Сурьма как минеральный ресурс России

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Санкт-Петербургский Государственный университет

Геологический факультет

Реферат на тему:

Сурьма как минеральный ресурс России

Выполнила: студентка V курса

кафедры минералогии

Лукина Евгения Алексеевна

Санкт-Петербург 2012

Сурьма. История открытия и применения

Сурьма (Stibium, Sb) является одним из древнейших химических элементов, известных человеку.

В странах Востока она употреблялась примерно за 3000 лет до н. э. для изготовления сосудов. В Древнем Египте уже в 19 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 stнmi и stнbi, отсюда латинский stibium. Латинское название элемента «stibium» встречается в сочинениях Плиния Старшего.

Средневековый европейский металлург Агрикола (1494-1555) писал: «Если путем сплавления определенная порция сурьмы прибавляется к свинцу, получается типографский сплав, из которого изготовляется шрифт, применяемый теми, кто печатает книги». Свойства и способы получения сурьмы, ее препаратов и сплавов впервые в Европе подробно описаны в известной книге «Триумфальная колесница антимония», вышедшей в 1604 г.

Название «антимоний» имеет не одну версию происхождения: немецкий историк Липман считает, что оно пошло от греческого бнемпн - «цветок» из-за красивых сростков игольчатых кристаллов минерала.

В 1789 г. Лавуазье включил сурьму в список простых веществ и дал ей название antimonie, оно и сейчас остается французским названием элемента №51. Близки к нему английское и немецкое названия - antimony, Antimon.

Существует занимательная легенда, связанная с этим названием. Она была изложена в рассказе Я. Гашека «Камень жизни»:

...В перерывах между молитвами и хозяйственными заботами настоятель Штальгаузенского монастыря в Баварии отец Леонардус искал философский камень. В одном из своих опытов он смешал в тигле пепел сожженного еретика с пеплом его кота и двойным количеством земли, взятой с места сожжения. Эту «адскую смесь» монах стал нагревать.

После упаривания получилось тяжелое темное вещество с металлическим блеском. Это было неожиданно и интересно; тем не менее, отец Леонардус был раздосадован: в книге, принадлежавшей сожженному еретику, говорилось, что камень философов должен быть невесом и прозрачен... И отец Леонардус выбросил полученное вещество от греха подальше - на монастырский двор.

Спустя какое-то время он с удивлением заметил, что свиньи охотно лижут выброшенный им «камень» и при этом быстро жиреют. И тогда отца Леонардуса осенила гениальная идея: он решил, что открыл питательное вещество, пригодное и для людей. Он приготовил новую порцию «камня жизни», растолок его и этот порошок добавил в кашу, которой питались его тощие братья во Христе.

На следующий день все сорок монахов Штальгаузенского монастыря умерли в страшных мучениях. Раскаиваясь в содеянном, настоятель проклял свои опыты, а «камень жизни» переименовал в антимониум, то есть средство против монахов.

В русском языке название «сурьма» появилось благодаря турецкому «сюрме» - «чернение бровей», поскольку долгое время одна из модификаций трёхсернистой сурьмы применялась в качестве косметического средства.

Основные физические свойства сурьмы

В свободном состоянии Sb образует серебристо-белые кристаллы с металлическим блеском, плотность 6,68 г/смі. Сурьма известна в одной кристаллической и трех аморфных формах (взрывчатая, черная и желтая).

Наиболее устойчивая кристаллическая сурьма, кристаллизуется в тригональной системе, а = 4,5064 Е; плотность 6,61-6,73 г/см3 (жидкой - 6,55 г/см3); tпл 630,5 °С; tкип 1635-1645 °С: удельная теплоемкость при 20-100 °С 0,210 кдж/(кг·К)[0,0498 кал/(г·°С)]; теплопроводность при 20 °С 17,6 вт/(м·К) [0,042 кал/(см·сек·°С)].

Сурьма диамагнитна, удельная магнитная восприимчивость -0,66·10-6. В отличие от большинства металлов, сурьма хрупка, легко раскалывается по плоскостям спайности, истирается в порошок и не поддается ковке (иногда ее относят к полуметаллам). Механические свойства зависят от чистоты металла.

Основные химические свойства Sb

Сурьма - химический элемент главной подгруппы пятой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

Атомный номер 51.

Атомная масса - 121,76

Плотность, кг/мі - 6620

Температура плавления, °С - 630,5

Теплоемкость, кДж/(кг·°С) - 0,205

Электроотрицательность - 1,9

Ковалентный радиус, Е - 1,40

1-й ионизац. потенциал, эв - 8,64

Конфигурация внешних электронов атома Sb 5s25p3. Сурьма проявляет несколько степеней окисления в соединениях, главным образом +5, +3 и -3.

В химическом отношении Sb малоактивна. На воздухе не окисляется вплоть до температуры плавления, не реагирует с N и H, углерод незначительно растворяется в расплавленной сурьме. Металл активно взаимодействует с Cl и другими галогенами, образуя галогениды сурьмы. С кислородом взаимодействует при температуре выше 630°С с образованием Sb2О3, а при сплавлении с серой образует сульфиды Sb, так же взаимодействует с фосфором и мышьяком. Сурьма устойчива по отношению к воде и разбавленным кислотам. Концентрированные соляная и серная кислоты медленно растворяют Sb с образованием хлорида SbCl3 и сульфата Sb2(SO4)3; концентрированная азотная кислота окисляет Sb до высшего оксида, образующегося в виде гидратированного соединения xSb2O5·уН2О. Сурьма соединяется с металлами, образуя антимониды. Наиболее интересно то, что Sb проявляет как металлические, так и неметаллические свойства.

