.
- Взаимодействие висмута с серой или с сернистым газом сопровождается образованием сульфидов BiS, Bi2S3.
- Bi + S = BiS
- 2Bi + 3S = Bi2S3
- Висмут проявляет стойкость по отношению к концентрированной соляной и разбавленной серной кислотам, но растворяется азотной кислотой и царской водкой.
- Bi + 4HNO3 = Bi(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
- Bi + 3HCl + HNO3 = BiCl3 + NO↑ + 2H2O
- С концентрированной серной кислотой растворяется с образованием сульфата висмута:
- 2Bi + 6H2SO4 = Bi2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O
- Взаимодействие висмута с фтором, хлором, бромом и иодом сопровождается образованием различных галогенидов:
- 2Bi + 5F2 = 2BiF5
- 2Bi + 3Cl2 = 2BiCl3
- С металлами способен образовывать интерметаллиды — висмутиды.
Оксид висмута (III) используют в производстве эмалей и керамических красок. Соли висмута (нитрат висмутила) находят применение в медицине в качестве вяжущих средств.
Источник: https://al-himik.ru/metally-v-gruppy-glavnoj-podgruppy-sb-bi/
Производство и переработка сурьмы
Сурьма представляет собой полуметалл, имеющий серебристо-белый окрас с синеватым оттенком. В периодической системе химических элементов сурьме присвоен 51 номер.
Стоит отметить, что сегодня известно существование четырех металлических аллотропных модификаций сурьмы, зависящих от давления.
Кроме этого, в природе сурьма может встречаться, кроме стандартной кристаллической формы, еще в трех аморфных модификациях:
- взрывчатая сурьма, образование которой происходит в результате электролиза соединения SbCI3 в соляно-кислой среде. Однако, во время удара или прикосновения происходит взрыв, который возвращает вещество в его обычное состояние;
- желтая сурьма образуется в результате реакции молекул кислорода с одной стороны и соединения водорода и сурьмы (SbH3) с другой;
- черная сурьма. Получить данное вещество можно, если пары желтой сурьмы подвергнуть резкому охлаждению.
Свойства атома | |
Название, символ, номер | Сурьма́ / Stibium (Sb), 51 |
Атомная масса (молярная масса) | 121,760(1)[1] а. е. м. (г/моль) |
Электронная конфигурация | [Kr] 4d10 5s2 5p3 |
Радиус атома | 159 пм |
Химические свойства | |
Ковалентный радиус | 140 пм |
Радиус иона | (+6e)62 (−3e)245 пм |
Электроотрицательность | 2,05 [2] (шкала Полинга) |
Электродный потенциал | |
Степени окисления | 5, 3, −3 |
Энергия ионизации (первый электрон) | 833,3 (8,64) кДж/моль (эВ) |
Термодинамические свойства простого вещества | |
Плотность (при н. у.) | 6,691 г/см³ |
Температура плавления | 903,9 K |
Температура кипения | 1908 K |
Уд. теплота плавления | 20,08 кДж/моль |
Уд. теплота испарения | 195,2 кДж/моль |
Молярная теплоёмкость | 25,2[3] Дж/(K·моль) |
Молярный объём | 18,4 см³/моль |
Кристаллическая решётка простого вещества | |
Структура решётки | тригональная |
Параметры решётки | ahex=4,307; chex=11,27[4] |
Отношение c/a | 2,62 |
Температура Дебая | 200 K |
Прочие характеристики | |
Теплопроводность | (300 K) 24,43 Вт/(м·К) |
Номер CAS | 7440-36-0 |
Месторождения сурьмы
Среднее содержания вещества в земной коре составляет порядка 500 мг/т. Она входит в состав как осадочных, так и в изверженных пород. Однако, в последних ее содержание существенно ниже.
Если говорить о содержании сурьмы в осадочных породах, то максимальным ее содержанием отличаются глинистые сланцы (1,2 г/т), бокситы (2 г/т) и фосфориты (2 г/т). Меньше всего сурьмы содержится в известняках и песчаниках (0,3 г/т). Угольная зола также имеет повышенное содержание вещества.
Сурьма в природных соединениях проявляет металлические свойства и выступает халькофильным элементом, образуя антимонит.
