СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Сурьма металлическая — 51-й химический элемент в периодической таблице Менделеева, обозначается символом Sb. Это полуметалл с зернистым строением и светлым голубовато-серебристым оттенком. В свободном состоянии представляет собой кристаллы с металлическим блеском.

Сурьма как вещество: физические свойства

Внешне вещество похоже на металл, однако характеризуется меньшей электро- и теплопроводностью. Оно отличается хрупкостью (легко растирается в порошок) и способностью расширяться при застывании.

Элемент существует в четырех модификациях:

  • Кристаллическая, или серая (основная модификация).
  • Черная (аморфная).
  • Взрывчатая (аморфная).
  • Желтая (аморфная).

Кристаллическая сурьма

В основной модификации полуметалл образует игольчатые кристаллы в форме звезд. Чем меньше примесей, тем толще кристаллы. Вещество начинает плавиться при температуре +630,5 ⁰C, закипает — при +1634 ⁰C. Обладает диамагнитностью, т.е. намагничивается против направления внутреннего поля.

Основные свойства вещества:

  • Плотность при стандартных условиях — 6,691 г/см3.
  • Удельная теплоемкость — 0,210 кДж/(кг*К) при температурах от 20 ⁰С до 200 ⁰С.
  • Молярная теплоемкость — 25,2 Дж/(K*моль).
  • Теплопроводность — 17,6 вт/(м*К) при температуре 20 ⁰C.
  • Молярный объем — 18,4 см3/моль.
  • Удельная теплота плавления — 20,08 кДж/моль.
  • Удельная теплота испарения — 195,2 кДж/моль.

В основной модификации металл устойчив при стандартных условиях. Он имеет слоистую структуру.

Черная сурьма

Это аморфная металлическая модификация, которая образуется из кристаллической сурьмы при резком охлаждении паров вещества. Она имеет плотность 5,3 г/см3. Данная неустойчивая модификация в безвоздушном пространстве при нагреве до 400 ⁰С переходит в кристаллическую сурьму.

Желтая сурьма

Чтобы получилась желтая сурьма, требуется воздействие кислорода на сниженный стибин SbH3. Эта модификация содержит небольшой процент химически связанного водорода. Является неустойчивой: переходит в черную сурьму при освещении или нагревании.

Взрывчатая сурьма

Электролиз раствора SbCl3 в соляно-кислой среде приводит к образованию взрывчатой сурьмы. Она имеет плотность от 5,64 до 5,97 г/см3, внешне напоминает графит. При любом прикосновении взрывается и превращается в кристаллическую сурьму.

Сурьма и человек: историческая справка

Этот металл применялся с доисторических времен. При раскопках на территории древнего Вавилона археологи обнаружили сосуды из металлической сурьмы. Изделия датируются 3 тысячелетием до н.э.

Предметы из этого металла также были найдены в Грузии: находки относятся к 1 тысячелетию до н.э. В древности металл использовался в сплаве со свинцом, медью или оловом.

С XIX в. до н.э. в Древнем Египте и странах Азии (Индия, Междуречье и др.) повсеместно применялся «сурьмяный блеск» — черный порошок из соединений полуметалла, который использовался для грима (в основном для чернения бровей).

До конца неизвестно происхождение самого названия. В тюркских языках существует слово surme, которое обозначает «грим, мазь». В персидском «сурме» значит «металл».

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Сурьма и организм: несколько слов о биологии

Сурьма относится к макроэлементам и участвует в обменных процессах многих живых организмов. Среднее количество элемента в растениях — 0, 06 мг, в наземных животных — 0,0006 мг, в морских животных — 0,02 мг.

В организме человека содержится не более 0,00001% сурьмы по массе. Она поступает с воздухом, пищей и водой, содержится в щитовидной железе, эритроцитах и плазме крови, печени, почках, костной ткани, селезенке.

В среднем за сутки поступает около 50 мкг и выводится мочой и фекалиями.

До конца не изучены физиологическая и биохимическая функции макроэлемента, поэтому нет достоверных данных о возможных последствиях ее дефицита в организме. При этом установлено, что избыток вещества препятствует белковому, жировому и углеводному обменам.

Если сурьма накапливается в щитовидной железе, она угнетает ее работу и вызывает эндемический зоб. При одноразовом попадании в пищеварительный тракт вызывает рефлекторную рвоту и полностью выводится.

При регулярных поступлениях избыточного количество сурьмы в пищевод возможны заболевания желудочно-кишечного тракта, в том числе язвы.

Токсичные пары металла могут вызвать поражения кожи и носовые кровотечения. В зоне риска — люди, которые работают с этим металлом постоянно: печатники, эмалировщики и др.

В малых дозах макроэлемент применяется в медицине — в основном, в составе отхаркивающих и рвотных средств.

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Сурьма как элемент: химические свойства

Металлическая сурьма малоактивна и устойчива на открытом воздухе при нормальных температурах. Начинает окислятся при +630 ⁰С, в результате чего образуется соединение Sb2O3 — оксид сурьмы. Полуметалл не вступает в реакции с водородом, азотом, кремнием и бором, остается устойчивым к воде, а в расплавленном виде незначительно растворяет углерод.