Технология добычи

Металл получают путём пирометаллургической и гидрометаллургической переработки концентратов или руды, содержащей 20-60% Sb.

К пирометаллургическим методам относятся осадительная плавка (сырьём для неё служат сульфидные концентраты, из которых Sb вытесняется при помощи Fe [Sb2S3 + 3Fe=> 2Sb + 3FeS], плавка ведётся во вращающихся барабанных печах при 1300-1400 °C) и восстановительная плавка, основанная на восстановлении оксидов Sb до металла древесным углем или каменноугольной пылью и ошлаковании пустой породы. Восстановительной плавке предшествует окислительный обжиг при 550 °С с избытком воздуха. Огарок содержит нелетучий оксид Sb.

Гидрометаллургический способ получения сурьмы состоит из двух стадий: обработки сырья щелочным сульфидным раствором с переводом Sb в раствор в виде солей сурьмяных кислот и сульфосолей и выделения сурьмы электролизом. Черновая сурьма в зависимости от состава сырья и способа ее получения содержит от 1,5 до 15% примесей: Fe, As, S и других. Для получения чистой сурьмы применяют пирометаллургическое или электролитическое. Электролитом служит раствор, состоящий из SbF3, H2SO4 и HF. Содержание примесей в рафинированной Sb не превышает 0,5-0,8%. Для получения Sb высокой чистоты применяют зонную плавку в атмосфере инертного газа или получают её из предварительно очищенных соединений - оксида (III) или трихлорида.

Применение сурьмы

Металлическая сурьма из-за своей хрупкости применяется редко. Однако, поскольку сурьма увеличивает твердость других металлов (олова, свинца) и не окисляется при обычных условиях, металлурги нередко вводят ее в состав различных сплавов. Число сплавов, в которые входит элемент, близко к 200.

Сурьма применяется в основном в виде сплавов на основе свинца и олова для аккумуляторных пластин, кабельных оболочек, подшипников (баббит), сплавов, применяемых в полиграфии (гарт), и т. д. Такие сплавы обладают повышенной твердостью, износоустойчивостью, коррозионной стойкостью. В люминесцентных лампах галофосфатом кальция активируют Sb. Сурьма входит в состав полупроводниковых материалов как легирующая добавка к германию и кремнию, а также в состав антимонидов (например, InSb). Радиоактивный изотоп 122Sb применяется в источниках г-излучения и нейтронов.

Sb 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

Нахождение сурьмы в природе

Среднее содержание сурьмы в земной коре 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 антимонит подвергается окислению , 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. Главное промышленное значение имеет антимонит Sb2S3 (71,7 % Sb). Сульфосоли тетраэдрит Cu12Sb4S13, бурнонит PbCuSbS3, буланжерит Pb5Sb4S11 и джемсонит Pb4FeSb6S14 имеют небольшое значение.

Экономика ресурсов Sb

Все месторождения сурьмы гидротермального происхождения. Они образуются как в глубинных, так и приповерхностных условиях.

В глубинных условиях формируются сурьмяные и сурьмяно-ртутные месторождения, иногда с мышьяком и флюоритом. Минеральный состав таких месторождений: антимонит, кварц, пирит, галенит, киноварь, реальгар, аурипигмент, блеклая руда, флюорит, самородная сурьма, гудмундит и золото в различных сочетаниях. Рудные тела в виде линз, жил, гнезд и штокверков. Размещаются в карбонатных породах, глинистых сланцах, песчаниках и кварцитах.

В приповерхностных условиях оруденелые зоны в виде сложно ветвящихся жил, столбов и штокверков представлены антимонитом, ферберитом, шеелитом, киноварью, арсенопиритом, сульфидами меди, свинца и цинка, а также золотом.

СССР был одним из главных производителей сурьмы. В стране ежегодно выпускалось около 20 тыс. тонн разнообразной сурьмяной продукции (Усова и др., 1998).

В настоящее время в России сурьма выпускается на двух заводах - Рязанском заводе по обработке цветных металлов и Уральском сурьмяном заводе. Общая мощность этих предприятий - 10 тыс. т сурьмы в год.

По запасам сурьмы Россия занимает третье место после Китая и Таджикистана (8 % мировых). Государственным балансом учтены 9 месторождений. Основные запасы сосредоточены в комплексных золото-сурьмяных месторождениях Сибири и Дальнего Востока. Самое крупное из них - Сарылахское (Якутия) с богатыми рудами разрабатывается подземным способом. Содержание сурьмы в рудах достигает 24%. Несколько меньшими запасами сурьмы обладает другое месторождение в Республике Саха - Сентачанское. Содержание сурьмы в основном рудном теле около 60%. Месторождение отрабатывается карьером.

В табл.1 приведены запасы и прогнозные ресурсы сурьмы в основных месторождениях России на 1998 г.

Кроме приведенных в таблице есть и другие месторождения, содержащие сурьму в качестве главного или попутного компонента: Солонеченское (Читинская область), Утро и Сурьмяное (Магаданская область).

Суммарные прогнозные ресурсы сурьмы в известных месторождениях России составляют 370 тыс т.

Структура импорта триоксида сурьмы в Россию по компаниям-импортерам, 2010 г.

Структура импорта триоксида сурьмы в Россию по компаниям-импортерам, 2011 г.

сурьма минеральный ресурс

Структура импорта триоксида сурьмы в Россию по стране происхождения, 2010 г.

Глобальные цены на металл сурьмы, USD/MT (Металл Бюллетень)

Размещено на Allbest.ru