Способ получения металлического таллия

Изобретение относится к выделению и очистке металлического таллия, в том числе изотопно-обогащенного. Техническим результатом является получение чистого металлического таллия со степенью очистки 99,9995% при минимальных потерях на всех стадиях химической переработки. Загрязненный металлический таллий растворяют в разбавленной азотной кислоте, получают концентрированный раствор сульфата таллия, очищают раствор от примесей, осаждают галогенид таллия с последующим растворением его в серной кислоте и проводят электролитическое выделение таллия из очищенного раствора Tl₂SO₄. Раствор, полученный при растворении металла в разбавленной азотной кислоте, нейтрализуют аммиаком до рН 11 и осаждают из него иодид таллия. Получение концентрированного раствора сульфата таллия ведут растворением осажденного иодида таллия в серной кислоте при нагревании. Очистку полученного раствора от примесей проводят осаждением свинца в виде его сульфида, а железа и хрома - в виде гидроксидов. Галогенид таллия осаждают в виде иодида из нейтрализованного аммиаком до рН 10-11 раствора. При этом иодид таллия осаждают из растворов с концентрацией таллия 1-4 г/л, отделение свинца проводят из раствора с концентрацией таллия 60-80 г/л, железа и хрома - из раствора с концентрацией таллия 20-40 г/л, а электролитическое выделение проводят из раствора с концентрацией таллия 75-85 г/л. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области выделения и очистки таллия, в том числе изотопно-обогащенного, полученного методом электромагнитной сепарации.

Известен способ извлечения таллия из сложных производственных растворов (патент РФ №161491), включающий добавление в исходные растворы адденда хлора и окислителя с последующим осаждением таллия 1-1,5%-ным водным раствором метилового фиолетового.

Недостатком этого способа является использование малодоступного реагента, а также сложность дальнейшей переработки полученного осадка.

Известен также способ извлечения таллия из сернокислых растворов экстрагентом, синтезированным из изооктилового спирта и металлического иода (патент РФ №169794).

Недостатком этого способа является невозможность получения чистого продукта и сложность дальнейшей переработки концентрата.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ очистки металлического таллия, включающий растворение загрязненного металла в разбавленной азотной кислоте, получение концентрированного раствора сульфата таллия обработкой раствора соли таллия серной кислотой при нагревании, очистку раствора от примесей отделением свинца в виде сульфата с последующим восстановлением небольших количеств образовавшейся соли таллия (III) двуокисью серы, неоднократное осаждение таллия в виде галогенида ТlСl и электролитическое выделение таллия из очищенного раствора Tl₂SO₄ (Руководство по препаративной неорганической химии под редакцией Г.Бауэра, изд-во иностранной литературы, М., 1956, с.409).

Основным недостатком этого способа при использовании его для получения дорогостоящего изотопно-обогащенного таллия является то, что он не обеспечивает выделения таллия без существенных потерь. Экспериментально установлено, что при однократном осаждении ТlСl потери таллия составляют 10-15%.

Кроме того, при использовании данного способа требуется проведение дополнительной операции по восстановлению окисленного Тl(III) до Тl(I).

К недостатку указанного способа следует отнести также то, что он не обеспечивает необходимой степени очистки таллия от некоторых примесей, в частности меди и серебра.

Технической задачей изобретения является получение чистого металлического таллия, в том числе изотопно-обогащенного, при минимальных потерях на всех стадиях химической переработки.

Поставленная задача достигается тем, что загрязненный метал-металлический таллий растворяют в разбавленной азотной кислоте, получают концентрированный раствор сульфата таллия, очищают раствор от примесей, осаждают галогенид таллия с последующим растворением его в серной кислоте и проводят электролитическое выделение таллия из очищенного раствора Тl₂SO₄. Раствор, полученный при растворении металла в разбавленной азотной кислоте, нейтрализуют аммиаком до рН 11 и осаждают из него иодид таллия. Получение концентрированного раствора сульфата таллия ведут растворением осажденного иодида таллия в серной кислоте при нагревании. Очистку полученного раствора от примесей проводят осаждением свинца в виде его сульфида, а железа и хрома - в виде гидроксидов. Галогенид таллия осаждают в виде иодида из нейтрализованного аммиаком до рН 10-11 раствора. При этом иодид таллия осаждают из растворов с концентрацией таллия 1-4 г/л, отделение свинца проводят из раствора с концентрацией таллия 60-80 г/л, железа и хрома - из раствора с концентрацией таллия 20-40 г/л, а электролитические выделение проводят из раствора с концентрацией таллия 75-85 г/л.