Однако, ей также присущи свойства металлоида, которые проявляются при формировании разных сульфосолей, таких как бурнонит, буланжерит, тетраэдрит, джемсонит, пиаргирит и многих других. Соединения сурьмы с медью, мышьяком и палладием характеризуются, как интерметаллические.
Залежи сурьмы найдены на территории многих стран, среди которых ЮАР, Алжир, Азербайджан, Таджикистан, Болгария, Россия, Финляндия, Казахстан, Сербия, Киргизия.
Также производство сурьмы осуществляется в Чехии, Словакии, Боливии, Мексики, Японии. Однако, максимальное количество залежей сурьмы находится на территории Китая, которому принадлежит первое место в мире.
В стране локализировано порядка 52% сурьмы от мирового запаса.
Получение сурьмы
Основным материалом для получения вещества являются сурьмяные руды.
Они представляют собой образования, состоящие, главным образом, из различных минералов и сурьмы в том объеме, при котором извлечение чистого вещества будет выгодным с экономической точки зрения.
В зависимости от процентного содержания основного вещества, сурьмяная руда подразделяется на очень богатую, богатую, обыкновенную и бедную. Таким образом, в составе руды может находится от 2% до 50% сурьмы.
Кроме этого, руды также классифицируются в соответствии с составом. Из них выделяют:
- сульфидные, в которых около 70% от общей массы приходится на антимонит Sb2S3;
- сульфидно-оксидные. Данный тип руд содержит около 50% сурьмы в оксидах;
- оксидные. Содержание сурьмы в таких рудах превышает 50% всей рудной массы в соединениях оксида сурьмы.
Богатые руды являются наиболее выгодным источником добычи сурьмы. Из них получают концентрат вещества, после чего он отправляется в плавильную печь.
Обычные и бедные руды для получения сурьмы не подходят с экономической точки зрения.
Этот процесс является невыгодным, поскольку руда нуждается в обогащении, после которого переработка сурьмы осуществляется двумя способами: пирометаллургическим и гидрометаллургическим.
Пилометаллургический способ включает в себя два процесса – осадительный и восстановительный. При первом процессе за основу берутся сульфидные руды, которые плавятся при 1300 – 1400 0С. В случае восстановительной плавки используется древесный уголь или коксовая пыль, с помощью которых оксид сурьмы восстанавливается до металла.
К гидрометаллургическому методу относится два процесса. Они заключаются в обработке руды с ее переводом в состояние раствора, после чего извлечение металла осуществляется из раствора.
Применение сурьмы
Чистый вид сурьмы представляет собой металл, имеющий очень повышенную хрупкость. Однако, металл можно сделать более твердым путем соединения сурьмы с другими металлами.
При этом в обычных условиях процесс окисления не происходит. Благодаря такому уникальному свойству, сурьма является очень востребованной в промышленности.
Ее добавляют ко множеству сплавов, количество которых превышает 200.
Так, сурьма является неотъемлемым компонентом сплавов, из которых производятся подшипники. Ее процентное содержание в них может находиться в пределах 4-15%, но ни процентом более, так как избыток сурьмы приводит к ломкости металлов. Подобные сплавы активно используются для строения танков, автомобилей, железнодорожного транспорта.
Сурьма обладает еще одним удивительным свойством, которое состоит в ее способности расширяться во время затвердевания. Данное свойство лежит в основе сплава свинца, сурьмы и олова в отношении 82%:15%:3% соответственно.
Этот сплав имеет название «типографский», поскольку им отлично наполняются формы для разных видов шрифтов и делаются четкие оттиски.
В данном случае сурьма сыграла в сплаве роль по увеличению ударной стойкости и износостойкости.
Данный металл также может выступать в качестве легирующего элемента. Как правило, она используется для легирования свинца. Такой свинец активно применяется в машиностроении для производства аккумуляторных пластин, труб, желобов, которые являются элементами транспортировки различных жидкостей в технике.
Сурьма в сплаве с цинком дает неорганическое соединение, которое имеет свойства полупроводника. Благодаря этому сплав может быть применен в транзисторах, тепловизорах, инфракрасных детекторах.
Промышленное использование является не единственным применением сурьмы. Вещество также применяется в косметологии и медицине.
Например, сурьма по настоящее время является незаменимым лечебным средством для глаз, а также она входит в состав красок, которыми девушки окрашивают брови и ресницы.
