СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРСЕНАТА НАТРИЯ Российский патент 2012 года по МПК C01G28/02 C25B1/14 

Изобретение относится к электрохимической технологии и может быть использовано для получения чистого арсената натрия, который может быть использован в качестве антисептика, в производстве стеклянных изделий, при дублении кож и защите кожаных изделий и для обработки музейных экспонатов от порчи.

В связи с объективными причинами, изменившими сырьевую базу России по мышьяку и мышьяксодержащим соединениям, немаловажное значение приобретает проблема использования отходов различных производств для их получения.

Известен способ получения арсенатов путем окисления As (III), содержащегося в пылевидных отходах свинцовых заводов [1-2, 3]. Переменно-токовым электролизом можно перевести (плотность тока 0,1-0,2 А/см²; 40-50°С) в пятивалентное состояние до 90-98% всего трехвалентного мышьяка, находящегося в водных растворах, остающихся после выщелачивания вышеназванных шламов металлургического передела и содержащих 20 г/л NaCl и 20 г/л NaOH. При этом выход по току арсенатов, осаждаемых из отработанного анолита по окончании процесса, составил 95,5%.

Недостатком способа является: использование подогрева и достаточно высокая плотность тока.

Прототипом данного изобретения является получение арсенатов [3-4] путем электролиза водно-щелочных растворов As₂O₃ в многокамерном диафрагменном электролизере с платиновым анодом. В качестве анолита авторы рекомендуют водную смесь, содержащую 50 г/л триоксида мышьяка и 24 г/л Na₂CO₃, а в качестве католита - раствор соды и плотности тока 0,01 А/см². Выход арсената составляет 65% при расходе электроэнергии 6,8 кВт·ч/кг.

Недостатком способа являются: использование чистого триоксида мышьяка, невысокий выход арсената и использование многокамерного электролизера.

Задача изобретения - получение чистого арсената натрия из отработанного гидроксида железа (III), содержащего арсенит и арсенат натрия.

Технический результат - экономичность процесса вследствие использования в качестве одного из реагентов мышьяксодержащих отходов; экономия энергии за счет того, что процесс может идти без нагрева; простота осуществления технологического процесса (процесс одностадийный); безотходная технология за счет практически полной утилизации мышьяка из отработанного осадка гидроксида железа и возможность повторного использования последнего.

Технический результат достигается тем, что для получения арсената натрия, отработанный гидроксид железа (III), содержащий арсенит- и арсенат натрия, обрабатывают 0,5 н. раствором Na₂CO₃ или 0,01 н. раствором гидроксида натрия. В анодную камеру заливают 0,01 н. раствор гидроксида натрия. Плотность тока составляет 0,069 А/см², электрообработку проводят в течение 1,5-3,5 часов в двухкамерном электролизере с анионитовой мембраной (МА-40). Процесс сопровождается переносом через анионитовую мембрану в анодную камеру арсенат - и арсенит-ионов, а последние, окисляясь, переходят в арсенат-ионы.

Сущность способа заключается в электродиализном разделении арсенита и арсената натрия и гидроксида железа. Для выполнения экспериментов использовали лабораторную двухкамерную электролитическую ячейку. Анионитовая мембрана МА-40 разделяла ячейку на катодную и анодную камеры. Материалом анода служила платина, катода - медь. Объем катодной камеры составлял - 225 см³, анодной - 135 см³. В катодной камере находились суспензия отработанного гидроксида железа (III), содержащего As(III) и растворы гидроксида или карбоната натрия, анодная камера заполнялась растворами гидроксида натрия разной концентрации. Процесс электролиза сопровождался переносом через анионитовую мембрану в анодную камеру арсенит-ионов, которые принимают участие в образовании арсената. В католите контролировали мышьяк (III) объемными методами (перманганатометрическое или броматометрическое титрование), в анолите контролировалось содержание мышьяка (V) фотометрическим и весовым методами. Электролиз проводился при разных плотностях тока: от 0,0025 до 0,1 А/см² в течение 1,5-3,5 часов.

Реакции, протекающие на электродах:

на катоде: на аноде: Fe³⁺+→Fe²⁺ AsO₂ ^-+4OH^--2→AsO₄ ^3-+2H₂O   в анолите:   3Na⁺+AsO₄ ^3-→Na₃AsO₄

Пример. Для электродиализа был взят имитат осадка гидроксида железа 25 г, содержащего 78 мг мышьяка (III), и помещен в катодную камеру. Туда же прилили 200 мл 0,01 н. раствора гидроксида натрия. Анодную камеру заполнили 135 мл 0,01 н. раствора гидроксида натрия. Провели электролиз при плотности тока 0,069 А/см². После окончания электролиза в анолите гравиметрическим методом, путем осаждения арсенат ионов в виде арсената магния и аммония, была определена масса Mg₂As₂O₇. Данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 Результаты гравиметрического определения мышьяка (V) в анолите после электродиализа. № Масса тигля, г Масса тигля с осадком, г Найдено, г Данные для расчета относительной погрешности определения, % Масса Mg₂As₂O₇, г Масса As(V), г 1 11,9264 12,0879 0,1615 0,0780 n=3 x=0,0803 г 2 13,6436 13,8113 0,1677 0,0810 Д_отн.=2,56% 3 11,7094 11,8792 0,1698 0,0820

Рассчитаны были некоторые электрохимические показатели. Результаты приведены в таблице 2, где указано влияние состава католита на выход арсената натрия, при анодном окислении мышьяка (III).