В заявленном техническом решении предложенный способ предварительного осаждения иодида таллия позволяет практически без потерь сконцентрировать таллий, содержащийся в азотнокислом растворе, с одновременным восстановлением окисленного Тl(III) до Тl(I) и при этом обеспечить отделение основного количества примесей, растворимых в аммиачной среде. Предложенный способ очистки раствора сульфата таллия последовательным отделением примесей в виде сульфидов и гидроксидов, а также осаждением иодида таллия обеспечивает высокую степень очистки раствора Тl₂SO₄ при минимальных потерях на всех стадиях химической переработки.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков не известна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Предложенный способ получения чистого металлического таллия реализовали следующим образом.

Пример 1.

10 г металлического таллия, содержащего около 10% примесей, в том числе медь, железо, хром, свинец, серебро, кальций, никель, натрий и т.д., растворили в азотной кислоте (1:3) при нагревании. Полученный раствор разбавили дистиллированной водой до концентрации таллия 1 г/л и нейтрализовали аммиаком до рН 11. При этом примесь меди образовала растворимый медно-аммиачный комплекс. Раствор нагрели до 50°С и добавили иодид калия из расчета 0,81 г КI на 1 г Тl и избыток 10 г/л. Раствор с осадком прогрели при 70°С и выстояли в течение 10-14 часов. Осадок ТlI отфильтровали и промыли промывной жидкостью. Фильтраты проанализировали на содержание таллия. Оно составило 1,5 мг/л. Осадок ТlI просушили при 110-120°C и растворили в H₂SO₄ (1:1) при нагревании до полной отгонки паров йода. Полученный раствор охладили, разбавили дистиллированной водой до концентрации таллия 60 г/л, нагрели до 80°С и провели осаждения сульфидов примесей Рb, Сu, Аg. Осадок отфильтровали, промыли, высушили при 100-120°C и проанализировали его на содержание таллия. Оно составило 0,45%. Отфильтрованный раствор Тl₂SO₄ разбавили до концентрации таллия 20 г/л, прокипятили до удаления паров H₂S и охладили до 40-45°C. Раствор нейтрализовали аммиаком до рН 9-10 и осадили гидроксиды примесей железа и хрома. После 8-10 часов выстаивания осадок гидроксидов отфильтровали, промыли, высушили при 110-120°С и проанализировали на содержание таллия. Оно составило 0,62%. Отфильтрованный раствор сульфата таллия разбавили водой до концентрации таллия 1 г/л, нейтрализовали аммиаком до рН 10-11 и осадили иодид таллия, как описано выше. Осадок ТlI отфильтровали, промыли и высушили при 110-120°С. Фильтрат проанализировали на содержание таллия. Оно составило 1,3 мг/л.

Осадок ТlI растворили в H₂SO₄ (1:1) при нагревании до полного удаления паров иода. Раствор Тl₂SO₄ разбавили дистиллированной водой до концентрации по таллию 75 г/л и провели электролитическое выделение металлического таллия при плотности тока 3-5 А/см².

Полученный металл промыли деионизированной водой, осушили фильтровальной бумагой при комнатной температуре и проанализировали на содержание примесей масс-спектральным методом. Суммарное содержание примесей 71 элемента составило 0,0001%. Потери таллия при очистке составила 1,3%.

Пример 2.

Металлический таллий выделяли, как в примере 1, но осаждение иодида таллия провели из раствора с концентрацией 4 г/л, осаждение сульфидов - из раствора с концентрацией таллия 80 г/л, осаждение гидроксидов железа и хрома - из раствора с концентрацией таллия 40 г/л, а электролитическое выделение металлического таллия - из раствора с концентрацией таллия 85 г/л.

Содержание таллия в иодидных фильтратах составило <0,1 мг/л, содержание таллия в сульфидных шламах 0,82%, содержание таллия в гидроксидных шламах 1,10%. Суммарное содержание примесей в металлическом таллии составило 0,0009%. Потери таллия при очистке составили 0,5%.

Пример 3.

Металлический таллий выделяли, как в примере 1, но осаждение иодида таллия провели из раствора с концентрацией 0,5 г/л, осаждение сульфидов примесей - из раствора с концентрацией таллия 55 г/л, осаждение гидроксидов железа и хрома - из раствора с концентрацией таллия 15 г/л, а электролитическое выделение металлического таллия из раствора с концентрацией таллия 70 г/л. Содержание таллия в иодидных фильтратах составило 6,3 мг/л, содержание таллия в сульфидных шламах 0,24%, содержание таллия в гидроксидных шламах 0,32%. Содержание примесей в металлическом таллии составило 0,018%, в том числе 0,004% Рb, 0,012% Сu и 0,005% Аg. Потери таллия при очистке составили 1,7%.

