Теллур

Теллур — общая характеристика

Теллур (Te) — хрупкий серебристо-белый полуметалл с металлическим блеском, относящийся к группе халькогенов. Атомный номер 52, атомная масса 127,60. В периодической системе расположен в 16-й группе (VIA по старой классификации), пятый период. Является химическим аналогом серы и селена, но обладает более выраженным металлическим характером. В тонких слоях на просвет красно-коричневый, в парах — золотисто-жёлтый.

Содержание теллура в земной коре составляет около 1·10⁻⁶ % по массе, что делает его одним из самых редких стабильных неметаллов. Известно порядка 100 минералов теллура — алтаит (PbTe), калаверит (AuTe₂), сильванит (AgAuTe₄), тетрадимит (Bi₂Te₂S) и другие природные теллуриды. Тем не менее основная масса промышленного теллура извлекается не из собственных руд, а из шламов электролитического рафинирования меди, содержащих от 0,5 до 2 % Te. Дополнительным источником служат отходы сернокислотного производства и переработки полиметаллических руд.

Физические свойства теллура

Компактный кристаллический теллур имеет гексагональную кристаллическую решётку (параметры: a = 0,4457 нм, c = 0,5929 нм). При нормальных условиях хрупок, легко измельчается в порошок; при нагревании приобретает пластичность, допускающую прессование.

Параметр	Значение
Плотность (кристаллический)	6,24–6,25 г/см³
Плотность (аморфный)	5,1–5,85 г/см³
Температура плавления	449,5–450 °C
Температура кипения	990 °C
Удельная теплоёмкость (20 °C)	0,204 кДж/(кг·К)
Твёрдость по Моосу	2,3
Ширина запрещённой зоны	0,32–0,34 эВ
Тип проводимости	p-тип (при норм. условиях)

Теллур — полупроводник. В нормальных условиях и вплоть до температуры плавления имеет проводимость p-типа. При понижении температуры до диапазона от −80 до −100 °C происходит переход к n-типу проводимости; пороговая температура зависит от чистоты образца. Теллур диамагнитен.

Марки технического теллура по ГОСТ 17614

Технический теллур выпускается в виде порошка, гранул и слитков. Действующий стандарт — ГОСТ 17614-2018, заменивший ГОСТ 17614-80. Стандарт устанавливает пять марок технического теллура, различающихся допустимым суммарным содержанием примесей. Основные контролируемые примеси: селен, свинец, медь, железо, сера, натрий, кремний, алюминий.

Марка	Сумма примесей, %, не более	Содержание Te, %, не менее
Т000	0,01	99,99
Т00	0,1	99,9
Т0	0,07	99,93
Т1	1,0	99,0
Т2	3,5	96,5

Химический состав определяют по ГОСТ 9816.0–9816.5. Массовая доля кремния и алюминия обеспечивается технологией производства и контролируется периодически по согласованию изготовителя с потребителем. Порошкообразный теллур всех марок должен проходить через сито с сеткой номер 1 или 063 по ГОСТ 6613.

Теллур высокой чистоты

Для нужд электроники, оптики и производства полупроводниковых материалов применяется теллур высокой чистоты. Марки высокочистого теллура (Т-ВЧ и другие) выпускаются по отдельным техническим условиям, например ТУ 6-04-65-82. Чистота такого теллура достигает 99,999 % и выше (5N–6N).

Методы анализа высокочистого теллура регламентирует серия стандартов ГОСТ 24977. В частности, спектральный метод определения примесей ртути, сурьмы, кадмия и мышьяка описан в ГОСТ 24977.3-81 — метод основан на использовании дуги переменного тока для испарения и возбуждения спектра.

Глубокая очистка теллура достигается последовательным применением химических (разделение селена и теллура через хлоридные растворы, переосаждение) и физических методов — вакуумная дистилляция, зонная плавка, направленная кристаллизация.

