概述
碲是一種化學元素,它的化學符號是Te,它的原子序數是52,碲(音帝):TELLURIUM,源自tellus意為“土地”。1782年發現。除了兼具金屬和非金屬的特性外,碲還有幾點不平常的地方:它在周期表的位置形成“顛倒是非”的現象-碲比碘的原子序數低,具有較大的原子量。如果人吸入它的蒸氣,從嘴裡呼出的氣會有一股蒜味。
碲有結晶形和無定形兩種同素異形體。電離能9.009電子伏特。 結晶碲具有銀白色的金屬外觀,密度6.25克/厘米3,熔點452℃,沸點1390℃,硬度是2.5(莫氏硬度)。不溶於同它不發生反應的所有溶劑,在室溫時它的分子量至今還不清楚。
無定形碲(褐色),密度6.00克/厘米3,熔點449.5±0.3℃,沸點989.8±3.8℃。
碲在空氣中燃燒帶有藍色火焰,生成二氧化碲;可與鹵素反應,但不與硫、硒反應。溶於硫酸、硝酸、氫氧化鉀和氰化鉀溶液。
易傳熱和導電。在所有非金屬同伴中,它的金屬性是最強的。
碲消費量的80%是在冶金工業中套用:鋼和銅合金加入少量碲,能改善其切削加工性能並增加硬度;在白口鑄鐵中碲被用作碳化物穩定劑,使表面堅固耐磨;含少量碲的鉛,可提高材料的耐蝕性、耐磨性和強度,用作海底電纜的護套;鉛中加入碲能增加鉛的硬度,用來製作電池極板和印刷鉛字。
碲可用作石油裂解催化劑的添加劑以及製取乙二醇的催化劑。氧化碲用作玻璃的著色劑。高純碲可做溫差電材料的合金組分。碲化鉍為良好的製冷材料。碲和若干碲化物是半導體材料。超純碲單晶是新型的紅外材料。
尚未發現有碲的獨立工業礦物。碲礦資源分布稀散,多伴生在其它礦物中或以雜質形式存在於其它礦中。中國四川石棉縣大水溝碲礦是至今發現的唯一碲獨立礦床。
碲的查明儲量16萬噸,主要分布在美國、加拿大、中國、智利等國家。生產國主要有美國、加拿大、中國、智利、日本、秘魯和斐濟。
中國遼寧、湖南、廣東、台灣等地有工業規模的碲生產。
發現簡史
由德國礦物學家米勒·馮·賴興施泰因(F.J.MüllervonReichenstein)於1782年在研究德國金礦石時發現。1782年奧地利首都維也納一家礦場監督牟勒從這種礦石中提取出碲,最初誤認為是銻,後來發現它的性質與銻不同,因而確定是一種新金屬元素。為了獲得其他人的證實,牟勒曾將少許樣品寄交瑞典化學家柏格曼,請他鑑定。由於樣品數量太少,柏格曼只能證明它不是銻而已。
1783年,由FranzJosephMüllervonReichenstein在羅馬尼亞的錫比烏髮現。他被來自Zalatna附近的一個礦中的礦石激起了興趣,它有金屬光澤而且他推測其是原生的銻或鉍(是碲化金,AuTe2。),初步研究證明了它既不包含銻也不包含鉍。Müller研究著這個礦石並證明了它包含一種新的元素。他在一個不著名的雜誌上發表了他的發現,但是被當時的科學界忽視了。
在1789年,匈牙利科學家PaulKitaibel送給他了一些,PaulKitaibel曾獨立發現了它。
在1796年,他給在柏林的MartinKlaproth送去了一個樣本,證明了他的發現。Klaproth生產出純淨的樣本並決定叫它tellurium(碲)。相當奇怪的是,這並不是經他手的第一份碲樣本。
牟勒的發現被忽略了16年後,1798年1月25日克拉普羅特在柏林科學院宣讀一篇關於特蘭西瓦尼亞的金礦論文時,才重新把這個被人遺忘的元素提出來。他將這種礦石溶解在王水中,用過量鹼使溶液部分沉澱,除去金和鐵等,在沉澱中發現這一新元素,命名為tellurium(碲),元素符號定為Te。這一詞來自拉丁文tellus(地球)。