В результате возможных химических реакций образуются следующие вещества:

  • Сульфид сурьмы — при сплавлении с серой.
  • Интерметаллические соединения (антимониды) — при взаимодействии с мышьяком, медью, палладием                               и некоторыми другими металлами.
  • Хлорид сурьмы — при растворении в хлоре.
  • Сульфат сурьмы — при растворении в соляной кислоте.
  • Сурьмяная кислота — в результате реакции с концентрированной азотной кислотой.

Полуметалл растворяется в «царской водке» — смеси винной и азотной кислот.

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Сурьма как полезное ископаемое: добыча и производство

Месторождения металлической сурьмы находятся в ЮАР, Китае, Алжире, России, Болгарии, Азербайджане, Киргизии, Сербии, Финляндии, Казахстане, Таджикистане. Содержание элемента в земной коре невелико — 500 мг/т. Большая часть вещества сконцентрирована в осадочных породах — бокситах, фосфоритах, глинистых сланцах. Меньше всего ископаемого содержится в песчаниках и известняках.

Более 70% этого металла производится в Китае, а остальные 30% делят Россия, Мьянма, Боливия, Таджикистан, ЮАР, Канада, Австралия и некоторые другие страны.

На территории Китая также находятся самые крупные резервы — более 50% мировых запасов. Около 20% расположено в России, 16% — в Боливии, 3% — в Таджикистане, 1% — в ЮАР, менее 10% рассредоточено по разным странам.

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Сурьма как ресурс: применение

Металлургия

Поскольку сурьма — хрупкий металл, в металлургической промышленности она практически не применяется отдельно. Зато в сплавах она повышает прочность других металлов и препятствует окислению.

Сплав сурьмы, олова и свинца называется «гарт» (в переводе с украинского — «зеркала»). Он на протяжении многих веков используется в типографии для изготовления шрифтов.

В основу положено свойство сурьмы расширяться при затвердевании: благодаря этому сплав более плотно заполняет литейную матрицу. Помимо этого, сурьма повышает износостойкость шрифта.

Гарт также используется для отливки пуль, изготовления кабелей, труб для протока агрессивных жидкостей и др.

Сплав свинца и сурьмы отличается твердостью и устойчивостью к коррозии. Он применяется в химическом машиностроении.

Баббиты (подшипниковые сплавы) широко используются в железнодорожном, автомобильном транспорте и станкостроении. Они содержат сурьму, олово, медь и свинец. Имеют высокую твердость, стойкость к истиранию и коррозии.

Всего существует порядка 200 сплавов различных металлов с сурьмой. В том числе она добавляется к металлам для хрупкой отливки.

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Полупроводниковая промышленность

Полуметалл входит в свинцовые сплавы, используется при производстве диодов, ИК детекторов, датчиков Холла и других элементов в полупроводниковой промышленности.

Медицина

Стибнит, природный сульфит сурьмы, в древности применялся в качестве лекарства от паразитов. В некоторых странах его до сих пор добавляют в препараты. Соединения металла применяются для лечения лейшманиозов и глазных заболеваний.

Другие области применения

Оксид сурьмы используют в текстильной промышленности как закрепитель. Он также входит в состав многих эмалей и красок. Пятиокись металла применяется при изготовлении стекла, люминесцентных ламп, резины. Трехсернистая сурьма входит в состав спичек. Металла находит применение в электронике (для некоторых припоев) и в термоэлектрический сплавах.

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Сурьма металл. Свойства сурьмы. Применение сурьмы

Описание и свойства сурьмы

Впервые человечество начало использовать сурьму еще задолго до нашей эры. Ведь до сих пор археологи находят фрагменты или изделия из металлической сурьмы на местах древнего Вавилона, что соответствует началу ІІІ столетия до нашей эры.

Как самостоятельный металл, сурьму редко применяют в производстве, а в основном в соединениях с другими элементами.

Самое популярное применение, которое дошло и до наших времен – это использование минерала «сурьмяный блеск» в косметологии в качестве карандаша для век или краски для ресниц и бровей.

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

В периодической системе Д. И. Менделеева сурьма – химический элемент, который относится к V группе, его символ – Sb. Атомный номер 51, атомная масса 121,75, плотность составляет 6620 кг/м3.

Свойства сурьмы – окрас серебристо-белый с синеватым оттенком. По своему строению, металл крупнозернистый и очень хрупкий, его легко можно вручную измельчить до состояния порошка в фарфоровой ступке и не поддается ковки.

Температура плавления металла составляет 630,5 ⁰С, температура кипения — 1634 °C.

Кроме стандартной кристаллической формы, в природе существуют еще три аморфных состояния сурьмы:

  1. Взрывчатая сурьма – образуется при электролизе соединения SbCI3 в соляно кислой среде и при ударе или прикосновении взрывается, тем самым переходит в обычное состояние.

  2. Желтая сурьма – получается при воздействии молекул кислорода О2 на соединение водорода с сурьмой SbH3.

  3. Черная сурьма – образовывается при резком охлаждении паров желтой сурьмы.

В обычных условиях сурьма свойства свои не меняет, в воде не растворяется.

