Теллур

Теллур

История

Впервые был обнаружен в 1782 в золотоносных рудах Трансильвании горным инспектором Ф. И. Мюллером, принявшем его за новый металл. В 1798 М. Г. Клапрот выделил теллур и определил важнейшие его свойства.

Происхождение названия

От латинского tellus, родительный падеж telluris, Земля.

Нахождение в природе

в земной коре 1·10–6% по массе. Известно около 100 минералов теллура. Важнейшие из них: алтаит PbTe, сильванит AgAuTe4, калаверит AuTe2, тетрадимит Bi2Te2S. Встречаются кислородные соединения теллура, например ТеО2 — теллуровая охра. Встречается самородный теллур и вместе с селеном и серой (японская теллуристая сера содержит 0,17 % Те и 0,06 % Se).

Вaжный источник теллура — медные и свинцовые руды.

Получение

Основной источник — шламы электролитического рафинирования меди и свинца. Шламы подвергают обжигу, теллур остается в огарке, который промывают соляной кислотой. Из полученного солянокислого раствора теллур выделяют, пропуская через него сернистый газ SO2.

Для разделения селена и теллура добавляют серную кислоту. При этом выпадает диоксид теллура ТеО2, а селенистая кислота H2SeO3 остается в растворе.

Из оксида ТеО2 теллур восстановливают углем.

Для очистки теллура от S и Se используют его способность под действием восстановителя (Al) в щелочной среде переходить в растворимый дителлурид динатрия Na2Te2: 6Te+2Al+8NaOH=3Na2Te2+2Na[Al(OH)4].

Для осаждения теллура через раствор пропускают воздух или кислород: 2Na2Te2+2H2O+O2=4Te+4NaOH.

Для получения теллура особой чистоты его хлорируют: Te+2Cl2=TeCl4.

а образовавшийся ТеО2 восстанавливают водородом: TeO2+4H2=Te+2H2O.

Цены

К сожалению, теллур — редкий элемент, и значительный спрос при малом объёме добычи определяет высокую его цену (около 200-300 долл. за кг в зависимости от чистоты), но, несмотря на это, диапазон областей его применения постоянно расширяется.

Физико-химические свойства

Теллур — хрупкое серебристо-белое вещество с металлическим блеском. В тонких слоях на просвет красно-коричневый, в парах — золотисто-желтый. Полупроводник p-типа. Электропроводность увеличивается при освещении.

При осаждении из растворов выделяется аморфный теллур, плотность 5,9 г/см3. При 4,2 ГПа и 25°C образуется модификация со структурой типа b-Sn (Те-II). При 6,3 ГПа получена модификация Те-III с ромбоэдрической структурой. Те-II и Te-III проявляют свойства металлов.

Устойчив на воздухе при комнатной температуре даже в мелкодисперсном состоянии. При нагревании на воздухе сгорает голубовато-зеленым пламенем с образованием диоксида TeO2.

При 100–160°C окисляется водой: Te+2H2O= TeO2+2H2

При кипячении в щелочных растворах теллур диспропорционирует с образование теллуридов и теллуритов: 8Te+6KOH=2K2Te+ K2TeO3+3H2O.

С соляной и разбавленной серной кислотами Te не взаимодействует. Концентрированная H2SO4 растворяет Te, образующиеся катионы Te42+ окрашивают раствор в красный цвет.

Разбавленная HNO3 окисляет Te до теллуристой кислоты H2TeO3:

3Te+4HNO3+H2O=3H2TeO3+4NO.

Сильные окислители (HClO3, KMnO4) окисляют Te до слабой теллуровой кислоты H6TeO6: Te+HClO3+3H2O=HCl+H6TeO6.

С галогенами (кроме фтора) образует тетрагалогениды. Фтор окисляет Te до гексафторида TeF6.

Теллуроводород H2Te — бесцветный, очень ядовитый газ с неприятным запахом, образуется при гидролизе теллуридов.

Соединения теллура (+2) неустойчивы и склонны к диспропорционированию: 2TeCl2=TeCl4+Te.

Сплавы

Теллур применяется в производстве сплавов свинца с повышенной пластичностью и прочностью (применяемых, например, при производстве кабелей).

При введении 0,05% Te потери свинца на растворение под воздействием серной кислоты снижаются в 10 раз, и это используется при производстве свинцово-кислотных аккумуляторов.

Так же важно то обстоятельство что легированный теллуром свинец при обработке пластической деформацией не разупрочняется, и это позволяет вести технологию изготовления токоотводов аккумуляторных пластин методом холодной высечки и значительно увеличить срок службы и удельные характеристики аккумулятора.

Термоэлектрические материалы

Также велика его роль в производстве полупроводниковых материалов и, в частности, теллуридов свинца, висмута, сурьмы, цезия.

