锑（第五周期ⅤA族元素）
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更新时间：2023-05-20
锑
第五周期ⅤA族元素
锑块
锑（英文名：Antimony）是一种金属元素，位于元素周期表第五周期VA族，元素符号为Sb，原子序数51，原子量121.75，其在自然界中有两种稳定的同位素Sb¹²¹、Sb¹²³，纯锑常温下是一种银白色金属，其密度为6.68 g/cm³（20˚C），熔点为630 ℃，沸点为1750 ℃（101.325 kPa）。锑质脆且容易磨损破碎，无延展性，导热性差，导电率仅为银的4.2%。锑是易熔有色金属之一，有四种同素异形体，即灰锑、黑锑、黄锑和爆锑，后三种均不稳定。锑化学性质与砷相似，能与氢气、氧气、硫、卤素以及金属等单质，氧化性酸、碱、盐以及氧化物，烷基汞等有机化合物发生反应。锑在制造工业合金、阻燃剂、半导体、医药等领域均有应用。
基本信息
中文名
锑
英文名
Antimony
拼音
tī
元素符号
Sb
原子序数
51
原子量
121.76
元素类别
金属
族
VA族
周期
第五周期
区
p区
电子排布
[Kr] 4d¹º 5s² 5p³
CAS编号
7440-36-0
物理性质
外观
银白色
熔点
630 ℃
沸点
1750 ℃（101.325 kPa）
密度
6.68 g/cm³（20 ℃）
熔化热
19.8 kJ/mol
汽化热
195 kJ/mol
比热容
209 J/（kg·K）
原子性质
氧化态
-3、-2、-1、+1、+2、+3、+4、+5
电负性
2.05（鲍林标度）
原子半径
145 pm
发现历史
锑的化合物也在古代就为人所知。据考证，公元前4000年，在迦勒底的泰洛挖掘到含锑铸件—古瓶碎片；公元前2200-2500年期间，在埃及发现嵌有金属锑层的古铜器。据传，古希腊人早就用硫化锑作药物和妇女画眉的化妆品。但直到公元50年，人们仍然误认硫化锑为锑，称为“stibium”或“antimonium”。十六世纪初期，德国僧人B.万伦廷（B Valentine）才著文辨析金属锑与其硫化物，并较详细地介绍了金属锑的用途、性质及提取方法，该文是最早的有关金属锑的著作。十六世纪中叶，德国科学家G.阿格里科拉（Georg Agricola）和伯英古索曾详尽介绍了锑的熔析技术，后者还列举了锑的一些有用性质和用途。之后，法国化学家N.莱默雷也发表了关于锑的专论。
英文“antimony”源于希腊“anti”和“monos”两字的复合词，原义是“很少单独出现的金属”。锑能使黄金发脆而降低其延展性，早为古炼丹家所知，因而西文又名为“regulus”，原意“小皇帝”。
分布情况
二十世纪末以来，中国已经成为世界上最大的锑生产国，中国湖南冷水江市锡矿山是世界上独一无二的单一锑矿床，有“世界锑都”之称，但面临资源枯竭的困境。锑在自然界中的分布形式主要为自然锑和锑砷、锑银合金、硫化物和氧硫化物、含硫盐矿物、氧化物、锑酸盐。其存在形态按照化合价分有-3、0、+3、+5，其中主要以+3、+5存在与矿石矿物及天然水的溶解盐中。
已知的锑矿物和含锑矿物有120多种，其中主要矿物有辉锑矿（Sb₂S₃）、方锑矿（Sb₂O₃）、锑华（Sb₂O₃）、锑赭石（Sb₂O₃·Sb₂O₄·H₂O）、黄锑华[(Sb₃O₆)OH]、硫氧锑矿（HgSb₄S₈）等。
锑同位素
裂变产物中有17种锑的放射性同位素，大部分寿命都很短，其中寿命较长的¹²⁵Sb半衰期为2.76 a。¹²⁵Sb能从乏燃料后处理工艺流程中的高放废液（1 AW）中大量提取。