Хорошо взаимодействует в виде сплава сурьмы с другими металлами, так как основное ее достоинство – это увеличение твердости металлов, например, соединение свинец — сурьма (от 5–15%) известно как гарбтлей. Даже если добавить к свинцу 1% сурьмы его прочность уже значительно увеличится.

Месторождение и добыча сурьмы

Содержание сурьмы в земной коре приблизительно оценивается в 6 млн тонн. Основным месторождением является Китай, на его территорию приходится до 52% мирового запаса этого элемента, остальные 48% распределены между странами, такими как Россия, Чехия, Словакия, Боливия, Мексика, Япония.

Читайте также:  СИТАЛЛ: что это за камень , свойства, какому знаку зодиака подходит, характеристики и значение в ювелирных изделиях

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Сурьма – элемент, который добывается из руд. Сурьмяными рудами называют минеральные образования с содержанием сурьмы в таких количествах, чтобы при извлечении чистого металла, получить максимальный экономический и промышленный эффект. По своему содержанию главного элемента – сурьмы, руды классифицируются:

  • — Очень богатые, Sb – в пределах 50%.
  • — Богатые, Sb – не более 12%.
  • — Обыкновенные, Sb – от 2 до 6%.
  • — Бедные, Sb – максимум 2%.

Согласно своего состава вышеприведенные руды делятся на сульфидные (до 70% общей массы составляет антимонит Sb2S3), сульфидно-оксидные (до 50% Sb в оксидных соединениях), и оксидные (более 50% всей массы руды в соединениях оксида сурьмы).

Очень богатые руды нет необходимости обогащать, из них сразу получают концентрат сурьмы и отправляют в плавильную печь. Добыча сурьмы из рядовых и бедных руд экономически нецелесообразна. Такие руды приходится обогащать до концентрата с содержанием сурьмы до 50%.

Следующий шаг – это переработка концентрата пирометаллургическим и гидрометаллургическим способом.

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

К пирометаллургическим методам относятся осадительный и восстановительный плавильный процесс. В осадительном процессе плавки, главным сырьем служит сульфидные руды.

Принцип плавки таков, при температуре 1300–1400 °С из сульфида сурьмы с помощью железа извлекается чистая сурьма, формула этого процесса  –Sb2S3+3Fe=>2Sb+3FeS. Восстановительная плавка заключается в восстановлении из оксидов сурьмы до металла с помощью древесного угля или коксовой пылью.

Гидрометаллургический метод извлечения сурьмы состоит из двух стадий – обработка руды с переводом ее в состояние раствора и извлечение металла из раствора.

Применение сурьмы

В чистом виде сурьма считается одним из самых хрупких металлов, но при сплаве с другими металлами она увеличивает их твердость и не происходит процесс окисления при обычных условиях. Эти достоинства заслуженно оценили в промышленной сфере, и теперь сурьма добавляется во многие сплавы, более 200.

Сплавы для подшипникового производства. В эту группу входят такие соединения, как олово – сурьма, свинец – сурьма, сурьма – медь, так как эти сплавы легко плавятся и очень удобно выливать в формы для вкладышей подшипников.

Содержание сурьмы обычно составляет от 4 до 15%, но ни в коем случае, нельзя превышать эту норму, потому что избыток сурьмы придет к разламыванию металла. Свое применение такие сплавы нашли в танкостроении, авто и железнодорожном транспорте.

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Одно из самых важных особенностей сурьмы является способность расширяться при затвердении.

На основе этой характеристики и был создан сплав – свинец (82%), сурьма (15%), олово (3%), еще его называют «типографский сплав», ведь он прекрасно наполняет формы для разных видов шрифтов и делает четкие оттиски. В этом случае, сурьма добавила металлу ударную стойкость и износостойкость.

Свинец легированный сурьмой, используется в машиностроении, с него делают пластины для аккумуляторов также используется при производстве труб, желобов по которым будет происходить транспортировка агрессивных жидкостей.

Сплав цинк – сурьма (антимонид цинка) считается неорганическим соединением. Благодаря своему свойству полупроводника, используется при изготовлении транзисторов, тепловизоров и инфракрасных детекторах.

Помимо промышленного использования сурьма нашла свое широкое применение в косметологии и медицине. С древних времен и по сегодняшний день используется сурьма для глаз, в качестве лечебного средства и краски для бровей и ресниц. Многие знают лечебные свойства сурьмы и при конъюнктивитах и прочих инфекциях глаз сразу применяют сурьму.

По своему виду и способу нанесения различают разные виды сурьмы – порошок, с помощью деревянной палочки он легко наносится на область века, но прежде необходимо смокнуть в любом масле; карандаш – идеально четко рисует стрелки на веке, карандаш эта тот же порошок сурьмы, только спрессованный в форму.

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Если в древние времена краска из сурьмы была экологической чистой и приносила действительно лечебный эффект, то в наше время нужно быть предельно осторожным и внимательно читать состав перед покупкой.

Все связано с тем, что сейчас недобросовестные производители некачественно извлекают чистую сурьму из руды и остаются примеси тяжелых металлов, таких как мышьяк.

Трудно представить принесенный вред, организму человека от соединения мышьяк-сурьма.