Однако, с лечебными свойствами сурьмы следует быть крайне осторожным, так как есть риск в составе препаратов может находиться некачественно очищенная сурьма, содержащая примеси тяжелых металлов (например, мышьяка), что может быть чревато для здоровья.
Источник: http://mining-prom.ru/cvetmet/surma/proizvodstvo-i-pererabotka-surmy/
Сурьма
Общие сведения и методы получения
Сурьма (Sb) — металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. Известна человечеству с глубокой древности.
Латинское название stibium происходит от древнеегипетского «штем». «штим», греческого «стимми» или арбаского «стиби», в ряде стран Европы и США принято название antimonium.
В 1789 г. французский химик Лавуазье включил сурьму в список простых веществ и дал ей название «antimoine».
- Русское название «сурьма» происходит от турецкого «сюрме», что пе-реводится как «натирание» или «чернение бровей» (первоначальное применение сурьмы)
- Содержание сурьмы в земной коре по данным разных исследователей 5*10^5—1-10-°и/о (по массе).
- Известно более 120 минералов сурьмы, в том числе самородная сурьма, интерметаллические соединения, антимониды, сульфиды, простые и сложные оксиды и гидроксиды, хлориды, силикаты, арсенаты и др.
- Промышленное значение имеют немногие сульфиды, сульфосоли и оксиды.
Антимонит (сурьмяный блеск, стибнит) Sb 2 S3. Химический состав: 71,7 % Sb, 28,3 % S; иногда содержит примеси мышьяка, серебра и золота (последние два металла, по-видимому, в виде механических примесей). Антимонитовые (иногда комплексные) руды являются главнейшими источниками сурьмы; в нашей стране, например, на их долю приходится более 85 % всего производимого металла.
Тетраэдрит (блеклая руда) Cui2Sb4Si3, или 3CuS-Sb2S3. Обычно образует изоморфные смеси с теннантитом Cu,2As4Si3; содержит до 29,2 °/о Sb. В некоторых разновидностях медь частично замещается серебром, цинком, железом, ртутью, а сурьма мышьяком и висмутом.
Буланжерит Pb5Sb4Sn, или 5PbS-2Sb2S3, содержит 55,4 % РЬ,
25.7 % Sb и 18,9 % S, иногда примесь галенита PbS и меди.Джемсоинт Pb4FeSbeS,4, или 4PbS-FeS-3Sb2S3, содержит 40—50 %
- РЬ, до 10 % Fe, около 30 % Sb, около 20 % S, часто примеси меди, цинка и серебра.
- Бурноннт CuPbSbS3 содержит 13 % Си, 42,5 % РЬ, 24,7 Sb, 19,8 S и обычно примеси железа и серебра.
- Ливиигстонит HgSb4S7 содержит 22 % Hg, 53,4 % Sb, 24,6 % S. Кермезит Sb2S20, или 2Sb203-Sb2S3, содержит 74,9—75,2 % Sb,
19.8 % S, 5,0 % О.
Валентинит Sb203 содержит 83,5 % Sb, 16,5 % О. Сервантит Sb204, или Sb203-Sb205, содержит 79,2% Sb, 20,8 % О. Стабиконит (Са, Sb)2-Sb206(0-OH) содержит 57,9—75,0 % Sb.
Гидроромент Ca2-*Sb2(0, 0Н)6_,Н20 содержит до 50,0% Sb.
По степени окисленности сурьмяные руды подразделяют на три основные группы: сульфидные (с окисленностью до 20 %), смешанные окснсульфидные (до 60 % оксидов сурьмы) и окисленные (более 60 % оксидов сурьмы).
По вещественному составу сурьмяные руды классифицируют следую, щим образом:
I. Собственно сурьмяные руды, в которых рудные минералы представ-лены антимонитом и продуктами его окисления. Такие руды дают боль-шую часть сурьмы.
И. Комплексные сурьмяные руды: ртутно-сурьмяные, свинцово-сурь-мяные, золото-сурьмяные, сурьмяно-вольфрамовые и сурьмяно-никелевые.
В соответствии с требованиями металлургического передела сурьмяное сырье (концентраты) условно подразделяют по содержанию сурьмы иа бедное (до 25 %), рядовое (25—45 %) и богатое .(более 45 %).
