Реферат: Сурьма: получение её и применение

Сурьма(лат. Stibium), Sb, химический элемент Vгруппы периодическойсистемы Менделеева; атомный номер 51, атомная масса 121,75; металлсеребристо-белого цвета с синеватым оттенка в природе известны два стабильныхизотопа 121Sb(57,25%) и 123Sb(42,75%).

Сурьма известна с глубокой древности. В странах Востока онаупотреблялась примерно за 3000 лет до н.э. для изготовления сосудов. В ДревнемЕгипте уже в 19в до н.э. порошок сурьмяного блеска (Sb2S3) под названием mestenили stemприменялся для чернения бровей. В Древней Греции он был известен как stimiи stibi, отсюда латинский stibium.около 12-14 вв. н.э.появилось название antimonium. В 1789г А. Лувазье включилсурьму в список химических элементов под названием antimoine(современный английский antimony, испанский и итальянский antimonio, немецкий antimon). Русская “сурьма”произошла от турецкого surme; им обозначался порошоксвинцового блеска PbS, также служивший длячернения бровей (по другим данным, “сурьма» — от персидского сурме – металл).

Первая известная нам книга, в которой подробно описаны свойства сурьмыи её соединений, — “Триумфальная колесница антимония”, издана в 1604г. её авторвошел в историю химии под именем немецкого монаха-бенедиктинца ВасилияВалентина. Кто скрывается под этим псевдонимом, установить не удалось, но ещё впрошлом веке было доказано, что в списках монахов ордена бенедиктинцев братВасилий Валентин никогда не числился. Есть, правда, сведения, будто бы в XVвеке в Эрфуртском монастырежил монах по имени Василий, весьма сведущий в алхимии; кое-какие принадлежащиеему рукописи были найдены после его смерти в ящике вместе с порошком золота. Ноотождествлять его с автором “Триумфальной колесницы антимония”, видимо, нельзя.Вероятнее всего, как показал критический анализ ряда книг Василия Валентина,они написаны разными лицами, причем не ранее второй половины XVIвека.

Ещё средневековыеметаллурги и химики подметили, что сурьма куется хуже, чем “классические”металлы, и поэтому вместе с цинком, висмутом и мышьяком её выделили в особуюгруппу — «полуметаллов”. Для этого имелись и другие “веские” основания: поалхимическим понятиям, каждый металл был связан с тем или иным небесным телом “Семьметаллов создал свет по числу семи планет”- гласил один из важнейших постулатовалхимии. На каком-то этапе людям и впрямь были известны семь металлов и столькоже небесных тел (Солнце, Луна и пять планет, не считая Земли). Не увидеть вэтом глубочайшую философскую закономерность могли только полные профаны иневежды. Стройная алхимическая теория гласила, что золото представляло нанебесах Солнце, серебро – это типичная Луна, медь, несомненно, связанародственными узами с Венерой, железо явно тяготеет к Марсу, ртутьсоответственно Меркурию, олово олицетворяет Юпитер, а свинец – Сатурн. Длядругих элементов в рядах металлов не оставалось ни одной вакансии.

Если для цинка и висмута такая дискриминация, вызванная дефицитомнебесных тел, была явно несправедливой, то сурьма с её своеобразнымифизическими и химическими свойствами и в самом деле не вправе была сетовать нато, что оказалась в разряде “полуметаллов”

Судите сами. По внешнему видукристаллическая, или серая, сурьма (это её основная модификация) – типичныйметалл серо-белого цвета с легким синеватым оттенком, который тем сильнее, чембольше примесей (известны также три аморфные модификации: желтая, черная и такназываемая взрывчатая). Но внешность, как известно, бывает обманчивой, и сурьмаэто подтверждает. В отличие от большинства металлов, она, во-первых, оченьхрупка и легко истирается в порошок, а во-вторых, значительно хуже проводитэлектричество и тепло. Да и в химических реакциях сурьма проявляет такуюдвойствен-

ность, что не позволяетоднозначно ответить на вопрос: металл она или не металл.