Цена сурьмы

В связи, с нестабильной ситуацией на мировом рынке, нет однозначной стоимости на металл сурьма. Цена его колеблется в пределах от 6300$ до 8300$/тонну, за последние два месяца наблюдается отрицательная динамика роста цены, это напрямую связано с основным производителем – Китаем и его внешнеэкономическими отношениями.

А вот политические и экономические перипетии никак не повлияли на сурьму для глаз. Сейчас в моде восточная культура и прочие принадлежности, в том числе и сурьма. Купить ее труда не составит, так как есть огромный выбор в восточных лавках или же можно оформить заказ в интернет-магазине.

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Сурьма: свойства, способы добычи и применение

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияСурьма: свойства, способы добычи и применение

Сурьма представляет собой серебристо-белого цвета полуметалл, отличающийся зернистым строением. В природе она встречается в виде кристаллов, отливающих металлическим блеском с примесью синевы.

Свойства и особенности

Основные физические свойства сурьмы:

  • твёрдость
  • хрупкость,
  • увеличение размеров при застывании,
  • низкая тепло- и электропроводность,
  • 4 аллотропных модификации, возникающие при различном уровне давления,
  • 3 аморфные модификации: взрывчатая, жёлтая, чёрная.

Химические свойства:

  • Устойчивость по отношению к воде, водороду, азоту, бору и кремнию.
  • Взаимодействием с кислородом воздуха при температурах более 6000 по Цельсию. С углеродом – при нахождении самой сурьмы в состоянии расплава. В таком же состоянии она взаимодействует с серой, мышьяком и фосфором.
  • Растворяется в азотной и горячей концентрированной серной кислоте.
  • Образовывает множество соединений с металлами – антимонитов.

Среди особенностей этого химического элемента можно отметить существование более 200 сплавов разнообразного применения, а также специфический травяной запах.

Способы добычи

Так как основным источником получения сурьмы являются соответствующие руды, то способ добычи зависит от глубины их залегания. По степени концентрации искомого минерала, сурьмяные руды подразделяются:

  • на бедные,
  • обыкновенные,
  • богатые,
  • очень богатые.

В соответствии со своим химическим составом эти руды бывают:

  • Оксидные. Содержащие внутри себя более половины оксидов сурьмы.
  • Сульфидно-оксидные. В их составе присутствует не более 50% сурьмы в виде оксидов.
  • Сульфидные. Представляют собой руды насыщенные антимонитами на 70%.

Именно содержание сурьмы в руде определяет эффективность освоения месторождения. Бывает и так, что освоив верхние слои открытым методом, приходится извлекать на поверхность нижние пласты, прибегая к закрытому способу. В целом такой метод добычи, объединяющий в себе организацию карьера с последующим строительством шахты, носит название комбинированного способа освоения полезных ископаемых.

Открытый

Открытый способ применим в том случае, если месторождение представлено залежами, расположенными на незначительной глубине. В таких местах грунт вскрывают, затем снимают полезный слой, отправляя его на переработку.

Процесс требует значительных затрат – особенно на первоначальном этапе освоения запасов руды.

После чего в дело вступают экскаваторы, другая землеройная техника и автотранспорт (иногда вместо него применяется железнодорожный вид транспорта или конвейеры).

Закрытый

Наиболее эффективный способ, приносящий значительное количество сурьмяных руд, но требующий глубокого проникновения в толщь земли и организации проходческих работ с извлечением добытых материалов на поверхность.

Положение усугубляется своеобразием морфологии рудных тел, неоднозначностью размещения залежей, подвижностью и неустойчивостью горных пород внутри шахты.

Всё это приводит к значительным потерям искомого минерала и сильно осложняет процесс добычи полезного ископаемого.

Способы переработки

Концентрация сурьмы в руде определяет последующую технологию: или подвергнуть её обогащению, или направить добытую массу на непосредственную переработку. Для обогащения комплексных и сульфидных руд применяют флотацию, для сульфидно-окисленных – комбинированные методы. Затем получаемый концентрат перерабатывают пирометаллургическим или гидрометаллургическим способом.

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Черновую сурьму, полученную путём пирометаллургического воздействия, в дальнейшем подвергают электролитическому рафинированию с целью очистки от посторонних примесей. «Гидрометаллургическую» сурьму рафинируют огневым способом – то есть плавят, добавляя связующие вещества для удаления в шлак железа, мышьяка и серы.

Плавка в шахтных печах

Осадительная

Суть её основана на вытеснении сурьмы железом из сульфидного концентрата. Плавку производят в отражательных или коротких вращающихся барабанных печах; с добавлением туда стальной или чугунной стружки и средств поддержания восстановительных процессов: мелкофракционного каменного угля, коксика, угля, полученного из древесины.

На выходе из печей (количество перерабатываемого за один раз сырья в которых составляет 15-18 тонн), из руды извлекается порядка 90% сурьмы, остальные 10% уходят в составе шихты или отвала.

Восстановительная

Восстановительная плавка сурьмы производится в отражательных или коротких барабанных печах по достижении температуры в 10000 С.

Суть процесса заключена в избавлении концентрата от кислорода, то есть превращения окислов в чистый металл, с помощью углерода и удаления пустой породы.