理化性质
物理性质
锑为银白色的金属，密度为6.68 g/cm³（20˚C），熔点为630 ℃，沸点为1750 ℃（101.325 kPa）。锑质脆且容易磨损破碎，无延展性，导热性差，导电率仅为银的4.2%。随着金属纯度的提高，锑的机械强度下降。锑与砷、硒、碲、锗、硅等元素常被视为半金属或准金属，其物理化学性质与砷相似，两种元素能无限互熔，在提取冶金中常不易彻底分离。
锑是易熔有色金属之一，有四种同素异形体，即灰锑、黑锑、黄锑和爆锑，后三种均不稳定。灰锑即所谓的金属锑，表面呈银白色金属光泽，断面呈紫黑色金属光泽，其极易结晶。黑锑是无定形黑色粉末，比灰锑易挥发。当金属锑骤冷或在-40 ℃用空气或氧气氧化液态锑化氢时，可得到黑锑。黄锑极不稳定，高于-90 ℃时，在黑暗中也可变为黑锑，在-50 ℃时黄锑迅速变成普通金属锑。爆锑表面光滑柔软，用硬物轻轻敲击、摩擦、受热时很容易发生爆炸。
化学性质
与单质反应
氢气
800 ℃时，锑开始溶解氢，锑与雾状的氢反应生成氢化锑。
氧气
300-900 ℃时，在空气中加热锑会得到四氧化二锑。
硫
卤素
金属
真空中加热熔融锑和铝，两者反应生成AlSb。
将锑与镓放入石英管，在氢气流中加热到720-730 ℃熔融，两者反应生成GaSb。
在干燥的液态氨中加热锑和锂，两者反应生成Li₃Sb。
与无机化合物反应
酸
碱
盐
锑能与五氯化锑反应生成三氯化锑。
锑能与沸锡盐溶液中的锡盐发生反应，反应方程式如下。
氧化物
锑能与水在加热至900 ℃以上的条件下反应，生成三氧化二锑和氢气。
与有机化合物反应
锑能与三氟甲基碘反应生成叁三氟甲基锑（叁锑）和双三氟甲基碘化锑。
锑能与烷基汞反应生置换出汞，反应方程式如下。
制备方法
提取锑的主要矿石原料为锑金矿和锑精矿，两者都接近于辉锑矿，其主要成分为三硫化锑。锑的冶炼工艺主要分为湿法炼锑和火法炼锑，以火法工艺为主，简要介绍以下几种冶炼工艺：
火法炼锑
（1）挥发熔炼-还原熔炼
挥发熔炼-还原熔炼主要为鼓风炉挥发熔炼-反射炉还原熔炼，该工艺的工作原理类似于高炉炼铁，均利用氧化还原的原理来处理硫化锑矿。该工艺流程包括制团干燥、鼓风炉挥发熔炼、反射炉还原熔炼以及精炼除铅和砷四个主要流程。以锑金矿为例，首先将锑金矿与石灰配合制团，干燥；将焦炭、熔剂、锑锍（硫化锑与其他金属硫化物的合金）交替放入鼓风炉中，焦炭为还原剂，将硫化锑等金属硫化物还原为金属单质，同时金属锑被氧化得到易挥发的锑氧粉，即三氧化二锑。将锑氧粉收集在反射炉中，配入还原煤得到粗锑，将煤燃烧所得灰分和矿渣回收，再投入鼓风炉中熔炼。然后经过精炼去除铅和砷，从而得到精锑，即锑锭。
鼓风炉挥发熔炼-反射炉还原熔炼工艺流程
（2）直接熔炼
直接熔炼是指通过还原剂（CO、H₂、C、Fe）直接置换硫化锑矿中的锑，主要有沉淀熔炼法、反应熔炼法、碱性熔炼法、氢还原法等。各方法的反应原理如下：
湿法炼锑
（1）碱法炼锑
碱法炼锑的原理是利用硫化锑与Na₂O或Na₂CO₃必须在还原剂条件下作用时才能析出锑，而铅、铋、锌等可在没有还原剂条件下与Na₂O或Na₂CO₃反应，以残渣的形式与锑分离，基本反应如下：
（2）酸法炼锑
酸法炼锑是酸性条件下利用浸出剂浸取矿石中以硫化锑和氧化锑形式存在的锑，其中保持酸性条件的目的是使氧化锑与酸发生复分解反应，锑以盐的形式进入溶液；浸出剂作为氧化剂，使得锑矿中的大部分硫进入浸出渣，从而锑以氯化物的形式进入溶液。之后对浸出液进行水解中和、电解等步骤，制取相应的金属锑或锑白等产品。