Словно в отместку металлам за то, чтоони неохотно принимают в свои ряды, расплавленная сурьма растворяет почти всеметаллы. Об этом знали ещё в старину, и не случайно во многих дошедших до насалхимических книгах сурьму и её соединения изображали в виде волка с открытойпастью. В трактате немецкого алхимика Михаила Мейера “Бегущая Атланта”, изданном в 1618г, былпомещен, например, такой рисунок: на переднем плане волк пожирает лежащего наземле царя, а на заднем плане тот царь, целый и невредимый, подходит к берегуозера, где стоит лодка, которая должна доставить его во дворец напротивоположном берегу. Символически этот рисунок изображал способ очисткизолота (царь) от примесей серебра и меди с помощью антимонита (волк) –природного сульфида сурьмы, а золото образовывало соединение с сурьмой, котороезатем струёй воздуха – сурьма улетучивалась в виде трех окиси, и получалосьчистое золото. Этот способ существовал до XVIIIвека.

Содержание сурьмы в земной коре 4*10-5весового %. Мировые запасы сурьмы, оцениваемые в 6 млн. т, сосредоточеныглавным образом в Китае (52% мировых запасов). Наиболее распространенныйминерал – сурьмяный блеск, или стибин (антимонит) Sb2S3, свинцово-серого цвета с металлическим блеском, которыйкристаллизуется в ромбической системе с плотностью 4,52-4,62г/см3 и твердостью 2. В главной массе сурьмяный блескобразуется в гидротермальных месторождениях, где его скопления создают залежисурьмяной руды в форме жил и пластообразных тел. В верхних частях рудных тел,близ поверхности земли, сурьмяный блеск подвергается окислению, образуя рядминералов, а именно: сенармонтит и валентит Sb2O3; сервантит Sb2O4; стибиоканит Sb2O4 H2O; кермизит 3Sb2S3 Sb2O. Помимо собственных сурьмяных руд имеются также руды, в которых сурьманаходится в виде комплексных соединений с медью, свинцом

ртутью ицинком (блеклые руды).

Значительные месторождения сурьмяныхминералов расположены в Китае, Чехии, Словакии, Боливии, Мексике, Японии, США,в ряде африканских стран. В дореволюционной России сурьму совсем не добывали,да и месторождения её были не известны (в начале XXвека Россия ежегодно ввозила из-за границы почти по тысяче тоннсурьмы). Правда, ещё в 1914г, как писал в своих воспоминаниях видный советскийгеолог академик Д.И.Щербаков, признаки сурьмяных руд он обнаружил вКадамджайском гребне (Киргизия). Но тогда было не до сурьмы. Геологическиепоиски, продолженные ученым спустя почти два десятилетка, увенчались успехом, иуже в 1934г из кадамджайских руд начали получать трехсернистую сурьму, а ещёчерез год на опытном заводе была выплавлена первая отечественная металлическаясурьма. Уже к 1936 году полностью отпала необходимость в покупке её за рубежом.

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА.

Для сурьмы известна однакристаллическая форма и несколько аморфных (так называемые желтая, черная ивзрывчатая сурьма). При обычных условиях устойчива лишь кристаллическая сурьма;она серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. Чистый металл при медленномохлаждение под слоем шлака образует на поверхности игольчатые кристаллы,напоминающую форму звезд. Структура кристаллов ромбоэдрическая, а=4,5064 А,а=57,10.