При высокопроцентном извлечении металла (до 90%) после восстановительной плавки, чистота сурьмы достигает 99%.

Прямая

В случае использования окисленных и сульфидных руд в ход идёт прямая плавка. За счёт добавления кокса достигается высокая температура, происходит прямое восстановление металла и осуществляются химические реакции, сопровождающиеся постоянным удалением оксида серы. Что, в конце концов, приводит к стеканию металла и шлака в нижнюю часть печи.

Читайте также:  ГОЛУБОЙ САПФИР: любимый камень Кейт Миддлтон

Гидрометаллургический

Металлургами взят на вооружение и гидрометаллургический способ получения сурьмы. Его несомненными достоинствами являются: возможность использование бедного сырья и попутное извлечение из руды примесей ряда достаточного ценных металлов.

Перевод материала в раствор

Прежде всего, сурьмяную руду нужно растворить. Однако для этого подходят лишь такие растворители как едкий и сернистый натрий. В результате чего получаются сульфасоли и соли сурьмяных кислот, подвергаемые в дальнейшем электролизу.

Процесс сульфидно-щелочного выщелачивания протекает наиболее оптимально при температуре порядка 1000C.

Выделение сурьмы из раствора

Для выделения сурьмы из полученного раствора применяют сульфидный способ электролиза, осуществляемый в стальных ваннах с анодами и гладкими пластинчатыми катодами, также изготовленными из стали.

Хранение и транспортировка

Для транспортировки слитки сурьмы упаковывают в полиэтиленовые пакеты, которые затем складывают в коробки с уплотнителями. Коробки размещают в контейнеры или деревянные ящики.

Пластинчатую сурьму также складывают в мешки из полиэтилена, но затем на эти мешки одевают мешки из полипропилена. Общий вес такой, упакованной в двойную тару сурьмы не должен превышать 50 кг.

Для транспортировки этого минерала подходит любой вид транспорта. Главное условие – чтобы она была соответствующим образом упакована для погрузки в вагоны или складирования в контейнеры.

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Сфера применения

Существует целый класс марок сурьмы (ГОСТ 1089-82), в зависимости от областей её применения, а также использования в процессе изготовления разнообразных изделий:

  • Су00000 – электроника и полупроводники.
  • Су0000П – полупроводниковая техника.
  • Су0000 – электроника.
  • Су000 – припои и сырьё для изготовления Су0000П.
  • Су00 – эмали, керамика, оловянно-свинцовые припои.
  • Су0 – антифрикционные аккумуляторы, типографские сплавы, соединения для кабельных оболочек, припои.
  • Су1 – аналогично Су0.
  • Су2 – сплавы и сурьмянистый свинец.

Разумеется, что данным перечнем все области потребления сурьмы не ограничены. Этот полуметалл всегда находил и продолжает иметь широкую сферу использования: начиная с древнейшей косметики – вплоть до современной военной автотранспортной техники.

Медицина

История использования сурьмы в качестве лекарственных средств насчитывает много столетий. Ещё на заре цивилизации природное соединение сурьмы с серой – стибнит, был взят на вооружение лекарями того времени. В ряде развивающих стран эта практика имеет место и поныне.

Во времена Средневековья с помощью этого минерала провоцировали рвоту и отхаркивание среди пациентов. Иногда им давали вино, выдержанное в ёмкости, изготовленной из сурьмы.

Современная фармакология изготавливает лекарства на основе сурьмы, применяемые для лечения сонной болезни, лешайманиоза, а также целого ряда инфекционных заболеваний, поражающих людей и животных.

Металлургия

Благодаря своим особым свойствам, минерал широко востребован в металлургии для изготовления металлических сплавов. Введение в их состав сурьмы в значительной степени повышает твёрдость, а её стойкость к процессу окисления защищает полученные материалы от коррозии.

Существует более 200 сплавов этого химического элемента, которые находят широкое применение в машиностроении, типографском деле, электротехнике, производстве оружия.

Химическое машиностроение

Химически стойкие сплавы свинца и сурьмы используются для изготовления труб и арматуры, обладающих высокой антикоррозионной стойкостью. Также этими материалами облицовывают ванны для кислот и иные ёмкости.

Месторождения в России и мире

Геология насчитывает сегодня 75 минералов, содержащих в своём составе сурьму. Наиболее распространённых из них в первичных рудах является антимонит.

По количеству содержания полезного ископаемого – сурьмы, месторождения классифицируются на 4 вида:

  • Уникальные. Свыше 100 тыс. тонн.
  • Крупные. 30-100 тыс. тонн.
  • Средние. 10-30 тыс. тонн.
  • Мелкие. До 10 тыс. тонн.

Значительными месторождениями этого минерала располагают: Китай (Сингуаньшань – уникальное), Россия (Сарылах и Сентачан в Якутии, Раздольнинское и Удерейское на территории Красноярского края), Боливия (Чилкобия), Киргизия (Кадамджай, Хайдаркан) Мексика (Сан-Хозе), ЮАР (Гравеллот – уникальное), Таджикистан (Анзоб) и Тайланд (Бонсонг).