Богатые руды предпочтительнее обрабатывать по гравитационным или комбинированным гравитационно-флотационным схемам, а рядовые и бедные — методом флотации.
Окисленные руды подвергают дистилляционному обжигу, который основан на выделении сурьмы в виде летучего оксида (III) Sb203, улавливаемого из печных газов с целью последующего получения металла восстановительной плавкой возгонов.
В зависимости от состава сырья металлическую сурьму получают пиро- или гидрометаллургическими методами. К пирометаллургическим методам относятся: осадительная (осадительно-восстановительная) и восстановительная плавки.
Осадительная плавка, для которой используют рядовое и богатое сульфидное и сульфидно-окисленное сырье, заключается в вытеснении сурьмы из ее сульфида железом, которое вводят в шихту в виде железной или чугунной стружки.
Восстановительная плавка, для которой используют рядовое и богатое окисленное сырье, сурьмяные пыли и возгоны, основана на восстановлении оксидов сурьмы (в основном Sb 2 Oi) до металла твердым углеродом.
Кроме рассмотренных основных пирометаллургических способов переработки сульфидных сурьмяных концентратов, применяют также реакционную и окислительно-реакционную плавки, содовую плавку, плавку на штейн, плавку иа возгон.
Гидрометаллургическим методом перерабатывают чисто сурьмяные и комплексные концентраты.
Этот метод включает две стадии: выщелачивание сурьмы из сырья в растворителях и выделение металла из полученных растворов. Вторая стадия осуществляется либо цементацией Цинком и алюминием, либо электролизом.
Из электролитических способов выделения сурьмы наиболее широко применяется электролиз сульфидно-щелочных растворов.
Получаемый после пиро- и гидрометаллургической переработки сурьмяного сырья черновой металл доводится до требований стандартов методами огневого и электролитического рафинирования.
Огневое рафинирование, основанное на окислении или сульфидировании содержащихся в сурьме примесей, ведут в отражательных печах. При сульфидировании используют элементарную серу, технический сульфид сурьмы (крудум) Sb2S3 или сульфидный сурьмяный концентрат.
В процессе сульфидиро-вания удаляются железо, свинец, медь и другие примеси. Затем с применением твердого каустика (92—98 % NaOH) удаляют мышьяк в виде арсената натрия и серу при продувке воздуха под содовым шлаком.
При наличии благородных металлов применяют электролитическое рафинирование, позволяющее концентрировать эти металлы в шламе. Электролитом служит сернокислый раствор SbF3, катодами — медные листы.
Для получения сурьмы особой чистоты используют химические способы, многократную возгонку в вакууме, зонную плавку в среде инертного газа.
Физические свойства
Атомные характеристики. Атомный помер 51, атомная масса 121,75 а. е. м., атомный объем 18,19*10—в м 3 /моль, атомный радиус 0,161 нм, ионный радиус SbB+ 0,062 нм, Sb3+ 0,09 им, Sb3- 0,208 нм. Конфигурация внешних электронных оболочек 5s25p3. Значения потенциалов ионизации / (эВ): 8,64; 16,7; 24,8. Электроотрицательность 1,9.
- Химические свойства
- Нормальный электродный потенциал реакции Sb + 40H- — 3e**SbOJ~b +2Н20 сро = — 0,67 В.
- В соединениях проявляет степени окисления +3, +5, — 3.
- В обычных условиях чистая сурьма устойчива, на воздухе не окисляется и сохраняет свою блестящую поверхность даже в присутствии влаги, при нагревании иа воздухе окисляется легко.
Сурьма нерастворима в воде, устойчива в концентрированной плавиковой кислоте, разбавленных соляной и азотной кислотах.
С концентрированными соляной и горячей (90—95 °С) серной кислотами сурьма образует соответственно треххлористую сурьму SbCl3 и сульфит сурьмы Sb2 (S04)3.
В крепкой азотной кислоте сурьма также растворяется с образованием Sb203 или Sb205, но при этом образующаяся на поверхности сурьмы пленка оксидов сдерживает ее дальнейшее растворение.
Царская водка и смесь азотной и винной кислот легко растворяют сурьму, а фосфорная и некоторые органические кислоты растворяют ее слабее.