Плотность кристаллической сурьмы 6,69, жидкой 6,55г/см3. Температураплавления 630,50С, температура кипения 1635-16450С,теплота плавления 9,5ккал/г-атом, теплота испарения49,6ккал/г-атом. Удельная теплоемкость (кал/г град):0,04987(200);0,0537(3500); 0,0656(650-9500). Тепло проводимость (кал/ем.сек.град):

0,045,(00);0,038(2000); 0,043(4000); 0,062(6500). Сурьмахрупка, легко истирается в порошок; вязкость (пуаз); 0,015(630,50);0,082(11000). Твердость по Бринеллю для литой сурьмы 32,5-34кг/мм2, для сурьмы высокой чистоты (после зонной плавки) 26кг/мм2. Модуль упругости 7600кг/мм2, пределпрочности 8,6кг/мм2, сжимаемости2,43 10-6см2/кг.

Желтая сурьма получается припропускании кислорода или воздуха в сжиженный при-900сурьмянистыйводород; уже при –500она переходит в обыкновенную (кристаллическую)сурьму.

Черная сурьма образуется при быстромохлаждении паров сурьмы, примерно при 4000переходит в обыкновеннуюсурьму. Плотность черной сурьмы 5,3. Взрывчатая сурьма – серебристый блестящийметалл с плотностью 5,64-5,97, образуется при электрическом получении сурьмы изсоляно кислого раствора хлорнистой сурьмы (17-53% SbCl2 в соляной кислоте d1,12), при плотности тока впределах от 0,043 до 0,2 а/дм2. Полученная при этом сурьма переходит в обыкновенную свзрывом, вызываемым трением, царапаньем или прикосновением нагретого металла;взрыв обусловлен экзотермическим процессом перехода одной формы в другую.

На воздухе при обычных условиях сурьма(Sb) не изменяется, нерастворима она ни в воде, ни в органическихрастворителях, но со многими металлами она легко даёт сплавы. В ряду напряженийсурьма располагается между водородом и медью. Водорода из кислот она, сурьма,не вытесняет и в разбавленных HClи H2SO4не растворяется. Однако крепкая серная кислота при нагреваниипереводит сурьму в сульфаты Э2(SO4)3. Крепкая азотная кислота окисляет сурьму до кислот H3ЭО4. Растворы щелочей сами по себе на сурьму не действуют,но в присутствии кислорода медленно её разрушают.

При нагревании на воздухе сурьмасгорает с образованием окислов, легко соединяется она также с га-

лоидами исерой. Образует сурьма определённые соединения с металлами – антимониды,например: Mg3Sb2. Действием на это соединение разбавленных кислот получаетсясурьмянистый (“стибин”)водород общей формулы ЭН2. Реакция идет по уравнению:

Mg3Sb2+6HCl=3MgCl+2SbH3

Так каксоединения эти весьма неустойчивы, больший или меньший их распад на элементыимеет место уже в момент образования и по этому практически они всегдавыделяются в смеси со значительным количеством свободного водорода.

Стибин представляет собой бесцветный, очень ядовитый газ, с запахомпохожим на сероводородный. Отравление им может иметь место, в частности, привсех случаях получения больших количеств водорода взаимодействием цинка илижелеза с кислотами, если исходные продукты содержат примесь сурьмы (что бываеточень часто) и работа ведется без соблюдения достаточных мер предосторожности.Опасность усугубляется тем, что первые признаки отравления (озноб, рвота и т.д) появляются обычно лишь спустя несколько часов после вдыхания SbH3. Основным средством первой помощи является свежий воздух при полномпокое пострадавшего. Растворимость стибина (SbH3)в водесравнительно не велика (приблизительно 1:5 по объёму). Он является оченьсильным восстановителем. Будучи подожжен на воздухе SbH3сгорает с образованием воды и окиси (Sb2O3).

Окись сурьмы (Sb2O3) представляет собой твердое вещество белого цвета, почти нерастворимав воде. Химические свойства, отвечающим общей формулой гидратов Э(ОН)3по подгруппе мышьяка, в которую входит сурьма, изменяется весьма закономерно.Все они амфотерны, но если у мышьяка (As(OH)3и висмута (Bi(OH)3) сильно преобладает кислотный характер, то у сурьмы (Sb(OH)3)основной.

