СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЙОДИДОВ ЛИТИЯ И НАТРИЯ Российский патент 2003 года по МПК C01B9/06 C01D3/12 

Изобретение относится к технологии получения йодидов легких металлов, находящих применение в йодометрическом анализе, различных отраслях промышленности, в медицине и других областях, и может быть использовано в производстве минеральных солей.

Известно получение йодидов путем нейтрализации соответствующих гидроксидов йодистоводородной кислотой, содержащей элементарный йод, с последующим введением гидразингидрата в качестве восстановителя (А.С. СССР 504695), либо путем взаимодействия соответствующих карбонатов с йодидом железа (II, III) Fe₂I₈ (P. Рипан, И. Четяну. Неорганическая химия. Т. 1. Химия металлов. М.: Мир, 1971, 560 с.), либо взаимодействием технического йода с раствором щелочи или карбоната в присутствии восстановителей - веществ, дающих при окислении газ или газы и воду, в частности гидразингидрата (А.С. СССР 169081 и 567669), муравьиной кислоты, образующегося при электролизе водорода (А.С. СССР 431108), либо в короткозамкнутом гальваническом элементе железные опилки - графит (А.С. СССР 413756).

Известен способ получения безводных галогенидов магния и лития путем прямого синтеза из соответствующих металлов и галогенов в среде органического растворителя (А.С. СССР 371168).

Недостатками его являются использование стехиометрического избытка металла, необходимость отделения его от продуктов, а также применение нагревания реакционной смеси на масляной бане в диапазоне температур вплоть до 250^oС. К недостаткам, как показал выполненный нами эксперимент, можно отнести и очень медленное протекание процесса после зарастания поверхности металла отложениями солепродукта в отсутствие условий, когда такие отложения подвергаются интенсивному разрушению.

Целью настоящего изобретения является упрощение процесса в целом, ускорение его протекания на глубоких стадиях вплоть до количественного практически полного превращения взятых в стехиометрических соотношениях металла и йода и отказ от каких-либо температурных воздействий как при проведении химического взаимодействия, так и при выделении целевого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что растворенный в предварительно обезвоженных органических средах молекулярный йод вводят в контакт с эквивалентным количеством предварительно измельченного или превращенного в дробь металлического лития или натрия, а сам процесс проводят в бисерной мельнице со стеклянным бисером в качестве перетирающего средства при комнатных температурах до полного исчезновения йода в жидкой фазе с последующий отделением стеклянного бисера, фильтрованием накопившейся твердой фазы йодида и возвратом фильтрата в повторный процесс.

При этом в качестве органического растворителя используют парафиновые, циклопарафиновые и ароматические углеводороды, а также простые эфиры.

Характеристика используемого сырья
Металлический литий ГОСТ 8774-75
Металлический натрий ТУ 6-09-356-77
Металлический йод ГОСТ 4159-79
Растворители для йода и жидкой фазы системы:
Гептан ТУ 6-09-4520-77
Гексан ТУ 6-09-3375-78
Декалин ТУ МГ УХП 218-58
Бензол ГОСТ 5955-75
Толуол ГОСТ 5789-78
о-Ксилол ТУ 6-09-3825-78
Уайт-спирит ГОСТ 3134-78
1,4-Диоксан ГОСТ 10455-80
Тетрагидрофуран ТУ 6-09-3686-77
Диэтиловый эфир ФС 42-3643-98
Дибутиловый эфир ГОСТ 12128-66
Проведение процесса получения йодида заявляемым способом заключается в следующем. В бисерную мельницу вертикального типа, содержащую необходимое количество бисера, приводимого в движение с помощью лопастной или турбинной мешалки, вводят расчетное количество раствора йода в безводном органическом растворителе либо фильтрата предыдущего процесса, или же соответствующее количества предварительно обезвоженного растворителя и металлического йода. Включают механическое перемешивание и переводят твердую фазу йода в раствор. После этого вводят эквивалентное в отношении загруженного йода количество предварительно измельченного (нарезанного на небольшие куски или же превращенного известными способами в шарообразную дробь) щелочного металла, включают снова механическую мешалку и этот момент принимают за начало процесса. По ходу протекания взаимодействия отбирают пробы реакционной смеси и определяют содержание йода в отстоянной жидкой фазе их. После того как последние становятся практически равными нулю, процесс прекращают, а полученную суспензию йодида отделяют от стеклянного бисера путем самопроизвольного слива через нижний патрубок мельницы с сеткой соответствующих размеров. Отделенную от бисера суспензию йодида в органическом растворителе фильтруют. Осадок йодида рыхлят и сушат при температуре 100^oС. Получают белый порошок, пригодный для целевого использования. Для получения особо чистого йодида продукт перекристаллизовывают. Фильтрат же возвращают в повторный процесс.

Пример 1
В бисерную мельницу с 240 г стеклянного бисера загружают 250 г раствора йода в уайт-спирите с концентрацией 0,08 моль/кг (5,08 г I₂) и нарезанного небольшими кусочками 0,92 г металлического натрия. Включают лопастную мешалку (скорость вращения 1440 об/мин) и этот момент принимают за начало процесса. По ходу его протекания отбирают пробы жидкой фазы реакционной смеси, которые отстаивают, после чего определяют содержание йода в осветленной массе. На основе полученных данных строят кинетическую кривую расходования йода, позволяющую определить время превращения реагентов на 25, 50, 75 и ~ 100%. Оно оказалось при 19,5^oС равным 6, 14, 21 и 37 мин. После завершения процесса реакционную смесь сливают через нижний патрубок с сеткой ~0,3х0,4 мм (диаметр стеклянного бисера 0,5-1,5 мм). Суспензию фильтруют, осадок сушат при 100^oС до постоянной массы, которая оказалась равной 5,88 г (выход 98,0%). Фильтрат возвращают в повторный процесс.

Пример 2
Установка, дозировка реагентов и порядок проведения процесса аналогичны описанным в примере 1. Отличается тем, что 244,92 г фильтрата примера 1 и 5,08 г I₂ введены в бисерную мельницу отдельно. Растворение йода прошло за 5,5 мин. Температура проведения процесса 20,5^oС. Время достижения 25, 50, 75 и 100%-ной степени расходования I₂ составило соответственно 7, 13, 19 и 41 мин, выход йодида в сравнении с теоретическим составил 98,3%.

Пример 3
Установка, дозировка реагентов, условия и порядок проведения процесса аналогичны описанным в примере 2. Отличается тем, что вместо фильтрата примера 1 используется предварительно обезвоженный уайт-спирит. Время растворения йода составило 5 мин, а время достижения 25, 50, 75 и 100%-ной степени расходования I₂ составило 6, 5, 12, 18 и 39 мин. Выход йодида в сравнении с теоретическим 98%.

Примеры 4-13
Установка, загрузка раствора йода, металла восстановителя, порядок проведения эксперимента текущего контроля, температура, выделение йодида аналогичны описанным в примере 1. Загрузки окислителя и восстановителя эквивалентны. Отличаются природой используемого органического растворителя и начальными концентрациями окислителя в растворе. Полученные характеристики окислительно-восстановительных процессов и выход йодида натрия приведены в табл. 1.

Примеры 14-20
Установка, загрузка раствора йода, порядок проведения получения йодида и текущего контроля, температура, а также выделение йодида аналогичны описанным в примере 1. Загрузки окислителя и восстановителя эквивалентны. Отличаются использованием в качестве металла лития, а также природой и концентрациями окислителя в растворе. Полученные характеристики окислительно-восстановвтельных процессов и выход йодида лития приведены в табл.2.

Из приведенных примеров видно, что предлагаемое решение обеспечивает быстрое и практически количественное образование йодида металла непосредственно из йода и металла в условиях интенсивного разрушения поверхностных отложений продукта, блокирующих металл и затрудняющих к нему доступ молекулярного йода. Такие условия создаются в бисерной мельнице. Органические среды, в которых молекулярный йод растворим несравнимо лучше, чем в воде (до 0,1 моль/к, а иногда и выше), благоприятствует ускоренному протеканию процесса. А поскольку йодиды в таких средах растворимы весьма плохо, целевой продукт локализуется в твердой фазе уже по ходу процесса и легко отделяется путем фильтрования.

Механическое разрушение поверхностных корок продукта на металле в повышенных температурах не нуждается. Следовательно, повышенные температуры для данного процесса, как и для выделения продукта в твердом виде, в предлагаемом решении не нужны, что делает процесс в целом менее энергоемким и более простым. А поскольку используемый органический растворитель целесообразно без какой-либо дополнительной очистки возвращать в процесс, а раствор йода можно готовить в той же самой бисерной мельнице, можно говорить и о малоотходности предлагаемого решения, а также о простом аппаратурном оформлении.

Изобретение относится к технологии получения йодидов легких металлов, которые находят применение в йодометрическом анализе, различных отраслях промышленности, в медицине, и может быть использовано в производстве минеральных солей. Разработан способ получения йодидов лития и натрия путем практически количественного взаимодействия растворенного в предварительно обезвоженном парафиновом, циклопарафиновом или ароматическом углеводороде, их смесях или простом эфире молекулярного йода с измельченным металлом, взятым в стехиометрическом соотношении с окислителем. Процесс проводят в бисерной мельнице вертикального типа со стеклянным бисером в качестве перетирающего средства при комнатных температурах до полного исчезновения йода в осветленной массе отбираемых проб. По завершении процесса реакционная масса отделяется от стеклянного бисера, после чего отфильтровывается твердая фаза йодида, а фильтрат возвращается в повторный процесс. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса, ускорение его протекания, отказ от температурных воздействий как при проведении химического взаимодействия, так и при выделении целевого продукта. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения йодида щелочного металла путем прямого синтеза из соответствующего металла и йода в среде органического растворителя, отличающийся тем, что растворенный в предварительно обезвоженных органических средах молекулярный йод вводят в контакт с эквивалентным количеством предварительно измельченного или превращенного в дробь металлического лития или натрия, а сам процесс проводят в бисерной мельнице со стеклянным бисером в качестве перетирающего средства при комнатных температурах до полного исчезновения йода в жидкой фазе с последующим отделением стеклянного бисера фильтрованием твердой фазы йодида и возвратом фильтрата в повторный процесс. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют парафиновые, циклопарафиновые и ароматические углеводороды, их смеси, а также простые эфиры.