СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ТАЛЛИЯ И ОКСИДА ТАЛЛИЯ (III) Российский патент 2009 года по МПК C01G15/00 

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

Известен 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 двуокисью серы, неоднократное осаждение таллия в виде хлорида таллия и электролитическое выделение таллия из очищенного раствора сульфата таллия. (Руководство по препаративной неорганической химии под редакцией Г.Бауэра. - М.: Иностранная литература, 1956 г., с.408).

Основным недостатком способа при использовании его для получения дорогостоящего изотопно-обогащенного таллия является то, что он не обеспечивает выделение таллия без существенных потерь.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ получения металлического таллия растворением его в разбавленной азотной кислоте, получение концентрированного раствора сульфата таллия, очистка раствора от примесей, осаждение галогенида таллия в виде иодида таллия, растворение его в серной кислоте, электролитическое выделение таллия из очищенного раствора сульфата таллия (патент РФ № 2254391, МПК7 С22В 61/00, 3/04), а также способ получения оксида таллия (III), включающий получение азотнокислого раствора таллия, окисление таллия (I) до таллия (III), осаждение гидрата окиси таллия, его промывку, отфильтровывание и дегидратацию. При этом способе окисление таллия (I) до таллия (III) проводят добавлением концентрированной соляной кислоты при соотношении V_HCl:V_HNO3, равном 3:1. Выдерживают раствор при 80-90°С, гидрат окиси осаждают аммиаком, дегидратацию проводят при 200-300°С (патент РФ № 2162442, МПК7 С01G 15/00). Основными недостатками способа являются:

- сложность и длительность технологического процесса;

- значительный расход дорогостоящих реактивов, таких как иодид калия, сернокислый гидразин;

- образование большого количества фильтратов (37 литров на 1 грамм продукта) с высоким солевым фоном и борной кислотой;

- выброс в атмосферу большого количества паров азотной, соляной кислот.

Технической задачей изобретения является получение оксида таллия (III) и таллия металлического, содержащих минимальное количество примесей, при минимальных потерях таллия на всех стадиях химической переработки.

Поставленная задача достигается тем, что загрязненный металлический таллий растворяют в разбавленной серной кислоте, концентрируют раствор упариванием до содержания таллия 60-80 г/л и свободной серной кислоты 90-100 г/л, проводят очистку от меди, серебра и олова осаждением их в виде сульфидов, далее проводят электролитическое выделение таллия, катодный металл растворяют в азотной кислоте, нейтрализуют раствор гидрооксидом калия до РН 10, разбавляют до концентрации по таллию 80 г/л и проводят электролитическое выделение металлического таллия на катоде при катодной плотности тока 3 А/см² (стабилизированный источник тока), а на аноде - оксида таллия (III) при анодной плотности тока 1 А/см².

Заявленное техническое решение обеспечивает высокую степень очистки от примесей при минимальных потерях на всех стадиях химической переработки, позволяет решить задачи по упрощению технологического процесса, уменьшению количества используемых химических реактивов, снижению экологической опасности процесса за счет уменьшения образования фильтратов и загрязнения воздушной среды.

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

Сопоставительный анализ заявленного технического решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков не известна для специалиста в данной области техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию «изобретательский уровень».

Предложенный способ одновременного получения металлического таллия и оксида таллия (III) реализовали следующим образом.

Пример 1

90 г металлического таллия, содержащего около 10% примесей, в том числе медь, железо, бор, хром, свинец, серебро, кальций, никель, натрий, растворили в серной кислоте (1:20). Полученный раствор с концентрацией по таллию 8.75 г/л упарили до концентрации 60 г/л. Раствор охладили, отфильтровали борную кислоту, высушили ее при 100°С.

Проанализировали борную кислоту на содержание таллия. Оно составило менее 0.1%.