Нагреванием Sb2O3 (илиSb2O5)на воздухе может быть получен белый, почти нерастворимый в воде порошок состава SbO4. При сильномнакаливании этот довольно характерный для сурьмы окисел отщепляет кислород ипереходит в Sb2H3. С плавлением его со щелочами могут быть получены соли типа M2Sb2O3. Как сам окисел Sb2O4, так ипроизводные от него соли содержат, вероятно, в своём составе одновременно трёхи пятивалентную сурьму и отвечают структурам (SbO)SbO3и (SbO[

SbO4]). Наличие в молекуле одновременно атомов трёх и пятивалентной сурьмыбыло непосредственно результатами рентгеновского анализа кристаллов.

Гидрат окиси сурьмы (иначесурьмянистая кислота) представляет собой белые, почти нерастворимыехлопьевидные осадки, легко переходящие с отщеплением воды в соответствующиеокиси. Для этого элемента характерны продукты частичного обезвоживания гидрата SbO(OH). Отвечающий ему радикал – SbO(антимонил) часто входиткак таковой в состав солей и играет в них роль одновалентного металла.

Растворенная часть гидрата окисисурьмы способна диссоциировать одновременно по суммарным схемам:

Э’’’+3OH’Û

Э(OH)3ÛH3ЭО3Û3Н+3О3’’’

При добавлениик раствору кислоты равновесие смещается влево, и образуются соли с катионом Э’’’, а при добавлении щелочей равновесие смещается вправо и получаетсясурьмянисто кислые (антимониты) соли с анионом ЭО3’’’. Кислотная диссоциация может протекать также и с отщеплением молекулводы по типу Н3ЭО3Û

Н+ЭО2+Н2О, причем получаются солиметасурьмянистой кислоты (HSbO2), но она является оченьслабой.

Так как основные свойства гидроокисейЭ(ОН)3 сурьмы усиливаются, в то же время возникает устойчивостьсурьмянисто кислой соли с катионом Э'’'. В частности, производныекислородных кислот для Sb’’’известны как единичные ихпредставители, а именно раст-

ворением Sb (или Sb2O3)в горячей концентрированной серной кислоте может бытьполучен нормальный сульфат сурьмы – Sb2(SO4)3. С небольшим количеством воды соль эта дает кристаллогидрат, придальнейшем же разбавлении раствора образуется сперва сульфат антимонила [

(SbO2)SO4], а затем наступает дальнейший гидролиз.Весьма характерна для сурьмы смешанная виннокислая соль антимонила и калиясостава К(SbO)C4H4O6 H2O. Соль эта (“рвотный камень”)легко образуется прикипячении Sb2O3c раствором кислого виннокислого калия (KHC4H4O6)и представляет собой бесцветные кристаллы, легко растворимые в воде.Она находит применение в медицине и в красильном производстве.

Параллельно с ослаблением кислотных иусилением основных свойств гидроокиси сурьмы ослабляются также ивосстановительные свойства, т.к. уменьшатся тенденция элементов к переходу всоединения их высшей валентности. Вообще то сурьмянистая кислота типичнымвосстановителем не является, хотя окисление её в щелочной среде идет довольнолегко.

Высший окисел Sbсурьмянистый ангидрид (Sb2O3) принепосредственном взаимодействии элементов с кислородом не образуется, но онможет быть получен осторожным нагреванием гидратов, образующихся при окислениисурьмы крепкой азотной кислотой. Сурьмяный ангидрид представляет собойжелтоватый порошок, очень мало растворимый в воде.