Очень важное значение в ближайшие годы приобретёт производство теллуридов лантаноидов, их сплавов и сплавов с селенидами металлов для производства термоэлектрогенераторов с весьма высоким (до 72-78 %) КПД, что позволит применить их в энергетике и в автомобильной промышленности.

Так, например, недавно обнаружена очень высокая термо-ЭДС в теллуриде марганца(500 мкВ/К) и в его сочетании с селенидами висмута, сурьмы и лантаноидов, что позволяет не только достичь весьма высокого КПД в термогенераторах но и осуществить уже в одной ступени полупроводникового холодильника охлаждение вплоть до области криогенных (температурный уровень жидкого азота) температур и даже ниже. Лучшим материалом на основе теллура для производства полупроводниковых холодильников в последние годы явился сплав теллура, висмута и цезия, который позволил получить рекордное охлаждение до -237°C. В то же время, как термоэлектрический материал, перспективен сплав теллур-селен (70% селена), который имеет коэффициент термо-э.д.с около 1200 мкВ/К.

Узкозонные Полупроводники

Совершенно исключительное значение также получили сплавы КРТ (кадмий-ртуть-теллур), которые обладают фантастическими характеристиками в деле обнаружения стартов ракет и наблюдения за противником из космоса через атмосферные окна (не имеет значение облачность). КРТ является одним из наиболее дорогих материалов в современной электронной промышленности.

Высокотемпературная сверхпроводимость

Ряд систем, имеющих в своем составе теллур, недавно обнаружили существование в них трёх (возможно четырёх) фаз, сверхпроводимость в которых не исчезает при температуре несколько выше температуры кипения жидкого аммиака.

Производство резины

Отдельной областью применения теллура является его использование в процессе вулканизации каучука.

ПРОИЗВОДСТВО ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКОЛ

Варке специальных марок стекла (где он применяеться в виде двуокиси), кроме того, некоторые стёкла на основе теллура являються полупроводниками (достоинство таких стёкол — прозрачность, легкоплавкость и электропроводность), что, в свою очередь, нашло применение в конструированнии специальной химической аппаратуры (реакторов).

Источники света

Ограниченное применение теллур находит для производства ламп с его парами — они имеют спектр, очень близкий к солнечному.

Биологическая роль

Микроколичества теллура всегда содержатся в живых организмах, его биологическая роль не выяснена.

Физиологическое действие

Теллур и его летучие соединения токсичны. Попадание в организм вызывает тошноту, бронхиты, пневмонию.

ПДК в воздухе колеблется для различных соединений 0,007-0,01 мг/м3, в воде 0,001-0,01 мг/л.

При отравлениях теллур выводится из организма в виде отвратительно пахнущих теллурорганических соединений — алкилтеллуридов.

Ссылки

• Теллур на Webelements
• Теллур в Популярной библиотеке химических элементов

Категории:

• Химические элементы
• Полуметаллы

Теллур. Описание теллура. Свойства теллура

Теллур – химический элемент относящийся к 16-й группе, находящийся в таблице Менделеева, атомный номер 52 и обозначающийся латинским Те – специальным идентификационным символом. Элемент относится к металлоидам. Формула теллура — [Kr] 4d10 5s2 5p4.

Теллур – элемент имеющий бело-серебристый оттенок и металлический блеск и хрупкую структуру. При высокой температуре, как и многие металлы, теллур становится пластичным.

Происхождение теллура

Элемент был обнаружен на золотых рудниках, в горах Трансильвании. Человечеству известно не менее ста минералов содержащих теллур. В частности, это серебро, золото, медь и цинк.

Существуют различные соединения теллура, к примеру, это некоторые виды охры.

В чистом виде, в одном залеже можно обнаружить селен, теллур и серу, что указывает на возможность самородности элемента.

В промышленных условиях, по большей части теллур выделяется химическим путём из других металлов, несмотря на то, что его основные минералы довольно распространены.

В частности, он в достаточном количестве содержится в халькопирите, входящего в состав никелево-медных и медноколчеданных руд.

Дополнительно его можно обнаружить в пирите, молибдените и галените, также он содержится в медных рудах, полиметаллических залежах и свинцово-цинковых залежах. Также эти минералы содержат  сульфидные и сурьмяные породы, содержащие кобальт и ртуть.

Преимущественно в промышленности теллур добывается из шлама, который образует электролитическая рафинация меди и свинца. При обработке шлам обжигается, в сгоревших остатках имеется определённое содержание теллура. Для выделения необходимого элемента огарки промываются соляной кислотой.

Чтобы выделить металл из полученного кислотного раствора, сквозь него необходимо пропустить сернистый газ. Полученный таким образом оксид теллура, обрабатывается углём, чтобы получить из него чистый элемент. Для его дальнейшей очистки применяется процедура хлорирования.

При этом образуется тетрахлорид, который необходимо очистить путём дистилляции или ректификации. Далее проводится его гидролизация, а полученный гидроксид теллура восстанавливается водородом.