Мировые запасы

Дать точную оценку запасов любого природного ископаемого не представляется возможным, ни при каком виде исследований. Однако некоторые приблизительные цифры всё же имеются. Так, согласно данным Геологической службы США (2016 год), крупнейшими запасами сурьмы располагают:

  • Китай – 530 тыс. тонн.
  • Россия – 350 тыс. тонн.
  • Боливия – 310 тыс. тонн.

Страны, добывающие сурьму

Мировыми лидерами по производству сурьмы выступают:

  • Китай – более 100 тыс. тонн ежегодно.
  • Россия – 9 тыс. тонн в год.
  • Таджикистан – 8 тыс. тонн каждый год.
  • Боливия – 4 тыс. тонн ежегодной добычи.

Вполне естественно, что крупнейшими потребителями столь ценного минерального ресурса, каким является сурьма, выступают ведущие мировые экономические державы: Китай, США, страны ЕЭС, Япония.

Сурьма металл или неметалл

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

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 году. В 1789 году 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).

Кларк сурьмы — 500 мг/т. Её содержание в изверженных породах в общем ниже, чем в осадочных.

Из осадочных пород наиболее высокие концентрации сурьмы отмечаются в глинистых сланцах (1,2 г/т), бокситах и фосфоритах (2 г/т) и самые низкие в известняках и песчаниках (0,3 г/т).

Повышенные количества сурьмы установлены в золе углей. Сурьма, с одной стороны, в природных соединениях имеет свойства металла и является типичным халькофильным элементом, образуя антимонит.

С другой стороны она обладает свойствами металлоида, проявляющимися в образовании различных сульфосолей — бурнонита, буланжерита, тетраэдрита, джемсонита, пираргирита и др. С такими металлами, как медь, мышьяк и палладий, сурьма может давать интерметаллические соединения.

Ионный радиус сурьмы Sb3+ наиболее близок к ионным радиусам мышьяка и висмута, благодаря чему наблюдается изоморфное замещение сурьмы и мышьяка в блёклых рудах и геокроните Pb5(Sb, As)2S8 и сурьмы и висмута в кобеллите Pb6FeBi4Sb2S16 и др. Сурьма в небольших количествах (граммы, десятки, редко сотни г/т) отмечается в галенитах, сфалеритах, висмутинах, реальгарах и других сульфидах. Летучесть сурьмы в ряде её соединений сравнительно невысокая.

Наиболее высокой летучестью обладают галогениды сурьмы SbCl3. В гипергенных условиях (в приповерхностных слоях и на поверхности) антимонит подвергается окислению примерно по следующей схеме: Sb2S3 + 6O2 = Sb2(SO4)3. Возникающий при этом сульфат окиси сурьмы очень неустойчив и быстро гидролизирует, переходя в сурьмяные охры — сервантит Sb2O4, стибиоконит Sb2O4 • nH2O, валентинит Sb2O3 и др.

Растворимость в воде довольно низкая (1,3 мг/л), но она значительно возрастает в растворах щелочей и сернистых металлов с образованием тиокислоты типа Na3SbS3. в морской воде — 0,5 мкг/л. Главное промышленное значение имеет антимонит Sb2S3 (71,7 % Sb). Сульфосоли тетраэдрит Cu12Sb4S13, бурнонит PbCuSbS3, буланжерит Pb5Sb4S11 и джемсонит Pb4FeSb6S14 имеют небольшое значение.

Генетические группы и промышленные типы месторождений

В низко- и среднетемпературных гидротермальных жилах с рудами серебра, кобальта и никеля, также в сульфидных рудах сложного состава.

Месторождения

Месторождения сурьмы известны в ЮАР, Алжире, Азербайджане, Таджикистане, Болгарии, России, Финляндии, Казахстане, Сербии, Китае, Киргизии.

По данным исследовательской компании Roskill, в 2010 году 76,75 % мирового первичного производства сурьмы приходилось на Китай (120 462 т, включая официальное и неофициальное производство), второе место по объёмам производства занимала Россия (4,14 %; 6500 т), третье — Мьянма (3,76 %; 5897 т). Среди других крупных производителей — Канада (3,61 %; 5660 т), Таджикистан (3,42 %; 5370 т) и Боливия (3,17 %; 4980 т). Всего в 2010 году в мире было произведено 196 484 тонн сурьмы (из которых вторичное производство составляло 39 540 тонн).

В 2010 году официальное производство сурьмы в Китае снизилось по сравнению с 2006—2009 годами и в ближайшее время вряд ли увеличится, говорится в отчёте Roskill.

В России крупнейший производитель сурьмы — это холдинг GeoProMining (6500 тонн в 2010 г.), который занимается добычей и обработкой сурьмы на принадлежащих ему производственных комплексах «Сарылах-Сурьма» и «Звезда» в Республике Саха (Якутия).

  Металл р6м5 характеристики

Резервы

Согласно статистическим данным Геологической службы США:

Мировые резервы сурьмы в 2010 году (содержание сурьмы в тоннах)
Всего в мире1 831 000100,0СтранаРезервы%

 Китай 950 000 51,88
 Россия 350 000 19,12
 Боливия 310 000 16,93
 Таджикистан 50 000 2,73
 ЮАР 21 000 1,15
Другие (Канада/Австралия) 150 000 8,19

Изотопы

Основная статья: Изотопы сурьмы

Природная сурьма является смесью двух изотопов: 121Sb (изотопная распространённость 57,36 %) и 123Sb (42,64 %). Единственный долгоживущий радионуклид — 125Sb с периодом полураспада 2,76 года, все остальные изотопы и изомеры сурьмы имеют период полураспада, не превышающий двух месяцев.