Соли сурьмяной кислоты(сурьмяно-кислые или антимонаты) производятся обычно из гексагидроксисурьмянойкислоты – H[Sb(OH)6], отвечающей дополнительно гидратированной мета форме HsbO3 3H2O. Подобно фосфатам сурьмяно-кислые соли, как правило, бесцветны итрудно растворимы в воде. Сурьмяный ангидрит может быть получен обезвоживаниемсвоего гидрата при 2750из солей

сурьмянойкислоты (К1=4 10-5)производные К и Pbнаходят применение вкерамической промышленности. Образованием трудно растворимого Na[Sb(OH)4] пользуется в аналитической химии для открытия натрия. Результатырентгеновского анализа кристаллов этой соли показывают, что ион [Sb(OH6)]имеет форму октаэдра с атомом Sbв центре [d(SbO)=1.97A]. Отвечающие окислам сернистые соединения сурьмы могут быть полученыкак непосредственным взаимодействием Sbс серой при нагревании, таки путем обменного разложения в растворе. Полученное сухим путем (а такжеприродное) Sb2S2представляет собой серо-черное кристаллическое вещество. Из растворов Sb2S2 и Sb2S5выделяется в виде оранжево-красных порошков. Сульфиды сурьмы нерастворимы в воде и разбавленных кислотах (не являющихся одновременноокислителями). В химическом отношении сульфиды Sb проявляют большое сходство сокислами сурьмы. Подобно тому, как окислы Sbпри взаимодействии сощелочами дают соли кислот Н2ЭО3 или Н2ЭО4, сульфиды их образуют с растворимыми сернистыми металлами соли соответствующихтио кислот (т.е. кислот, в которых кислород замещен на серу), например пореакциям:

3(NH4)2S+Sb2S3=2(NH4)3SbS3 и 3(NH4)S+SbS5=2(NH4)3SbS4

Соли тиосурьмяностой (H2SbS3)итиосурьмовой (H3SbS4)кислот устойчивы и в свободном состоянии и в растворе. Окрашены они,как правило, в желтый или красный цвет. Производные Na, K и NH4в воде растворимы хорошо, большинство остальных – трудно. Впротивоположность своим солям свободные тиокислоты неустойчивы и легкоразлагаются на соответствующий сульфид и сероводород, например по схемам:

2H3SbS3=Sb2S3¯

+3H2S и 2H3SbS4=Sb2S5¯+3H2S, Поэтому приподкислении раствора тиосоли отвечающий ей сульфид выпадает в осадокобразование и распад тиопроизводных рассматриваемых элементов имеют боль-

шое значение для качественногохимического анализа.

Галоидныесоединения сурьмы легко образуются при непосредственном взаимодействииэлементов. Для характеристики сравнительной энергичности протекания реакциисопоставим теплоты образования солей трёхвалентной сурьмы.

Соль SbF3 SbCl3 SbBr3 SbJ3

Теплотаобразования (ккал/моль) 217 91 59 23

Галогениды ЭГ3 имеютпространственную структуру треугольной пирамиды с атомом Э в вершине, а изпредставителей типа ЭГ5 получены лишь SbF5 и SbCl5. Практически приходится иметь дело с SbCl3, которыйпредставляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде, но привзаимодействии с ней подвергаются сильному гидролизу. С хлоридами некоторыходновалентных металлов галогениды сурьмы способны образовывать комплексныесоединения типов M[SbCl4],M2[SbCl5]и M2(SbCl6]. Получение SbCl3 (tплав.730, tкип.2230) удобновести растворением мелко растертой Sb2S3в горячей концентрированной HCl. Взаимодействие SbCl3с концентрированной сернойкислотой гладко идёт по уравнению:

2SbCl3+3H2SO4=Sb2(SO4)3+6HCl

Пятихлористая сурьма может быть получена непосредственнымвзаимодействием SbCl3с хлором:

SbCl3+Cl2=SbCl5+16ккал.

Онапредставляет с собой бесцветную жидкость (tплав40, tкип 1400счастичным отщеплением хлора), под уменьшенным давлением перегоняющуюся безразложения. Будучи хлорангидридом сурьмяной кислоты пятихлористая сурьма легкоразлагается водой по схеме:

SbCl5+4H2O=H3SbO4+5HCl.