礦藏分布
由於在20世紀90年代前,人們普遍認為世界大部分可回收碲都伴生於銅礦床中,美國礦業局便以銅資源為基礎,按每噸銅可回收0.065kg碲計算,推算出全球碲儲量在22000t左右,儲量基礎38000t,主要分布在美國、加拿大、秘魯、智利等國家和地區。國內外一系列重要的碲化物型金銀礦床的發現和地質勘查研究表明:分散元素碲的地球化學性狀遠比傳統認識的要活躍得多,它可以大規模富集、礦化形成具有經濟價值的獨立礦床或工業礦體,如四川石棉大水溝碲鉍金礦床、山東歸來莊碲金礦床、河南北嶺碲化物型金礦等。這使得人類不得不對碲資源的分布有了重新認識。
中國現已探明伴生碲儲量在世界處於第三位。伴生碲礦資源較為豐富,全國已發現伴生碲礦產地約30處,保有儲量近14000t,碲礦區散布於全國16個省(區),但儲量主要集中於廣東、江西、甘肅等省。中國的碲礦也主要伴生於銅、鉛鋅等金屬礦產中,據主礦產儲量推算,中國還有未計人儲量的碲礦資源約10000t。這將改變碲資源的分布格局並有可能使中國成為一個碲礦資源大國。
碲資源的分布類型:
1、伴生礦床:世界上所有國家獲得的絕大多數純碲,是從冶煉有色金屬銅、鉛、鋅等過程中將碲作為伴生組分綜合回收來的。按照礦種劃分,作為伴嶷組分的碲,主要在下述類型礦床中提取:1.斑岩銅礦及銅一鉬礦床(美國、秘魯、智利等)和銅一鎳硫化物礦麻(美國、加拿大等);2.銅黃鐵礦礦床(獨立國協國家、加拿大、日本、瑞典等);3.層狀砂岩銅礦床(薩伊、尚比亞等);4.貴金屬礦床(美國、日本、菲利賓等);5.黃鐵礦多金屬礦床;6.錫石一硫化物礦床;7.熱液鈾礦床;8.碳酸鹽岩中的層控鉛——鋅礦床;9.低溫汞、銻礦床。
2、獨立礦床:世界上只有一個碲獨立礦床,那就是位於中國四川省石棉縣大水溝的獨立碲礦床。礦床位於揚子地台西緣,產出於中下三疊統變質岩系構成的彎隆體的東北端。主要容礦圍岩為中下三疊統中部的一套片岩,而且碲礦脈也主要充填在這套片岩系的一組壓扭性斷裂中。
礦區共發現碲礦體九個,各礦體的基本特徵如不規則的扁平豆角狀。礦體形態為透鏡狀、脈狀等。在縱剖面上表現為傾向一致的透鏡狀,在橫切面(平面)上,則顯示出雁行脈狀,這在1450m中段上尤為明顯。碲礦脈往往充填在含磁黃鐵礦脈的裂隙中。圍岩蝕變主要有白雲石化、雲英岩化、電氣石化、絹雲母化及矽化、黑雲母化、綠泥石化等。礦石類型中的白雲石一碲化物型礦石最多,即白雲石為碲的重要載體礦物。組成礦石的礦物成分有:輝碲鉍礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、白雲石、石英、黃銅礦、葉碲鉍礦、硫碲鉍礦、方鉛礦等32種,其中以前5種最多(85%以上)。礦區最重要的碲化物為輝碲鉍礦(占全部碲化物的90%以上),電子探針分析結果表明其基本化學式為Bi2Te1.97——2.05S1.03——1.21,平均化學式為BiTe2.02——1.07。其次為葉碲鉍礦,基本化學式為BiTe0.95——0.99,平均化學式為BiTe0.97。
大水溝獨立碲礦形成於低溫、富As、弱鹼性的介質環境,成礦物質主要源於沉積圍岩,部分物質源於深部,成礦溶液應為地下滷水或大氣降水,成礦時代為燕山期.
