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.
Фото сурьмы
Таблица 1. Свойства сурьмы
ХарактеристикаЗначение
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 0
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.

 

иллюстрация
ugreaktiv-galvanika.ru

Комментарии
28 мая
Сурьма известна с глубокой древности. В странах Востока она использовалась примерно за 3000 лет до н. э. для изготовления сосудов.
28 мая
В Древнем Египте уже в XIX в. до н. э. порошок сурьмяного блеска (природный Sb2S3) под названием mesten или stem применялся для чернения бровей
28 мая
В России крупнейший производитель сурьмы — это холдинг GeoProMining (6 500 т в 2010 г.), который занимается добычей и обработкой сурьмы на принадлежащих ему производственных комплексах «Сарылах-Сурьма» и «Звезда» в Республике Саха (Якутия).
28 мая
Месторождения сурьмы известны в ЮАР, Алжире, Азербайджане, Таджикистане, Болгарии, России, Финляндии, Казахстане, Сербии, Китае, Киргизии
Добавить комментарий
Имя*:

* — Поля, обязательные для заполнения
Отраслевые индексы
Отраслевые новости