Реакция эта(во избежания восстановления сурьмы проводимая водой, насыщенной хлором)является удобным методом получения чистой сурьмяной кислоты. В качестве легкоотдающего хлор вещества SbCl5находит применение

приорганических синтезах. При смешении бесцветных SbCl3и SbCl5образуется темно-коричневая жидкость, в которой, по-видимому, имеетместо равновесие:

SbCl3+SbCl5Û

SbCl4.

В свободномсостоянии хлорид четырёхвалентной сурьмы неполучен, однако при добавлении ксодержащей его жидкости RbClили CsClвыделяются темно-фиолетовые кристаллы отвечающих ему комплексных солейтипа M2(SbCl6). Получен также комплекс состава Rb2(SbBr6), производящийся от неизвестной в свободном состоянии SbBr4. В растворе соли эти весьма неустойчивы и легко распадаются насоответствующие производные трёх и пятивалентной сурьмы.

Фториды сурьмы бесцветны. SbF3– при обычных условиях твёрдое вещество, температура плавлениякоторого 2920С, а температура кипения 3190С. А SbF5 при обычных условиях жидкость, которая плавится при +70икипит при +1500.

Бромиды и иодиды Sbпредставляют собой кристаллические вещества. SbBr3 – бесцветное вещество с температурой плавления 970С и кипения2800С, а SbJ3вещество красного цвета,кипит при температуре 1670С и плавится при 400С. Для SbJ3кроме приведённой известна и менее устойчивая жёлтая модификация.Подобно фторидам и хлоридам рассматриваемые соединения способны образовыватькомплексы с соответствующими солями одновалентных металлов, например M(SbJ4). Водой бромиды и ийониды сурьмы разлагаются аналогично хлоридам.Бромиды (SbBr5)и иониды (SbJ5) в свободном состоянии неполучены. В виде комплексных солей типа M(SbBr6)(и отвечающейим свободной кислоты состава HSbBr6 3H2O) известен бромид пятивалентной сурьмы. Для всех рассматриваемых вышегалогенидов сурьмы характерна склонность к реакциям присоединения. Проявляетсяона по отношению к самым разнообразным веществам. Например, известны продуктысостава

SbCl5 NOCl; SbCl5 POCl3; SbCl5 2JClи т.д.Некоторые из этих продуктов присоединения весьма устойчивы. Например,соединения состава SbCl5 6NH3может быть даже возогнана без разложения. Как было установлено Б.Н.Меншуткиным (1909г), SbCl3и SbBr3легко образуют продукты присоединения с бензолом и другимиароматическими углеводородами.

Для сурьмы известны соответствующиесолям антимонита тиосоединения: красно-коричневый хлористый тиоантимонин. Этоочень устойчивое по отношению к воде вещество, может быть получена действиемгазообразного сероводорода на галогенид сурьмы, например по реакции:

SbCl3+H2S=SbSCl+2HCl.

Сероводород вэтом случае реагирует аналогично воде. Подобным же образом при взаимодействии SbCl5и H2Sполучается бесцветный тиохлорид SbSCl3. Образованиенитридов для сурьмы не характерно. Соединения этого типа образуются,по-видимому, при взаимодействии галогенидов сурьмы с раствором KNH2 в жидком аммиаке, но являются весьма неустойчивыми.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ СУРЬМЫ

В зависимости от характера руды (сульфидная или окисленная)и от содержания в ней сурьмы ведут либо непосредственную металлургическуюпереработку руды, либо ей предшествует обогащение. Сульфидные, а такжекомплексные руды обогащают флотацией, а сульфидно – окислённые –комбинированными методами. Содержание сурьмы во флотационных концентратахколеблется от 20 до 60%. Бедные сульфидно – окислённые руды и руды, содержащиезолото, подвергают дистилляционному способу с улавливанием Sb2O3. К пирометаллургическим методам получения сурьмы относятся:осадительная, восстановительная и прямая плавка в шахтных печах. Осадительнаяплавка, сырьём для которой служит сульфидный концентрат, основана на вытеснениесурьмы из её сульфида железом:

Sb2S3+3FeÛ

2Sb+3FeS.