該碲礦床發育在板塊拼接部位、深大斷裂構造及構造一岩漿強烈活動地帶,這種地帶不僅有豐富的成礦物質來源,而且有良好的賦礦空間及流體活動場所,從而有利於碲礦床的形成;礦床的形成與岩漿活動有密切的時空和成因關係,岩漿活動為成礦提供物質基礎;含礦流體、稀釉礦化劑來自深源岩漿熱液;礦床屬於中一高溫岩漿熱液礦床;成礦過程是一個隨著溫度、壓力的不斷降低,Eh值增加,而ptl值、氧逸度、硫逸度、碲逸度不斷降低的地球化學過程;Te在含礦流體中主要與Cl、S和H結合構成配合物,主要以氫碲酸12Te、氫碲酸根HTe一的形式進行遷移,其次以氯配合物及硫配合物形式進行遷移,並在含礦熱液的物理化學條件發生改變,即溫度、壓力和pH值的降低和氧化還原電位的升高的情況下,發生解析作用,沉澱富集成礦。該成礦作用經歷早期碲的富集,成礦流體與深成作用有關;晚期發生金礦化,受古大氣降水影響;大水溝碲化物脈型礦床屬於中深成、中高溫岩漿熱液充填型獨立碲礦床。
理化性質
物理性質
碲有兩種同素異形體,即黑色粉末狀、無定形碲和銀白色、金屬光澤、六方晶系的晶態碲.半導體,禁頻寬0.34電子伏。碲的兩種同素異形體中,一種是晶體的碲,具有金屬光澤,銀白色,性脆,是與銻相似的;另一種是無定形粉末狀,呈暗灰色。密度中等,熔、沸點較低。它是一種非金屬元素,可它卻有十分良好的傳熱和導電本領。在所有的非金屬同伴中,它的金屬性是最強的。元素類型:非金屬元素
元素在海水中的含量:(ppm) 太平洋表面 0.00000019地殼中含量:(ppm):0.005相對原子質量:127.6原子序數:52質子數:52摩爾質量:128電子層排布: 2-8-18-18-6晶體結構:晶胞為六方晶胞。氧化態:Main Te+4 Other Te-2, Te-1, Te0, Te+2, Te+5, Te+6化學鍵能: (kJ /mol) Te-H 240 /Te-O 268 /Te-F 335 /Te-Cl 251 /Te-Te 235晶胞參數:a = 445.72 pm /b = 445.72 pm /c = 592.9 pm /α = 90° /β = 90° /γ = 120°莫氏硬度:2.25聲音在其中的傳播速率:(m/S):2610
電離能 (kJ /mol) :M - M+ 869.2 /M+ - M2+ 1795 /M2+ - M3+ 2698 /M3+ - M4+ 3610 /M4+ - M5+ 5668 /M5+ - M6+ 6822 /M6+ - M7+ 13200 /M7+ - M8+ 15800 /M8+ - M9+ 18500 /M9+ - M10+ 21200
化學性質
碲在空氣中燃燒帶有藍色火焰,生成二氧化碲;可與鹵素反應,但不與硫、硒反應。溶於硫酸、硝酸、氫氧化鉀和氰化鉀溶液。和熔融KCN反應產生K2Te。
溶於水生成的氫碲酸具有類似氫硫酸的性質。碲也生成亞碲酸H2TeO3及相應的鹽。用強氧化劑(HClO、H2O2)作用於碲或TeO2(穩定白色晶態),生成H6TeO6,它在160℃轉變為粉末狀H2TeO4,進一步加熱則轉變為TeO3。H6TeO6易溶於水(25.3%)成為碲酸,是一種弱酸。
它的化學性格很像硫和硒,有一定的毒性。在空氣中把它加熱熔化,會生成氧化碲的白煙。它會使人感到噁心、頭痛、口渴,皮膚騷癢和心悸。人體吸入極低濃度的碲後,在呼氣、汗尿中會產生一種令人不偷快的大蒜臭氣。這種臭氣很容易被別人感覺到,但本人往往井不知道。
質子數 | 52 |
所屬周期 | 5 |
所屬族數 | VIA |