应用领域
锑与其他有色金属不同，很少单独使用。纯金属锑除了用于电镀，其他多以制成合金、化合物的形式使用。
工业合金
锑在机械工业和电力佳通运输业中可用于制作轴承合金（也叫做巴氏合金），如锡基巴氏合金就是以锡、锑、铜为基本组分的，锑和铜的加入能够使合金强度增加、塑性降低、耐疲劳极限提高，还可以有效防止合金在融化时氧化从而显著降低合金的热膨胀系数。
其他需要用到锑的工业合金还有锑青铜，可用来制作小齿轮、摩擦齿轮以及机床和电动机的受重载荷的轴衬；活字金，也称印刷合金，具有熔点低、易浇筑的特性，并且能保证铸造的铅字轮廓清晰经久耐用；含锑5%的锡基焊料，可用于焊接电气装置、冷冻器盘、铜管等；铅基合金软管，可用于包装食品、医药以及化工品等；硬铅（铅锑二元合金），可以通过调整锑的添加量获得不同性质的硬铅，如含锑8-12%的硬铅可制作耐酸釜，含锑28%的硬铅可配置耐磨管嘴材料等。
阻燃剂
锑最大的应用领域是用于生产阻燃剂。锑白（Sb₂O₃）是锑的主要用途之一，是阻燃剂的重要原料，广泛应用于塑料、造纸、纺织品、家用电器、橡胶制备等领域。利用Sb₂O₃对水滑石改性，可获得针对ABS的高效阻燃剂。锑白也是良好的灭火防火原料，既能阻燃也能增加塑料耐热性，是不少塑料理想的阻燃剂。锑白还可用于安全胶卷、高温绝缘材料、大功率电路原件等。
半导体
高纯锑主要用于半导体行业，可以形成锑化铟、锑化镓、锑化铝等化合物半导体，还可以作为半导体硅和锗的掺杂元素，形成N型半导体。锑化铟(InSb)是重要的半导体材料，具有物理化学性质稳定、工艺兼容性优良的优点。在红外探测领域具有广阔的前景。InSb红外探测器更是在天文观测、精确制导（包括便携式防空导弹、反坦克导弹、空-空导弹以及巡航导弹等在内的多种红外制导导弹）领域广泛应用。
颜料
锑白是一种优良的白色颜料并且具有耐光、耐热稳定性好的特性。锑白具有很好的遮蔽铁胎的作用，在搪瓷工业中应用广泛，可以使涂刷过锑白的陶瓷具有白色的釉面，并且使陶瓷不发脆、耐冲击。
医疗
其他
安全事宜
毒性
锑是中等毒性元素，对成年人的致死量为97.2 mg，对儿童致死量为48.6 mg，元素锑毒性大于无机锑盐，三价锑毒性强于五价锑。急性吸入锑中毒主要损害呼吸系统，急性口服锑中毒主要体现为肠道症状，同时还可能有肝、肾、心损害。
代谢特征
三价锑广泛分布于肝、骨骼、胰腺、甲状腺、心脏等器官。五价锑主要分布于血浆中。锑可由粪中排出，三价锑50%由粪便排出，其余大部分由尿排出。
毒理机制
锑及其化合物对人体具有刺激作用，并能与体内疏基结合进而干扰酶的活性或破坏细胞内离子平衡，损害神经系统和其他器官。锑能刺激肠胃黏膜，直接作用呕吐中枢或经迷走神经传至延髓呕吐中枢，引发呕吐；锑还可以引起心脏节律紊乱、心室颤动等。
急救措施
锑中毒后，需要立即将患者从中毒现场转移，脱掉被污染的衣物并且用清水冲洗被污染的皮肤，消化道中毒可使用温水洗胃；可以使用二巯基丁二酸钠和二巯基丙醇驱锑治疗；可以使用大剂量B族维生素和维生素C保护心、肝、肾，早期可用激素治疗出现肺炎肺水肿的患者。
锑污染的修复
针对土壤的治理方法可以分为三种：物理修复法、生物修复法、化学修复法。
（1）物理修复法
方法 | 原理 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
换土法 | 用干净土壤替换已被重金属污染的土壤 | 操作简单直接 | 污染深度和污染范围会提高成本 | 适用于污染较小的区域；浅层污染土壤 |