Читайте также:  АЛПАНИТ: что за камень? описание, свойства, кому подходит по знаку Зодиака, стоимость украшений

Пороговая энергия для реакций с высвобождением нейтрона (первого):

  • 121Sb — 9,248 МэВ,
  • 123Sb — 8,977 МэВ,
  • 125Sb — 8,730 МэВ.

Физические свойства

Сурьма в свободном состоянии образует серебристо-белые кристаллы с металлическим блеском, плотность — 6,68 г/см³. Напоминая внешним видом металл, кристаллическая сурьма обладает большей хрупкостью и меньшей тепло- и электропроводностью. В отличие от большинства других металлов, при застывании расширяется.

Примесь сурьмы понижает точки плавления и кристаллизации свинца, а сам сплав при отвердении несколько расширяется в объёме.

В сравнении со своими гомологами по группе — мышьяком и висмутом, для которых тоже характерно наличие как металлических так и неметаллических свойств, металлические свойства сурьмы слегка преобладают над неметаллическими, у мышьяка свойства металла, у висмута — напротив свойства неметалла — выражены слабо.

Получение

Основной способ получения — обжиг сульфидных руд с последующим восстановлением оксида углём:

 2Sb2S3 + 9O2 →toC  6SO2↑ + 2Sb2O3 Sb2O3 + 3C →toC  2Sb + 3CO↑

Химические свойства

Со многими металлами образует интерметаллические соединения — антимониды. Основные валентные состояния в соединениях: III и V.

Окисляющие концентрированные кислоты активно взаимодействуют с сурьмой.

  • серная кислота превращает сурьму в сульфат сурьмы (III) с выделением сернистого газа:
  •  2Sb + 6H2SO4 ⟶ Sb2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O Sb + 5HNO3  ⟶  H3SbO4 + 5NO2↑ + H2O
  • Сурьма растворима в «Царской водке»:
  •  3Sb + 18HCl + 5HNO3 ⟶  3H[SbCl6] + 5NO↑ + 10H2O
  • Сурьма легко реагирует с галогенами:
  • с йодом в инертной атмосфере при незначительном нагревании:

 2Sb + 3I2 ⟶  2SbI3

  • с хлором реагирует по-разному, в зависимости от температуры:

 2Sb + 3Cl2 →20oC   2SbCl3 2Sb + 5Cl2 →80oC   2SbCl5

Применение

Сурьма всё больше применяется в полупроводниковой промышленности при производстве диодов, инфракрасных детекторов, устройств с эффектом Холла. 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.

  Как очистить металл от окисления?

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.

Электроника

Входит в состав некоторых припоев. Также может использоваться в качестве легирующей примеси к полупроводникам (донор электронов для кремния и германия).

Термоэлектрические материалы

Теллурид сурьмы применяется как компонент термоэлектрических сплавов (термо-ЭДС 150—220 мкВ/К) с теллуридом висмута.

Биологическая роль и воздействие на организм

Сурьма токсична. Относится к микроэлементам. Её содержание в организме человека составляет 10−6 % по массе. Постоянно присутствует в живых организмах, физиологическая и биохимическая роль не выяснена. Сурьма проявляет раздражающее и кумулятивное действие. Накапливается в щитовидной железе, угнетает её функцию и вызывает эндемический зоб.

Однако, попадая в желудочно-кишечный тракт, соединения сурьмы не вызывают отравления, так как соли Sb(III) там гидролизуются с образованием малорастворимых продуктов.

При этом соединения сурьмы (III) более токсичны, чем сурьмы (V). Пыль и пары Sb вызывают носовые кровотечения, сурьмяную «литейную лихорадку», пневмосклероз, поражают кожу, нарушают половые функции.

Порог восприятия привкуса в воде — 0,5 мг/л.

Смертельная доза для взрослого человека — 100 мг, для детей — 49 мг. Для аэрозолей сурьмы ПДК в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,01 мг/м³. ПДК в почве 4,5 мг/кг.

В питьевой воде сурьма относится ко 2 классу опасности, имеет ПДК 0,005 мг/л, установленную по санитарно-токсикологическому лимитирующему признаку вредности.

В природных водах норматив содержания составляет 0,05 мг/л.

Источник: https://chem.ru/surma.html

СУРЬМА: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Сурьма металлическая — 51-й химический элемент в периодической таблице Менделеева, обозначается символом Sb. Это полуметалл с зернистым строением и светлым голубовато-серебристым оттенком. В свободном состоянии представляет собой кристаллы с металлическим блеском.

Сурьма как вещество: физические свойства

Внешне вещество похоже на металл, однако характеризуется меньшей электро- и теплопроводностью. Оно отличается хрупкостью (легко растирается в порошок) и способностью расширяться при застывании.