Таблица 2 Влияние состава католита на выход арсената натрия при анодном окислении мышьяка (III) V_кат=215 мл; i=0,069 А/см²; анод - Pt; катод - Cu. Состав католита Отраб.Fe(OH)₃+0,5н. Na₂CO₃, t=40°C Отраб.Fe(OH)₃+0,5н. Na₂CO₃ Отраб.Fe(OH)₃+0.01н. NaOH Выход Na₃AsO₄, % по току 82,4 60,0 95,2 по веществу 95,6 95,4 96,8 Расходный коэффициент по энергии, кВт·ч/кг 2,05 2,94 7,9

Из таблицы 2 следует, что лучшие результаты получаются с растворами гидроксида натрия.

Таким образом, нами установлена возможность получения практически чистого арсената натрия из отработанного гидроксида железа (III), содержащего арсенат натрия.

В результате электродиализа в катодной камере гидроокись железа переходит в гидрозакись железа, которую можно собирать в отдельные накопители и на воздухе она превращается в гидроксид железа (III) по следующему уравнению:

4 Fe(OH)₂+2H₂O+O₂→4 Fe(ОН)₃,

А последнюю в дальнейшем можно использовать как сорбент.

Преимуществами данного способа является:

- простота осуществления технологического процесса (процесс одностадийный);

- экономичность за счет использования мышьяксодержащих отходов; достаточно высокая степень чистоты получаемого конечного продукта.

Преимуществами данного способа является:

- простота осуществления технологического процесса (процесс одностадийный);

- экономичность за счет использования мышьяксодержащих отходов; достаточно высокая степень чистоты получаемого конечного продукта.

- экономичность процесса вследствие использования в качестве одного из реагентов мышьяксодержащий отход;

- экономия энергии за счет того, что процесс может идти без нагрева;

- простота осуществляемого технологического процесса;

- безотходная технология за счет практически полной утилизации мышьяка из отработанного осадка гидроксида железа и возможность повторного использования последнего.

Полученный арсенат натрия может применяться в медицине при малокровии, в сельском хозяйстве как средство борьбы с вредителями культурных растений и как исходное сырье для получения мышьяксодержащих соединений.

Источники информации

1. А.с.223068 (СССР) // Бюл. изобр. 1968.№24.

2. Шульгин Л.П., Кузьмин Ю.А. // Цветные металлы. 1971. №4. С.36.

3. А.с. 542772 (СССР) // Бюлл. изобр. 1977. №2.

4. Томилов А.П., Сметанин А.В., Черных И.Н., Смирнов М.К. Электродные процессы с участием мышьяка и его неорганических соединений. // Электрохимия. 2001. Т.37. №10. C.1157-1172.

Изобретение может быть использовано для получения чистого арсената натрия, применяемого в качестве антисептика, в производстве стеклянных изделий, при дублении кож и защите кожаных изделий и для обработки музейных экспонатов от порчи. Способ получения арсената натрия включает электролиз водно-щелочных растворов. Проводят электродиализное разделение гидроксида железа (III) от арсенита и арсената натрия, при этом отработанный гидроксид железа, содержащий арсенит и арсенат натрия, обрабатывают 0,5 н. раствором Na₂CO₃. В анодную камеру заливают 0,01 н. раствор гидроксида натрия, плотность тока устанавливают 0,069 А/см². Процесс протекает в двухкамерном электролизере с анионитовой мембраной в течение 1,5 ч. Изобретение позволяет упростить процесс получения арсената натрия, повысить чистоту получаемого продукта на основе безотходной технологии за счет утилизации мышьяка из отработанного осадка гидроксида железа. 2 табл., 1 пр.

Способ получения арсената натрия, включающий электролиз водно-щелочных растворов, отличающийся тем, что проводят электродиализное разделение гидроксида железа (III) от арсенита и арсената натрия, при этом отработанный гидроксид железа, содержащий арсенит и арсенат натрия, обрабатывают 0,5 н. раствором Nа₂СО₃, в анодную камеру заливают 0,01 н. раствор гидроксида натрия, плотность тока устанавливают 0,069 А/см², а процесс протекает в двухкамерном электролизере с анионитовой мембраной в течение 1,5 ч.