热修复法 | 将电极插入土壤中，形成电场，重金属离子在电场作用下向电极移动，并在电极处富集。 | 修复期短；后续收集到的重金属方便处理 | 修复范围有限；修复成本高；必须考虑土壤的本身条件（pH、温度等） | |
电动修复法 | 通过吸收热蒸汽、微波或者红外辐射的能量加热受污染的土壤。 | 去除的重金属较为单一；受到土壤自身条件限制；不适合大范围使用 | 适用于容易挥发的金属 | |
膜处理修复技术 | 利用新型的功能膜对锑的静电吸附或者络合吸附。 | 成本低；修复效果高；不会造成二次污染 |
（2）生物修复法
生物修复法的原理是利用微生物代谢和植物生长等生理作用，将污染物从土壤中去除。
方法 | 原理 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
植物修复技术 | 通过一种或多种重金属的超强富集，利根部吸收和转移 | 环境友好；成本较低 | 对于高度污染，需与其他技术联合使用 | 中低水平重金属污染 |
微生物修复技术 | 利用微生物本身的代谢诱导土壤中的重金属氧化或还原，将高毒性的重金属离子转化为低毒性的重金属离子或金属，然后被土壤中的植物吸收转运。 | 对环境影响小；成本低 | 修复能力有限；修复时间长；需与其他技术联合使用 | |
（3）化学修复技术
化学修复技术是指将化学试剂投入受污染的土壤，以改变重金属在土壤中存在的结构和形态，从而达到去除重金属的目的。
方法 | 原理 | 优点 | 缺点 |
固化/稳定化技术 | 向土壤中添加固定剂（沸石、粘土、生物炭等）以降低重金属的迁移率和生物利用度；重金属还可以通过络合、沉淀和吸附反固定在土壤中。 | 长期使用改良剂会改变土壤的理化性质，导致土壤中重金属的固定化。 | |
土壤淋洗技术 | 利用各种试剂和萃取剂（无机提取剂、有机螯合剂和表面活性剂），通过浸泡等手段将重金属从土壤中解析出来。 | 修复时间短；修复效果好；去除重金属相对彻底；效率高 | 土壤淋洗后产生的淋洗液中仍含有大量的重金属，造成二次污染，故需要对淋洗液进行后续处理；修复成本较高。 |
针对水体锑污染，主要有吸附法、沉淀法、电化学法三种处理方法。
（1）吸附法
吸附法是指利用吸附剂对锑的吸附作用修复水体的方法。
方法 | 原理 | 优点 |
生物吸附法 | 通过生物吸附剂吸附废水中重金属离子。 | 成本低；吸附容量大；清洁环保；无毒性限制；可再生性 |
金属氧化物吸附法 | 将锑离子通过金属氧化物的吸附作用从废水中分离出来。 | |
碳材料吸附法 | 碳材料如活性炭、石墨、纳米碳材料(碳纳米管、碳纳米纤维、纳米碳球)等多种材料对锑离子的吸附 | 广泛应用于有机物和重金属去除领域 |
（2）沉淀法
沉淀法是指在废水中加入合适的药剂，与锑离子发生沉淀反应，生成沉淀与絮凝体，达到治理废水中锑污染的效果。
方法 | 原理 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
沉淀法 | 在废水中加入药剂，与锑离子发生沉淀反应，生成沉淀与絮凝体。 | 材料成本低；操作简单 | 二次污染 | 低污染锑废水 |
（3）电化学法
方法 | 原理 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
电化学法 | 溶液中发生电化学的氧化还原，经过絮凝、沉淀等过程去除污染物 | 材料成本低；操作简单，易于实现自动化 |