Растворы аммиака и гидроксидов щелочных металлов на сурьму не действуют. Чистая сурьма устойчива также в расплавах углекислого натрия, однако сухие щелочи калия и натрня при красном калении образуют с сурьмой соответствующие антимонаты (соли сурьмяной кислоты).
- С кислородом сурьма образует ряд соединений, из которых практическое значение имеют Sb203, Sb^O,,, Sb2Os.
- С азотом сурьма не реагирует и соединений не образует.
- С водородом сурьма образует сурьмянистый водород (стибин) SbH3.
С серой сурьма соединяется при сплавлении. Известны два сульфида Sb2S3 и Sb2S5.
С галогенами сурьма образует соединения типа Sb;c3 и Sbx5 (пента-бромидов и пентаиодидов не образует). Практическое значение имеют главным образом галогениды трехвалентной сурьмы, в частности хлориды и фториды (треххлористая сурьма SbCl3 и трехфтористая сурьма SbF3).
Со многими металлами сурьма легко образует сплавы — антнмони-ды. Таким мягким металлам, как свинец и олово, она придает твердость, повышая их механические свойства; сплавам железа, наоборот, сообщает хрупкость.
В ряде случаев сурьма образует химические соединения, например Na3Sb, NaSb, K3Sb, KSb, Ca3Sb2, AlSb, GaSb, InSb, FeSb2, Cu,Sb, Cu2Sb, Ni2Sb3, NiSb, Ag3Sb.
Co свинцом и оловом сурьма соединений не дает. С этими металлами в расплавленном состоянии сурьма смешивается в любых соотношениях. Эвтектическая смесь с 11,1 % (по массе) Sb имеет температуру плавления 252°С.
Особое положение среди сплавов с сурьмой занимают антимониды индия, галлия, алюминия, кобальта, цинка, теллура, кадмия, кальция, ртути, хрома, железа, цезия, калия и натрия, обладающие полупроводниковыми свойствами. Наибольший интерес представляет антимонид индия, имеющий наибольшую величину подвижности носителей среди всех известных полупроводниковых материалов.
Электрохимический эквивалент трехвалентной сурьмы 0,48059 мг/Кл, пятивалентной 0,25235 мг/Кл.
Технологические свойства
Техническая сурьма хрупка в широком интервале температур. Для нее характерен резкий хрупко-вязкий переход, температура которого снижается по мере повышения степени чистоты и уменьшения скорости деформации. Сурьма чистотой 99,997 % имеет гх = 300 —310 °С, а высокочнстые монокристаллы пластичны при 20 °С и хрупки при —40 °С.
- Области применения
- Преимущественные области применения'
- СуООООО, СуОООО — полупроводниковая и электронная техника.
- СуООО — для производства сурьмы высших марок, применяемых в полупроводниковой технике.
- СуОО — для изготовления специальных аккумуляторов, эмалей и сплавов.
- СуО — для изготовления специальных аккумуляторов, антифрикционных и типографских сплавов.
- Су1Э — для изготовления специальных аккумуляторов, антифрикционных и типографских сплавов и эмалей
- Су2 — для изготовления аккумуляторов, антифрикционных и типографских сплавов.
Известно более 200 различных сплавов промышленного значения, содержащих сурьму, легирование которой повышает их механические и литейные свойства. В основном это сплавы цветных металлов — свинца, олова, в которых присутствуют до 37 % Sb.
Основное количество (до 80 %) металлической сурьмы используется для получения твердого аккумуляторного свинца, содержащего 4— 12 % Sb.
Применение сурьмянистого сплава позволяет получать тонкие и достаточно прочные отливки аккумуляторных решеток высокого качества, что обеспечивает небольшие габариты аккумуляторных батарей Кроме того, добавки сурьмы снижают влияние электрохимической коррозии.
- Сплавы на свинцовой основе с добавками сурьмы характеризуются легкоплавкостью и обеспечивают высокое качество отливки шрифтов.
- 6—10 % первичной металлической сурьмы идет для приготовления подшипниковых сплавов (баббитов) с содержанием 3—15 % Sb.
- Сурьму вводят также в сплавы на основе свинца, используемые для изготовления оболочек электрических кабелей (0,7—1 % Sb).