Пример 4.

Металлический таллий выделяли, как в примере 1, но иодид таллия осаждали из раствора с концентрацией таллия 5 г/л, сульфиды примесей - из раствора с концентрацией таллия 85 г/л, гидроксиды железа и хрома - из раствора с концентрацией таллия 45 г/л, а электролитическое выделение металлического таллия - из раствора с концентрацией таллия 80 г/л.

Содержание таллия в иодидных фильтратах составило <0,1 мг/л, содержание таллия в сульфидных шламах 0,77%, содержание таллия в гидроксидных шламах 1,35%. Содержание примесей в металлическом таллии составило 0,002%. Потере таллия при очистке составили 3,5%.

Пример 5.

Получение металлического таллия провели но "Руководству по препаративной неорганической химии" под редакцией Г.Брауэра, издательство Иностранной литературы, М., 1956, выбранному в качестве наиболее близкого технического решения.

10 г таллия, содержащего около 10% примесей, растворили в азотной кислоте (1:3) при нагревании. К полученному раствору добавили 4 мл Н₂SO₄ (избыток серной кислоты составил ˜15%) и нагревали до полного удаления паров азотной кислоты и начала выделения сернокислотных паров. Раствор охладили, разбавили водой до концентрации таллия 50 г/л и отфильтровали осадок сульфата свинца. Осадок промыли водой. В отфильтрованный раствор сульфата таллия в течение часа пропускали газообразный SO₂ для восстановления окисленного Тl(III) до Тl(I).

Раствор Tl₂SО₄ разбавили дистиллированной водой до концентрации таллия 20 г/л, нагрели до кипения и при постоянном перемешивании добавляли 0,025 мл НСl до полноты осаждения ТlСl. Раствор с осадком охладили до комнатной температуры, осадок ТlСl отфильтровали, промыли дистиллированной водой и высушили при 110 - 120°C. Осадок ТlСl растворили в Н₂SO₄ (1:1) при нагревании и провели повторное осаждение ТlСl, как описано выше. Солянокислые фильтраты объединили и проанализировали на содержание таллия. Оно составило 2,23 г/л.

Высушенный хлорид таллия обработали H₂SO₄ (1:1) при нагревании до полного удаления паров НСl. Электролитическое выделение металлического таллия провели из раствора с концентрацией таллия 20 г/л, при плотности тока 3-5 А/см². Полученный металл промыли деионизированной водой, осушили фильтровальной бумагой и проанализировали на содержание примесей. Оно составило 0,031%, в том числе 0,008% Рb, 0,011% Аg и 0,009% Сu. Потери таллия при очистке составили 12,8%.

Полученные результаты показали, что при использовании известного технического решения по сравнению с предложенным значительно увеличились потери таллия при очистке раствора сульфата таллия и снизилась степень химической чистоты полученного металла, что особенно недопустимо при получении металлического изотопно-обогащенного таллия.

Предложенный способ получения чистого металлического таллия был опробован на производстве стабильных изотопов. Он позволил выделить изотопно-обогащенный таллий-203 в виде металла со степенью очистки 99,9995%. Потери при очистке составили 0,4%.

Разработанный способ позволяет применять стандартное оборудование и доступные реактивы, не требует большого расхода электроэнергии. Способ пригоден и с экологической точки зрения, так как образующиеся щелочные фильтраты нейтрализуются раствором кислоты, а пары иода улавливаются ловушкой.

1. Способ получения металлического таллия, включающий растворение загрязненного металла в разбавленной азотной кислоте, получение концентрированного раствора сульфата таллия, очистку раствора от примесей, осаждение галогенида таллия с последующим растворением его в серной кислоте и электролитическое выделение таллия из очищенного раствора Tl₂SO₄, отличающийся тем, что полученный при растворении в разбавленной азотной кислоте раствор нейтрализуют аммиаком до рН 11 и осаждают из него иодид талия, получение концентрированного раствора сульфата таллия ведут растворением осажденного иодида таллия в серной кислоте при нагревании, очистку полученного раствора от примесей проводят осаждением свинца в виде его сульфида, а железа и хрома - в виде гидроксидов, галогенид таллия осаждают в виде иодида из нейтрализованного аммиаком до рН 10-11 раствора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что иодид таллия осаждают из растворов с концентрацией таллия 1-4 г/л, осаждение свинца проводят из раствора с концентрацией таллия 60-80 г/л, железа и хрома - из раствора с концентрацией таллия 20-40 г/л, а электролитическое выделение проводят из раствора с концентрацией таллия 75-85 г/л.