原子共價半徑 | 136皮米 |
電子層 | K-L-M-N-O |
電子層排布 | 2-8-18-18-6 |
常見化合價 | -2 0 4 6 |
Main Te+4 |
Other Te-2, Te-1, Te0, Te+2, Te+5, Te+6 |
Te-H 240 |
Te-O 268 |
Te-F 335 |
Te-F 335 |
Te-Cl 251 |
Te-Te 235 |
資源
碲的地殼豐度為lx10-7%,查明儲量16萬噸,主要分布在美國、加拿大、中國、智利等國家。尚未發現有碲的獨立工業礦物。碲礦資源分布稀散,多伴生在其它礦物中或以雜質形式存在於其它礦中。中國四川石棉縣大水溝碲礦是至今發現的唯一碲獨立礦床。碲主要與黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等共生,含量僅0.001%-0.1%;主要碲礦物有碲鉛礦、碲鉍礦、輝碲鉍礦以及碲金礦、碲銅礦等。以上礦物很少見均無工業價值。 1993年,中國碲的工業儲量1.3446萬噸,當年產量為3.990噸。美國、加拿大、日本、秘魯和斐濟等國1979年產金屬碲約290噸,大約消費280噸。前蘇聯也是碲的重要生產國。中國遼寧、湖南、廣東、台灣等地有工業規模的碲生產。1979年工業純碲的價格為44.1-50.7美元/公斤。
製取
硒和碲與硫的化學性質相近,它們均屬典型的親銅元素,因此硒和碲主要伴生在黃銅礦、斑銅礦、黃鐵礦。硒和碲的生產主要取決於銅的生產狀況,銅陽極泥是生產硒和碲的主要原料(一般含硒3%-28%,碲1.5%-10%)。
硒和碲的另一重要來源是鉛或鎳的陽極泥和有色金屬冶煉的煙塵,硫酸生產中產出含硒、碲的酸泥分別波動在3%-52%和0.2%-14%。從這些原料中提取硒和碲主要包括富集和硒碲的製取和提純兩大環節,回收方法因原料不同而異,一般分為Seq和TEQ製備。
銅電解精煉所得的陽極泥是碲的主要來源。處理陽極泥的主要方法是硫酸化焙燒法。其他方法如蘇打燒結法等套用較少。據陽極泥中碲含量的高低,採用不同的處理方法:對含碲高的陽極泥,乾燥後在250℃下進行硫酸化焙燒,然後在700℃使二氧化硒揮發,碲則留在焙燒渣中。對含碲低的銅陽極泥和鉛電解陽極泥混合處理時,可進行還原熔煉。對於高純碲的製取主要採用電解法。
套用領域
碲消費量的80%是在冶金工業中套用:鋼和銅合金加入少量碲,能改善其切削加工性能並增加硬度;在白口鑄鐵中碲被用作碳化物穩定劑,使表面堅固耐磨;含少量碲的鉛,可提高材料的耐蝕性、耐磨性和強度,用作海底電纜的護套;鉛中加入碲能增加鉛的硬度,用來製作電池極板和印刷鉛字。碲可用作石油裂解催化劑的添加劑以及製取乙二醇的催化劑。氧化碲用作玻璃的著色劑。高純碲可作溫差電材料的合金組分。碲化鉍為良好的製冷材料。碲和若干碲化物是半導體材料。超純碲單晶是新型的紅外材料。另外,在定時炸藥中,碲還是延時爆炸的引信。作為製造殺菌劑的原料,碲在醫療中,還可以提取碘的同位素,治癒甲狀腺類疾病。
主要用於石油裂化的催化劑,電鍍液的光亮劑、玻璃的著色材料,添加到鋼材中以增加其延性,添加到鉛中增加它的強度和耐蝕性。碲和它的化合物又是一種半導體材料。
化學元素周期表
族→ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 電子層 | 0族電子數 | |
周期↓ | I A | 0 | |||||||||||||||||||
1 | 1 H 氫 | 2 He 氦 | K | 2 | |||||||||||||||||