- Известное количество сурьмы расходуется для приготовления свинцовых сердечников пуль и артиллерийской шрапнели, а также охотничьей дроби.
В последнее время особо чистую сурьму начали использовать для получения иигерметаллических соединений с индием, галлием н алюминием, применяемых в полупроводниковой технике. Чистую сурьму применяют и как донорную добавку при производстве полупроводников из германия.
Широкое применение в промышленности имеют ее соединения и прежде всего оксид сурьмы (III), который используется как глушитель эмалей, а также для приготовления стекла с малым коэффициентом преломления.
Большое количество Sb203 расходуется при производстве огнестойких тканей. Применение Sb203 для эмалирования ограничивается изделиями, не связанными с приготовлением пищи, так как возможно образование ядовитых соединений трехвалентной сурьмы.
Оксид сурьмы (III) идет также на изготовление белил, обладающих высокой кроющей способностью.
Трехсернистая сурьма используется для изготовления зажигательных смесей, применяемых в пиротехнике и при производстве спичек.
Пятисернистая сурьма широко используется в резиновой промышленности как наполнитель, придающий эластичность красной медицинской резине.
Другие соединения сурьмы — соль Шлиппе Na3SbS4.9H20, антимо-нил тартрат калия, или рвотный камень K(SbO )C4H4 H 6 -1/2H 2 0, щавелевокислая сурьма Sb20(C204)2 и фтористые соединения SbF3(NH ,i )2S04 и 4SbF3 — используются в текстильной промышленности при травлении и окраске тканей. Соль Шлиппе применяется также для очистки растворов при электролизе цинка.
- Треххлористая сурьма служит исходным материалом для получения органических комплексов, используемых в медицине и других областях, а также для получения чистой Sb203, применяемой в металлургии полупроводников.
- Фториды сурьмы SbF3 и SbFs применяются в качестве фторирующих средств (замещение хлора и брома) неорганических и органических соединений.
- Имеется ряд сурьмаорганических соединений, которые обладают весьма ценными лекарственными свойствами и используются в медицине.
- Радиоактивный изотоп m Sb применяется в источниках у-излучения и источниках нейтронов.
Источник: https://ibrain.kz/himiya-svoystva-elementov/surma
Сурьма в организме человека
Сурьма (Sb) — химический элемент с атомным номером 51. В элементарном виде сурьма представляет собой серебристо-белый с синеватым оттенком полуметалл, имеющий грубозернистую структуру. Имеет четыре аллотропных металлические модификации и три аморфные.
С сурьмой люди знакомы с давних пор. Еще 3000 лет до н.э. на Востоке она применялась в изготовлении посуды. В XIX веке до н.э. в Древнем Египте сурьма в виде порошка использовалась для чернения бровей, то есть в косметических целях.
Самостоятельным химическим элементом сурьму признал известный французский химик А. Лавуазье.
Сурьма относится к редким элементам, его среднее содержание в земной коре около 0,5 г на тонну. Концентрация в морской воде около 0,5 мкг/л.
С некоторыми металлами (медь, мышьяк, палладий) сурьма образует интерметаллиды.
Сурьма присутствует в огромном количестве минералов. но промышленное значение имеет прежде всего антимонит (сульфид сурьмы), содержание сурьмы в котором достигает более 70%. Очень часто сурьма является сопуствующим элементом в минералах других металлов, из которых она попутно извлекается (тетраэдрит, бурнонит, буланжерит, джмесонит и др.).
Самые крупные месторождения сурьмы обнаружены в ЮАР, Алжире, Армении, Болгарии, Боливии, Канаде, Китае, Кыргызстане, Мьянме, России, Таджикистане и Финляндии. Основным производителем сурьмы уже много лет остается Китай. Россия в этом списке занимает второе место.
Сурьма широко применяется в изготовлении полупроводниковых приборов, сплавов свинца (увеличивает их твердость), припоев, лекарств, огнеупорных соединений, стекла, красок, пигментов и эмалей, керамики, спичек.
В технике широко известен баббит — сплав сурьмы с оловом и медью, который используется для изготовления подшипников скольжения. Долгое время сурьмы была необходимым компонентом в изготовлении типографской краски.