Применение теллура

Этот металл применяется при изготовлении множества различных сплавов (медных, свинцовых, железных), поэтому отрасль металлургии является его основным потребителем. Теллур делает нержавеющую сталь и медь более обрабатываемыми. Также добавление этого элемента в ковкий чугун, придаёт ему положительные свойства серого чугуна.

Улучшаются его литейные качества и обрабатываемость. Он способен заметно улучшить физические свойства свинца, уменьшая отрицательную коррозию от серной кислоты, во время его обработки.

Теллур широко распространён в полупроводниковых устройствах и электронике. В частности, он используется для производства солнечных батарей. Применение теллура открывает широкие перспективы в применении этих передовых технологий. Процент производства подобного оборудования значительно возрос за последние годы. Это привело к заметному росту товарооборота теллура на мировом рынке.

Металл применяется, в том числе в космических технологических разработках, в частности, это сплавы с добавлениями теллура, обладающие уникальными свойствами. Используются они в технологиях обнаружения излучения оставляемых космическими аппаратами.

По этой причине дорогостоящий сплав, в значительной мере востребован в военной промышленности, для слежения за противником в космическом пространстве. Помимо этого смесь селен – теллур входит в состав порошка задержки в капсюлях-детонаторах для взрывных устройств, выпускаемых военными заводами.

Различные соединения теллура используются при производстве соединений полупроводникового характера с многослойной структурой. Многие соединения, включающие в себя теллур, обладают поразительной сверхпроводимостью.

При окраске керамических изделий также используют этот металл. При изготовлении стекловолокна для информационных коммуникаций (телевидения, интернета и т.д.), участие теллура в  производстве кабеля, основывается, на положительном свойстве теллуридов и селенидов увеличивать оптическое преломление при добавлении в стекло.

Вулканизация резины, также подразумевает использование близких металлу веществ – селена или серы, которые могут быть заменены по возможности теллуром. Резина с его добавлением будет демонстрировать гораздо более лучшие качества. Теллур нашёл свою нишу и в медицине – его используют при диагностике дифтерии.

Цена теллура

По потреблению этого редкоземельного металла в мире, Китай стоит на первом месте, Россия на втором, а США на третьем. Общее потребление равняется 400 тоннам металла в год. На продажу теллур обычно идёт в виде порошка, прутков или слитков.

За счёт малых объёмов добычи, в связи с его сравнительно небольшим содержанием в породах, цена на теллур довольна высокая. Приблизительно, если не принимать во внимание постоянные скачки цен на теллур, купить его на мировом рынке можно за 200-300 $ за один килограмм металла. Цена также зависит от степени очистки металла от нежелательных примесей.

Но, несмотря на труднодоступность этого уникального элемента, на него всегда имеется немалый спрос, имеющий постоянные тенденции роста. С каждый годом ширится спектр областей, требующих применения теллура и его соединений.

Проследить за тенденцией роста цен на теллур несложно, сравнив цены в начале 2000 года, когда она равнялась 30$ за 1 кг, и десять лет спустя, когда она дошла до 350$. И несмотря на то, что через год она всё-же упала, имеется серьёзная тенденция роста цен, в связи с падением объёмов производства теллура.

Дело в том, что рынок теллура напрямую зависит от объёма производства меди, так как теллур является одним из побочных продуктов при её извлечении. На данный момент рынок меди значительно уменьшил свой товарооборот, к тому появились новые технологии её производства, особенности которых значительно повлияют на объём дополнительно получаемого теллура.

Это непременно скажется на его поставках, и естественно расценках. По предположительным данным новый скачок цен ожидается уже через пару лет. Несмотря на то, что у теллура в промышленности имеются определённые аналоги, они не обладают столь ценными свойствами.

Подобная ситуация на мировом рынке, отнюдь не на руку многим производителям, в производстве которых задействован теллур. В частности это производители солнечных батарей, чья продукция в последние годы набирает всё большую популярность.

Узкозонные полупроводники

Совершенно исключительное значение также получили сплавы КРТ (кадмий-ртуть-теллур), которые обладают фантастическими характеристиками для обнаружения излучения от стартов ракет и наблюдения за противником из космоса через атмосферные окна (не имеет значение облачность). КРТ является одним из наиболее дорогих материалов в современной электронной промышленности.

Производство халькогенидных стёкол

Варке специальных марок стекла (где он применяется в виде двуокиси), кроме того, некоторые стёкла на основе теллура являются полупроводниками (достоинство таких стёкол — прозрачность, легкоплавкость и электропроводность), что, в свою очередь, нашло применение в конструировании специальной химической аппаратуры (реакторов).

CD-RW

Сплав теллура применяется в перезаписываемых компакт-дисках (в частности, фирмы Mitsubishi Chemical Corporation марки «Verbatim») для создания деформируемого отражающего слоя.