Железо вводится в шахту ввиде чугунной или стальной стружки. Для создания восстановительной атмосферыпредотвращающей потери сурьмы в виде летучей трёхокиси, в шихту добавляютдревесный уголь, каменноугольную мелочь или коксик. Для ошлакования постойпороды в шихту вводят флюсы сульфат натрия или соду. Осадительную плавку ведутв отражательных печах. В последние годы начали применять короткие вращающиесябарабанные печи. Во время расплавления шихты в печи поддерживают 1300-14000С.при осадительной плавке образуется черновая сурьма, штейн, шлак и газы.Черновая сурьма содержит 3-5% железа и примеси мышьяка, свинца, меди, золота исеребра, содержащиеся в исходном сырье, т.е., в сульфидном концентрате.Извлечение сурьмы в черновой металл составляет 77-92%, в зависимости отсодержания её в исходном сырье.

Восстановительная плавка сурьмы основана на вос-

становлении еёокислов до металла твёрдым углеродом и ошлаковании пустой породы. Плавку ведутв отражательных печах или в коротких барабанных печах при 800-10000С.шихта для плавки состоит из окисегенной руды, древесного угля либокаменноугольной пыли и флюсов (сода, поташ). В результате восстановительнойплавки получается черновая сурьма более чистая, чем при осадительной плавке(более 99%Sb), извлечение металла 80-90%.

Прямая плавка в шахтных печахприменяется для выплавки металла из бедного окислённого или сульфидногокрупнокускового сырья. Плавка ведётся в шахтных печах; максимальная температурав области, расположенной несколько выше фурм, 1300-15000С,достигается горением кокса – составной части шихты. Флюсом служит известняк,пиритные огарки или железная руда. Металл получается как за счет восстановлениякоксом Sb2O3, так и в результате взаимодействия не окислившего антимонита со Sb2O3при постоянном удалении SO2из расплава печными газами:

Sb2S3+2Sb2O3Û

6Sb+3SO2.

Продуктыплавки (черновой металл и шлак) стекают в нижнюю часть печи – горн – ивыпускаются из него в отстойник.

Гидрометаллургический способ получения сурьмынаходит всё больше применение. Он состоит из двух стадий: обработка сырья спереводом в раствор соединоний сурьмы и выделение сурьмы из растворов. Впромышленности применяют обработку всех видов сырья растворами едкого исернистого натрия. При этом сульфид и окись сурьмы переходит в раствор в видесульфасолей и солей сурьмяных кислот. Из этого раствора сурьму выделяютэлектролизом. Черновая сурьма содержит от 1,3% до 15% примесей (железо, мышьяк,сера и др.). Для получения чистой сурьмы применяют рафинирование методамипирометаллургии (огневое рафи-

нирование) илиэлектролитическое. Огневое рафинирование сурьмы наиболее широко применяется впромышленности. При добавлении к расплавленной черновой сурьме стибнита (Sb2S3 крудум) примеси железа и меди образуют сернистые соединения и переходятв штейн. Мышьяк удаляют в виде арсената натрия при плавке в окислительнойатмосфере (продувка воздухом) содой или поташом; при этом удаляется и сера.Рафинирование ведут в отражательных печах. При наличие благородных металловприменяют анодное электролитическое рафинирование, позволяющее сконцентрироватьблагородные металлы в шламе. Электролитом является сернокислый раствор SbF3. Катодами служат медные листы. Катодная сурьма выделяется в видеплотного светло-серого кристаллического осадка и затем подвергается переплавке.Содержание сурьмы в катодном металле 99,3%. Для получения сурьмы особой чистотыприменяют зонную плавку в атмосфере аргона.