II A | III A | IV A | V A | VI A | VII A | ||||||||||||||||
2 | 3 Li 鋰 | 4 Be 鈹 | 5 B 硼 | 6 C 碳 | 7 N 氮 | 8 O 氧 | 9 F 氟 | 10 Ne 氖 | L K | 8 2 | |||||||||||
3 | 11 Na 鈉 | 12 Mg 鎂 | 13 Al 鋁 | 14 Si 矽 | 15 P 磷 | 16 S 硫 | 17 Cl 氯 | 18 Ar 氬 | M L K | 8 8 2 | |||||||||||
III B | IV B | V B | VI B | VII B | VIII | I B | II B | ||||||||||||||
4 | 19 K 鉀 | 20 Ca 鈣 | 21 Sc 鈧 | 22 Ti 鈦 | 23 V 釩 | 24 Cr 鉻 | 25 Mn 錳 | 26 Fe 鐵 | 27 Co 鈷 | 28 Ni 鎳 | 29 Cu 銅 | 30 Zn 鋅 | 31 Ga 鎵 | 32 Ge 鍺 | 33 As 砷 | 34 Se 硒 | 35 Br 溴 | 36 Kr 氪 | N M L K | 8 18 8 2 | |
5 | 37 Rb 銣 | 38 Sr 鍶 | 39 Y 釔 | 40 Zr 鋯 | 41 Nb 鈮 | 42 Mo 鉬 | 43 Tc 鎝 | 44 Ru 釕 | 45 Rh 銠 | 46 Pd 鈀 | 47 Ag 銀 | 48 Cd 鎘 | 49 In 銦 | 50 Sn 錫 | 51 Sb 銻 | 52 Te 碲 | 53 I 碘 | 54 Xe 氙 | O N M L K | 8 18 18 8 2 | |
6 | 55 Cs 銫 | 56 Ba 鋇 | 57- 71 鑭系 | 72 Hf 鉿 | 73 Ta 鉭 | 74 W 鎢 | 75 Re 錸 | 76 Os 鋨 | 77 Ir 銥 | 78 Pt 鉑 | 79 Au 金 | 80 Hg 汞 | 81 Tl 鉈 | 82 Pb 鉛 | 83 Bi 鉍 | 84 Po 釙 | 85 At 砹 | 86 Rn 氡 | P O N M L K | 8 18 32 18 8 2 | |
7 | 87 Fr 鍅 | 88 Ra 鐳 | 89- 103 錒 | 104 Rf 鑪 | 105 Db | 106 Sg | 107 Bh | 108 Hs | 109 Mt | 110 Ds 鐽 | 111 Rg 錀 | 112 Uub | 113 Uut | 114 Uuq | 115 Uup | 116 Uuh | 117 Uus | 118 Uuo | |||
鑭系元 素 | 57 La 鑭 | 58 Ce 鈰 | 59 Pr 鐠 | 60 Nd 釹 | 61 Pm 鉕 | 62 Sm 釤 | 63 Eu 銪 | 64 Gd 釓 | 65 Tb 鋱 | 66 Dy 鏑 | 67 Ho 鈥 | 68 Er 鉺 | 69 Tm 銩 | 70 Yb 鐿 | 71 Lu 鑥 | ||||||
錒系元 素 | 89 Ac 錒 | 90 Th 釷 | 91 Pa 鏷 | 92 U 鈾 | 93 Np 鎿 | 94 Pu 鈽 | 95 Am 鎇 | 96 Cm 鋦 | 97 Bk 錇 | 98 Cf 鐦 | 99 Es 鑀 | 100 Fm 鐨 | 101 Md 鍆 | 102 No 鍩 | 103 Lr 鐒 |