Такие препараты сурьмы, как глюкантим (меглюмина антимониат) и пентостам (стибоглюконат натрия), используются в лечении лейшманиоза — инфекционных заболеваний, возбудителями которых являются внутриклеточно паразитирующие жгутиковые рода Leishamania, а переносчиками самки некоторых видов москитов.
Роль сурьмы в организме человека
Биологическая роль сурьмы в организме человека до конца не изучена, однако установлено, что суточная потребность человека в сурьме составляет порядка 50 мкг. Концентрация этого химического элемента в организме составляет 10-6%. Таким образом, сурьма является биологически необходимым микроэлементом.
Известно, что сурьма образует в организме соединения с серой, реагируя с сульфгидрильными группами некоторых ферментов, что обусловливает ее довольно высокую токсичность и опасность для здоровья. В этом отношении действие сурьмы весьма схоже с действием мышьяка. Однако сурьма всасывается намного медленнее мышьяка, поэтому последствия отравления ей развиваются длительнов время.
Из организма соединения сурьмы выводятся очень медленно и преимущественно с мочой (до 80%), что объясняется их высоким кумулятивных эффектом.
Окисью трехвалентной сурьмы в Древней Греции лечили некоторые кожные заболевания, а в Средние века они использовались в лечении сифилиса, проказы и даже болезней сердца.
Однако высокая токсичность этого химического элемента вызывала массу побочных эффектов и ограничивала ее применение в медицинских целях.
Вплоть до начала ХХ века сурьма применялась как отхаркивающее и антипаразитарное средство.
В настоящее время сурьма также используется в медицине и ветеринарии. Ее препараты (солюсурьмин и некоторые другие) применяются в лечении ряда инфекционных заболеваний, например, висцерального и кожного лейшманиоза, сонной болезни (африканского трипаносомоза). В медицинской диагностике препараты сурьмы применяются в исследованиях свертывания крови.
Взаимодействие сурьмы с другими минеральными элементами в организме человека пока не изучено.
Источники сурьмы в организме человека
В человеческий организм сурьма попадает преимущественно с пищей. Наибольшие ее концентрации отмечаются в щитовидной железе, печени, почках, селезенке, костях скелета и красных кровяных тельцах (эритроцитах). Причем в большинстве тканей сурьма присутствует в пятивалентных соединениях, а в эритроцитах преобладает трехвалентная сурьма.
Сурьма присутствует в следующих продуктах питания:
- морепродукты;
- безалкогольные напитки (фруктовые соки) и молоко;
- фрукты;
- овощи.
Нехватка сурьмы в организме человека
В медицинской литературе данных о симптомах дефицита сурьмы в организме человека нет.
Избыток сурьмы в организме человека
Прием внутрь препаратов сурьмы и других ее соединений приводит в зависимости от дозы к острому или хроническому отравлению. ПДК сурьмы в организме человека колеблется в пределах 10-5-10-7%, то есть расхождение в различных оценках составляет 100 крат.
- Основной причиной избытка этого химического элемента в организме является работа на вредном производстве и случайное употребление его соединений.
- Установлено, что при накоплении сурьмы в организме она оказывает раздражающее действие, угнетает активность многих ферментов, участвующих в жировом, белковом и углеводном обмене.
- При попадании сурьмы на кожу возникает раздражение, которое сопровождается чувством жжения, покраснением и впоследствии появлением пустулезной сыпи.
В старину сурьму называли еще рвотным камнем, поскольку при попадании в желудочно-кишечный тракт она вызывает сильный рвотный рефлекс и при высокой дозе приводит к тяжелому анатомическому поражению органов пищеварения. В Средние века, чтобы вызвать рвоту, человеку давали вино, выдержанное в сурьмяной посуде.
- При хроническом отравлении небольшими дозами сурьмы развивается жировое перерождение и цирроз печени, поражаются почки и другие паренхиматозные органы.
- Сурьма считается сильным канцерогеном.
- Симптомы избытка сурьмы в организме человека:
- снижение или полное отсутствие аппетита;
- воспаление слизистых оболочек зева и гортани;
- сухость в горле, сильный сухой кашель;
- боли в кишечнике;
- сильная рвота;
- боль в области печени и ее увеличение;
- иктеричность (пожелтение) склер.
Источник: https://zdips.ru/zdorovoe-pitanie/mineraly/1655-surma-v-organizme-cheloveka.html