Применение теллура в промышленности

Металлургия

Основным потребителем теллура остаётся металлургическая отрасль. Добавка теллура к меди (0,005–0,05 %) и некоторым маркам стали существенно улучшает обрабатываемость резанием, не оказывая заметного влияния на электропроводность. Сплавы свинца с теллуром (0,03–0,06 % Te) применяются при производстве свинцово-кислотных аккумуляторов: теллур повышает коррозионную стойкость решёток и их механическую прочность. Теллур также используется как модификатор серого чугуна.

Солнечная энергетика

Теллурид кадмия (CdTe) — один из ведущих фотоактивных материалов для тонкоплёночных солнечных элементов. Ширина запрещённой зоны CdTe (~1,45 эВ) близка к оптимальной для преобразования солнечного излучения. Тонкоплёночные модули на основе CdTe отличаются низкой себестоимостью производства и стабильной работой при повышенных температурах. Именно солнечная энергетика в последние годы стала одним из крупнейших потребителей теллура в мире.

Электроника и термоэлектрика

Теллуриды висмута (Bi₂Te₃) и сурьмы (Sb₂Te₃) — базовые термоэлектрические материалы, используемые в элементах Пельтье (полупроводниковые охладители) и термогенераторах. Сплав теллурида кадмия-цинка (CdZnTe) применяется для изготовления детекторов рентгеновского и гамма-излучения, работающих при комнатной температуре. Материалы на основе системы Ge–Sb–Te используются в перезаписываемых оптических дисках и энергонезависимой памяти (phase-change memory).

Специальные стёкла

Диоксид теллура (TeO₂) входит в состав халькогенидных и теллуритных стёкол. Такие стёкла прозрачны в инфракрасном диапазоне и применяются в волоконной оптике, акустооптических устройствах и в качестве активных элементов оптических квантовых генераторов при легировании редкоземельными элементами. Отдельные составы теллуритных стёкол обладают полупроводниковыми свойствами.

Прочие области

Теллур и его соединения используются в процессе вулканизации каучука, в качестве катализаторов в органическом синтезе, а также для окрашивания стекла и керамики в коричневые и розовые тона.

Формы поставки теллура

Технический теллур по ГОСТ 17614-2018 поставляется в виде слитков, порошка и гранул. Порошкообразный теллур — порошок тёмно-серого или чёрного цвета. Слитки имеют массу около 5–15 кг.

Каждый слиток маркируется и упаковывается в полиэтиленовый пакет (толщина плёнки не менее 0,120 мм), который герметично запаивается. Слитки марок Т000 и Т00 перед упаковкой протирают этиловым спиртом для исключения поверхностного загрязнения. Порошкообразный теллур фасуется в полиэтиленовые мешки, затем помещается в оцинкованные стальные барабаны с герметично пропаянными швами и укладывается в деревянные ящики или обрешётки.

Теллур высокой чистоты поставляется в виде слитков и порошка по соответствующим техническим условиям. Конкретная марка, форма поставки и объём партии согласуются при заказе.

Требования безопасности при работе с теллуром

Технический теллур относится к веществам 1-го класса опасности по ГОСТ 12.1.005 и ГОСТ 12.1.007. Предельно допустимая концентрация (ПДК) аэрозоля теллура в воздухе рабочей зоны — 0,01 мг/м³. При попадании в организм через дыхательные пути или кожу теллур способен вызывать хроническое воспаление суставов, поражение печени, бронхит и нервные расстройства. Производственные помещения должны быть оснащены приточно-вытяжной вентиляцией; при работе с порошковым теллуром обязательно применение средств индивидуальной защиты органов дыхания.

Марки теллура Т1 и Т2 — область использования

Теллур марки Т1 (содержание Te не менее 99 %) предназначен прежде всего как сырьё для дальнейшего рафинирования до высокочистых марок, а также для изготовления баббитов, красителей и модифицирования сплавов. Теллур марки Т2 (Te не менее 96,5 %) — наиболее доступная марка, применяемая в металлургии и при производстве термоэлектрических материалов, не требующих предельной чистоты исходного сырья.