Раствор вновь упарили до концентрации таллия 60 г/л, в растворе осадили сульфиды тяжелых металлов, пропуская газообразный сероводород в течение 40 минут, отфильтровали осадок примесей. Раствор упарили до концентрации таллия 80 г/л.

В сернокислом растворе таллия методом прямого титрования раствором гидроксида калия определили содержание свободной серной кислоты. Оно составило 90.3 г/л.

Из сернокислого раствора провели электролитическое осаждение металлического таллия при плотности тока 3 А/см².

Промыли катодный металл деионизованной водой и проанализировали на содержание примесей масс-спектральным методом. Суммарное содержание примесей составило 0.0016%.

Катодный металл растворили в азотной кислоте (1:1) из расчета 1.5 мл азотной кислоты на 1 г таллия, разбавили до концентрации по таллию 80 г/л, добавили гидроксид калия до РН 10.

Пример поясняет чертеж, где изображена схема одновременного получения металлического таллия и таллия (III). Раствор таллия поместили в анодное пространство ячейки, в катодном пространстве в качестве вспомогательного использовался раствор гидроксида калия концентрации 24 г/л. При плотности тока 0.25 А/см² на аноде 2 осадили оксид таллия (III) 1, отфильтровали, промыли его деионизованной водой, высушили при 120°С и проанализировали на содержание примесей масс-спектральным методом. Суммарное содержание примесей составило 0.0006%. На катоде 3 осадили металлический таллий 4, отфильтровали, промыли деионизованной водой, высушили на воздухе и проанализировали на содержание примесей масс-спектральным методом. Суммарное содержание примесей составило 0.0005%. Потери таллия при очистке составили 0.8%.

Пример 2

Металлический таллий и оксид таллия (III) выделили способом, описанным в примере 1, но осаждение оксида таллия (III) на аноде проводили из раствора таллия с содержанием таллия 80 г/л при плотности тока i_a=0.45 А/см².

Суммарное содержание примесей в металлическом таллии составило 0.0201%, в оксиде таллия (III) составило 0.0009%. Потери таллия при очистке составили 0.4%.

Пример 3

Металлический таллий и оксид таллия (III) выделили способом, описанным в примере 1, но осаждение оксида таллия (III) проводили из раствора с содержанием таллия 80 г/л при плотности тока i_a=1 А/см².

Суммарное содержание примесей в металлическом таллии составило 0.009%, в оксиде таллия (III) составило 0.0007%, потери таллия при очистке составили 0.6%.

Пример 4

Металлический таллий и оксид таллия (III) выделили способом, указанным в примере 1, но осаждение оксида таллия (III) проводили из раствора с содержанием таллия 60 г/л, при плотности тока i_a=1 А/см².

Суммарное содержание примесей в металлическом таллии составило 0.007%, в оксиде таллия (III) составило 0.0007%, потери таллия при очистке составили 0.9%.

Пример 5

Металлический таллий и оксид таллия (III) выделили способом, описанным в примере 1, но осаждение оксида таллия (III) проводили из раствора таллия с содержанием таллия 50 г/л, при плотности тока на аноде 1 А/см².

Суммарное содержание примесей в металлическом таллии составило 0.0041%, в оксиде таллия (III) составило 0.0016%, потери таллия при очистке составили 4.1%.

Пример 6

Металлический таллий и оксид таллия (III) выделили способом, описанным в примере 1, но осаждение оксида таллия (III) проводили из раствора таллия с содержанием таллия 90 г/л, при плотности тока на аноде 1 А/см².

Суммарное содержание примесей в металлическом таллии составило 0.0023%, в оксиде таллия (III) составило 0.0025%, потери таллия при очистке составили 2.6%.

Пример 7 Металлический таллий и оксид таллия (III) выделили способом, описанным в примере 1, но осаждение оксида таллия проводили на аноде из раствора, нейтрализованного гидрооксидом калия до рН 2, при плотности тока на аноде 1 А/см², содержание таллия в растворе составило 80 г/л.