Элемент существует в четырех модификациях:

  • Кристаллическая, или серая (основная модификация).
  • Черная (аморфная).
  • Взрывчатая (аморфная).
  • Желтая (аморфная).

Кристаллическая сурьма

В основной модификации полуметалл образует игольчатые кристаллы в форме звезд. Чем меньше примесей, тем толще кристаллы. Вещество начинает плавиться при температуре +630,5 ⁰C, закипает — при +1634 ⁰C. Обладает диамагнитностью, т.е. намагничивается против направления внутреннего поля.

Основные свойства вещества:

  • Плотность при стандартных условиях — 6,691 г/см3.
  • Удельная теплоемкость — 0,210 кДж/(кг*К) при температурах от 20 ⁰С до 200 ⁰С.
  • Молярная теплоемкость — 25,2 Дж/(K*моль).
  • Теплопроводность — 17,6 вт/(м*К) при температуре 20 ⁰C.
  • Молярный объем — 18,4 см3/моль.
  • Удельная теплота плавления — 20,08 кДж/моль.
  • Удельная теплота испарения — 195,2 кДж/моль.

В основной модификации металл устойчив при стандартных условиях. Он имеет слоистую структуру.

Черная сурьма

Это аморфная металлическая модификация, которая образуется из кристаллической сурьмы при резком охлаждении паров вещества. Она имеет плотность 5,3 г/см3. Данная неустойчивая модификация в безвоздушном пространстве при нагреве до 400 ⁰С переходит в кристаллическую сурьму.

  Нагартованный металл это

Желтая сурьма

Чтобы получилась желтая сурьма, требуется воздействие кислорода на сниженный стибин SbH3. Эта модификация содержит небольшой процент химически связанного водорода. Является неустойчивой: переходит в черную сурьму при освещении или нагревании.

Взрывчатая сурьма

Электролиз раствора SbCl3 в соляно-кислой среде приводит к образованию взрывчатой сурьмы. Она имеет плотность от 5,64 до 5,97 г/см3, внешне напоминает графит. При любом прикосновении взрывается и превращается в кристаллическую сурьму.

Сурьма и человек: историческая справка

Этот металл применялся с доисторических времен. При раскопках на территории древнего Вавилона археологи обнаружили сосуды из металлической сурьмы. Изделия датируются 3 тысячелетием до н.э.

Предметы из этого металла также были найдены в Грузии: находки относятся к 1 тысячелетию до н.э. В древности металл использовался в сплаве со свинцом, медью или оловом.

С XIX в. до н.э. в Древнем Египте и странах Азии (Индия, Междуречье и др.) повсеместно применялся «сурьмяный блеск» — черный порошок из соединений полуметалла, который использовался для грима (в основном для чернения бровей).

До конца неизвестно происхождение самого названия. В тюркских языках существует слово surme, которое обозначает «грим, мазь». В персидском «сурме» значит «металл».

Сурьма и организм: несколько слов о биологии

Сурьма относится к макроэлементам и участвует в обменных процессах многих живых организмов. Среднее количество элемента в растениях — 0, 06 мг, в наземных животных — 0,0006 мг, в морских животных — 0,02 мг.

В организме человека содержится не более 0,00001% сурьмы по массе. Она поступает с воздухом, пищей и водой, содержится в щитовидной железе, эритроцитах и плазме крови, печени, почках, костной ткани, селезенке.

В среднем за сутки поступает около 50 мкг и выводится мочой и фекалиями.

До конца не изучены физиологическая и биохимическая функции макроэлемента, поэтому нет достоверных данных о возможных последствиях ее дефицита в организме. При этом установлено, что избыток вещества препятствует белковому, жировому и углеводному обменам.

Если сурьма накапливается в щитовидной железе, она угнетает ее работу и вызывает эндемический зоб. При одноразовом попадании в пищеварительный тракт вызывает рефлекторную рвоту и полностью выводится.

При регулярных поступлениях избыточного количество сурьмы в пищевод возможны заболевания желудочно-кишечного тракта, в том числе язвы.

Токсичные пары металла могут вызвать поражения кожи и носовые кровотечения. В зоне риска — люди, которые работают с этим металлом постоянно: печатники, эмалировщики и др.

В малых дозах макроэлемент применяется в медицине — в основном, в составе отхаркивающих и рвотных средств.

Сурьма как элемент: химические свойства

Металлическая сурьма малоактивна и устойчива на открытом воздухе при нормальных температурах. Начинает окислятся при +630 ⁰С, в результате чего образуется соединение Sb2O3 — оксид сурьмы. Полуметалл не вступает в реакции с водородом, азотом, кремнием и бором, остается устойчивым к воде, а в расплавленном виде незначительно растворяет углерод.

В результате возможных химических реакций образуются следующие вещества:

  • Сульфид сурьмы — при сплавлении с серой.
  • Интерметаллические соединения (антимониды) — при взаимодействии с мышьяком, медью, палладием                               и некоторыми другими металлами.
  • Хлорид сурьмы — при растворении в хлоре.
  • Сульфат сурьмы — при растворении в соляной кислоте.
  • Сурьмяная кислота — в результате реакции с концентрированной азотной кислотой.

Источник: https://masakarton.com/surma-metall-ili-nemetall/

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *