СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОТОПНО-ОБОГАЩЕННОГО ГЕРМАНИЯ Российский патент 2006 года по МПК C01G17/02 C22B41/00 

Изобретение относится к способу получения изотопно-обогащенного германия. Изотопы германия используют в ядерно-физических и медико-биологических исследованиях.

Известен способ получения германия, применяемый в промышленности, в котором основным исходным соединением для производства германия служит диоксид германия, получаемый, в свою очередь, гидролитическим разложением очищенного тетрахлорида германия (В.М.Андреев, А.С.Кузнецов, Г.И.Петров, Л.Н.Шигина. Производство германия. - М.: Металлургия, 1969, с.62-67; А.Н.Зеликман, Б.Г.Коршунов. Металлургия редких металлов. - М.: Металлургия, 1991, с.264-270).

Тетрахлорид германия - жидкость, гидролизуется водой до диоксида германия и HCl. Согласно способу (А.Н.Зеликман, Б.Г.Коршунов. Металлургия редких металлов. - М.: Металлургия, 1991, с.264-270) процесс гидролиза ведут с обеспечением заданных параметров: концентрации HCl, температуры, режима введения в аппарат реагирующих веществ и перемешивания. Получают гидратированный диоксид германия в виде осадка, легко отделяющегося от маточного раствора, который фильтруют, промывают водой, спиртом и сушат. Восстановление германия из диоксида германия ведут чистым осушенным водородом при температуре выше 600°С, преимущественно при 650-685°С.

В технологии разделения и обогащения изотопов германия рабочим веществом является тетрафторид германия.

Задача изобретения состоит в разработке способа получения изотопно-обогащенного германия с использованием в качестве исходного соединения тетрафторида германия.

Тетрафторид германия - газ. Гидролиз тетрафторида германия известен (В.А.Назаренко. Аналитическая химия германия. Серия: Аналитическая химия элементов. - М.: Наука, 1973, с.24). Тетрафторид германия растворяется в воде с образованием гексафторгерманиевой кислоты и «желатинозной GeO₂» (растворимой гексагональной модификации) согласно уравнению:

3GeF₄+2Н₂O→GeO₂+2Н₂GeF₆

Получить с высоким выходом диоксид германия из смеси GeO₂+H₂GeF₆ оказалось затруднительным. При выделении GeO₂ из смеси GeO₂+Н₂GeF₆ потери германия составляли до 40%.

Задачу изобретения решают тем, что в способе получения изотопно-обогащенного германия изотопно-обогащенную фракцию тетрафторида германия растворяют в смеси этилового спирта и четыреххлористого углерода в присутствии комплексообразователя, к полученной смеси добавляют пероксид водорода, азотную кислоту и упаривают досуха, сухой остаток прокаливают и направляют на восстановление водородом.

В качестве комплексообразователя используют лимонную кислоту.

Тетрафторид германия и лимонную кислоту берут в весовом соотношении 1:(5-7).

Этиловый спирт и четыреххлористый углерод используют в объемном соотношении 1:1.

Азотную кислоту и пероксид водорода используют в мольном соотношении 1:(1,2-1,5).

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

В способе в качестве комплексообразователей (соединений, образующих комплексные соединения с германием) можно использовать лимонную, винную, малоновую, молочную кислоты.

Пример 1.

Фракцию тетрафторида германия, содержащую не менее 99,0% изотопа германия-76, растворяют в смеси этилового спирта и четыреххлористого углерода (1:1), содержащей лимонную кислоту, являющуюся комплексообразователем. При этом тетрафторид германия и лимонную кислоту берут в весовом соотношении 1:5.

К полученному раствору в реактор приливают заданное количество раствора пероксида водорода и содержимое реактора переводят в стеклоуглеродную чашку. Добавляют заданное количество концентрированной азотной кислоты. Мольное соотношение азотной кислоты и пероксида водорода составляет 1:1,2.

Полученную смесь выдерживают при повышенной температуре до прекращения бурного выделения пузырьков газа и затем упаривают досуха. Сухой коричневый остаток, представляющий собой, по-видимому, органическое соединение германия, прокаливают при температуре 850-900°С. Получают продукт белого цвета - диоксид германия GeO₂.

Затем GeO₂ восстанавливают до элемента в токе водорода при температуре 650-685°C.

Выход изотопно-обогащенного германия составляет не менее 97%, химическая чистота 99,9%.

Пример 2.

Способ осуществляют, как описано в примере 1, только тетрафторид германия и лимонную кислоту берут в весовом соотношении 1:7, а мольное соотношение азотной кислоты и пероксида водорода составляет 1:1,5. Выход изотопно-обогащенного германия составляет не менее 97%, химическая чистота 99,9%.

Пример 3.

Фракцию тетрафторида германия, содержащую не менее 99,0% изотопа германия-76, растворяют в смеси этилового спирта и четыреххлористого углерода (1:1), содержащей малоновую кислоту. При этом тетрафторид германия и малоновую кислоту берут в весовом соотношении 1:13.

К полученному раствору в реактор приливают заданное количество раствора пероксида водорода и содержимое реактора переводят в стеклоуглеродную чашку. Добавляют заданное количество концентрированной азотной кислоты. Мольное соотношение азотной кислоты и пероксида водорода составляет 1:1,35.

Полученную смесь выдерживают при повышенной температуре до прекращения бурного выделения пузырьков газа и затем упаривают досуха. Сухой коричневый остаток прокаливают при температуре 850-900°С. Получают продукт белого цвета - диоксид германия GeO₂.

Затем GeO₂ восстанавливают до элемента в токе водорода при температуре 650-685°С.

Выход изотопно-обогащенного германия составляет около 80%, химическая чистота 99,9%.

Пример 4.

Способ осуществляют, как описано в примере 3, только в качестве комплексообразователя используют винную кислоту, тетрафторид германия и винную кислоту берут в весовом соотношении 1:10. Выход изотопно-обогащенного германия составляет около 90%, химическая чистота 99,9%.

Изобретение может быть использовано в ядерно-физических и медико-биологических исследованиях. Способ получения изотопно-обогащенного германия заключается в том, что изотопно-обогащенную фракцию тетрафторида германия растворяют в смеси этилового спирта и четыреххлористого углерода в присутствии комплексообразователя, например лимонной кислоты. К полученному раствору добавляют раствор пероксида водорода, азотную кислоту и упаривают досуха. Сухой остаток прокаливают и направляют на восстановление до германия водородом. Выход германия составляет не менее 97%, химическая чистота 99,9%. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ получения изотопно-обогащенного германия, заключающийся в том, что изотопно-обогащенную фракцию тетрафторида германия растворяют в смеси этилового спирта и четыреххлористого углерода в присутствии комплексообразователя, к полученному раствору добавляют раствор пероксида водорода, азотную кислоту и упаривают досуха, сухой остаток прокаливают и направляют на восстановление водородом.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве комплексообразователя используют лимонную кислоту.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что тетрафторид германия и лимонную кислоту берут в весовом соотношении 1:(5-7).4. Способ по п.1, отличающийся тем, что этиловый спирт и четыреххлористый углерод используют в объемном соотношении 1:1.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что азотную кислоту и пероксид водорода используют в мольном соотношении 1:(1,2-1,5).