Суммарное содержание примесей в металлическом таллии составило 0.0018%, в оксиде таллия (III) составило 0.0031%, потери таллия при очистке составили 15.8%.

Пример 8

Металлический таллий и оксид таллия (III) выделили способом, описанным в примере 1, но осаждение металлического таллия на катоде проводили из раствора с содержанием таллия 80 г/л, при плотности тока на катоде 0.05 А/см².

Суммарное содержание примесей в металлическом таллии составило 0.0011%, в оксиде таллия (III) составило 0.0048%, потери таллия при очистке составили 0.8%.

Пример 9

Металлический таллий и оксид таллия (III) выделили способом, описанным в примере 1, но осаждение металлического таллия на катоде проводили из раствора с содержанием таллия 80 г/л, при плотности тока на катоде 0.04 А/см².

Суммарное содержание примесей в металлическом таллии составило 0.0019%, в оксиде таллия (III) составило 0.0035%, потери таллия при очистке составили 2.9%.

Пример 10

Металлический таллий и оксид таллия (III) выделили способом, описанным в примере 1, но осаждение металлического таллия на катоде проводили из раствора с содержанием таллия 80 г/л, при плотности тока на катоде 3.5 А/см². Суммарное содержание примесей в металлическом таллии составило 0.0009%, в оксиде таллия (III) - 0.0041%, потери таллия при очистке составили 2.8%.

Полученные результаты показали, что предложенное техническое решение обеспечивает высокую степень очистки таллия от примесей.

Техническим результатом внедрения предлагаемого способа является сокращение числа операций, снижение расхода дорогостоящих реактивов, исключение сброса вредных веществ в канализацию, увеличение производительности труда.

Предложенный способ позволяет использовать стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы. Способ отвечает и экологическим требованиям, так как способствует уменьшению образования фильтратов и загрязнения воздушной среды.

Изобретение может быть использовано в технике для получения источников β-излучения и в медицине при изготовлении препаратов для диагностики болезней сердца и мозга. Металлический таллий, содержащий примеси других элементов, растворяют в серной кислоте с концентрацией 90-100 г/л. Раствор упаривают, охлаждают и отфильтровывают осадок. Полученный раствор, содержащий сульфат таллия, фильтруют и упаривают. Через раствор пропускают газообразный сероводород и осаждают сульфиды тяжелых металлов. Электролизом выделяют металлический таллий. Полученный металл растворяют в азотной кислоте и разбавляют водой до концентрации таллия 60-80 г/л. Добавляют гидроксид калия до рН 10. Электролитическим способом осаждают на аноде оксид таллия (III) и металлический таллий на катоде. Плотность тока на аноде 0,25-1,00 А/см², на катоде соответственно 0,05-3,00 А/см². Изобретение позволяет получить оксид таллия и металлический таллий с содержанием примесей не более 0,0048%, обеспечить выход целевого продукта от 84,2 до 99,6%, уменьшить образование фильтратов и загрязнение окружающей среды. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ одновременного получения металлического таллия и оксида таллия (III), включающий растворение загрязненного металла в разбавленной серной кислоте, получение концентрированного раствора сульфата таллия, очистку раствора от примесей, электролитическое выделение таллия из раствора сульфата таллия, получение азотнокислого раствора таллия, создание в растворе щелочной среды, окисление на аноде таллия (I) до таллия (III) и осаждение оксида таллия (III), и осаждение на катоде металлического таллия, отличающийся тем, что растворение загрязненного металла проводят в растворе серной кислоты с концентрацией 90-100 г/л, окисление таллия (I) до таллия (III) и осаждение оксида таллия (III) проводят на аноде, выделение металлического таллия - на катоде, из раствора, содержащего 60-80 г/л таллия, нейтрализованного гидроксидом калия до рН 10.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окисление таллия (I) до таллия (III) проводят при анодной плотности тока 0,25-1,00 А/см², осаждение металлического таллия - при катодной плотности тока 0,05- 3,00 А/см².