Рафинированная сурьма содержит уже неболее 0,5-0,8% чужих атомов, но и такой металл удовлетворяет не всехпотребителей: для полупроводниковой промышленности, например, требуется сурьма99,999% чистоты. Чтобы получить её, применяют кристаллофизический метод очистки– зонную плавку. Длинный цилиндрический слиток сурьмы укладывают в графитовыйконтейнер (в виде корытца) и помещают в кварцевую трубку, вокруг которойрасположен кольцевой электрический нагреватель. В процессе плавки нагревательперемещается относительно слитка, расплавляя поочередно всё новые и новыепорции металла. Когда “покинутая”нагревателем порция сурьмы застывает, все содержащиеся в ней примесиперебираются в следующую зону, где металл находится в жидком виде. Этопроисходит в силу физического закона, по которому при кристаллизации веществапримеси “не имеют права”застывать вместе с ним, адолжны оставаться в жидкой

фазе. (За примерами ходитьдалеко не надо: ледяной панцирь, покрывающий зимой северные моря, не содержитсолей, хотя в морской воде их довольно много). Постепенно перемещаясь вместе сзоной расплавленного металла, все примеси, в конце концов, оказываются на краюслитка. Эту часть его отрезают, а всю остальную сурьму – теперь уже сверхчистую– сдают на склад готовой продукции. В прочем иногда, в особо ответственныхслучаях, зонную плавку повторяют несколько раз. Для соблюдения химическойстерильности процесс ведут в атмосфере инертного газа (аргона), не желающеговступить ни в какие реакции.

Подвергнутый многостадийной очисткеметалл способен удовлетворить самого взыскательного потребителя. Неслучайно наВсемирной выставке в Брюсселе, проходившей в 1958г, сверхчистая сурьмаКадамджайского комбината была признана лучшей в мире и утверждена в качествемирового эталона.

Именно такую сурьму используют каклегирующую добавку (всего-навсего 0,000001%!) к одному из важнейшихполупроводниковых материалов – германию, что заметно улучшает его качество. Ноесли в ней на тысячу атомов окажется хотя бы один атом меди, то добавка вместопользы принесёт только вред. Вот почему, прежде чем попасть на заводы,изготовляющие полупроводниковые приборы, сурьма и проходит тот длинный путь, окотором было рассказано выше. Кстати, некоторые её соединения (в частности, с галлием и индием) – сами отличные полупроводники. Многиеполупроводниковые материалы, содержащие сурьму, были получены в условияхневесомости на борту советской орбитальной научной станции “Салют-6”и американской станции “Скайлэб”.

ПРИМЕНЕНИЕ СУРЬМЫ.

Сурьма находит широкое применение втехнике в виде сплавов и соединений – их насчитывается около двухсот. Ещё втрудах крупнейшего металлурга средневековья Георга Агриколы, жившего в XVIвеке, мы находим такие строки: “Если путем сплавленияопределенная порция сурьмы прибавляется к олову, получается типографский сплав,из которого изготовляется шрифт, применяемый теми, кто получает книги”. И сегодня сплав свинца с сурьмой и оловом (гарт), где сурьмы от 5 до30%, непременный атрибут любой типографии. Расплавленная сурьма, в отличие отдругих металлов (кроме висмута и галлия), при затвердевании увеличивает свойобъем. Поэтому при отливке шрифта типографский сплав, содержащий сурьму,застывая в литейной матрице, расширяется, благодаря чему плотно её заполняет и,следовательно, очень точно воспроизводит зеркальное изображение буквы, — цифрыили какого иного знака, который затем, при печати, должен быть перенесён набумагу. Помимо эт

еще рефераты

Еще работы по химии

Реферат по химии

Химия платины и ее соединений

15 Июля 2015

Реферат по химии

Получение феррита бария из отходов производства машиностроительных предприятий

15 Июля 2015

Реферат по химии

Электропроводность электролитов

15 Июля 2015

Реферат по химии

Анализ лекарственной формы состава: Rp.: Amidopyrini 0,3 Dibazoli 0,02

29 Августа 2013