Способ получения полисульфидов натрия Советский патент 1984 года по МПК C01B17/22 

ю

со

00

О)

Изобретение относится к неорганическому синтезу сульфидных материалов, предназначенных для использования в качестве катодных материалов во вторичных источниках тока, в частности к способу получения полисульфидов натрия.

Известен способ получения полисульфидов натрия путем сплавления сульфида натрия с серой 1.

Недостатки способа т- низкая скорость взаимодействия компонентов и недостаточно высокая чистота получаемых соединений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения полисульфи.дов натрия, включающий прямое взаимодействие элементарных натрия и серы при повышенных температурах. Согласно известному способу натрий расплавляют в органическом растворителе (бензол, толуол), нагреванием последнего до кипения. После чего расплавленный металл с помощью мешалки диспергируют на мелкие капли и добавляют к нему небольшими порциями серу. Полученный продукт освобождают от растворителя отгонкой под вакуумом, фильтруют в расплавленном состоянии через стеклянный фильтр и снова переплавляют. Весь процесс занимает 20-30 ч 2.

Недостатками способа являются длительность процесса и сложность его за счет большого числа операций, использование токсичных и взрывоопасных растворителей.

Цель изобретения - интенсификация и упрощение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения полисульфидов натрия путем взаимодействия предварительно диспергироЕванного расплавленного натрия с элементарной серой при повышенной температуре, расплав натрия с температурой 120-200°С вводят со скоростью 0,01-0,03 мл/с в pacii.uia серы с температурой 250-350°С.

Серу предварительно нагревают в среде инертного газа.

Нижний предел нагрева натрия до 120°С обусловлен необходимостью гарантированного поддержания температуры натрия вышего его точки плавления (98°С), а верхний - 200°С, необходимостью предотвращения взаимодействия натрия с кварцевым стеклом, в котором он содержится, и последующего разрушения делительного устройства. Нижний предел нагрева расплавленной серы до 250°С обусловлен тем, что при более низких температурах сера обладает значительно более высокой вязкостью, что препятствует интенсивному перемешиванию при реакции, я значит, снижает скорость процесса. Кроме того, при более низких температурах образующийся полисульфид может находиться в твердом состоянии, что приводит к неравномерности состава продукта. Верхний предел нагрева расплавленной серы до 350°С обусловлен тем, что при более высоких температурах резко возрастает упругость паров серы, а следова5 тельно, скорость ее испарения. Это приводит к частичным потерям серы, нестабильности состава продукта, а также к возможной блокировке делительного устройства образующимся сульфидом натрия.

Q Скорость введения жидкого натрия по нижнему пределу (0,01 мл/с) ограничена необходимостью достаточно интенсивного протекания процесса взаимодействия реагентов с тем, чтобы значительная часть тепла, выделяющегося при реакции, утилизирова5 лась с целью поддержания рабочей .температуры в зоне реакции. Скорость введения натрия по верхнему пределу (0,03 мл/с) выбирают, исходя из того, что при превышении указанной скорости процесс начинает идти столь интенсивно, что это приводит к перегреву зоны реакции свыше 350°С, а также к значительным локальным перегревам, что приводит к выбросу части непрореагировавшего натрия из зоны реакции на стенки реактора.

5 Взаимодействие натрия с серой при 250350°С позволяет получать полисульфид натрия в расплавленном состоянии, что позволяет избежать блокировки капель натрия твердым продуктом и значительно увеличить скорость реакции взаимодействия, а значит и интенсивность всего процесса. Введение расплавленного натрия через делительное устройство позволяет очищать его от примесей окислов и гидроокисей, которые всегда имеются на его поверхности,

г а следовательно, получать полисульфид более высокой степени чистоты. Этому способствует и отсутствие в предлагаемом способе органическогд растворителя, поскольку полисульфид натрия получается свободнымот продуктов взаимодействия натрия с раство0 рителем, в частности углерода; карбидов натрия и др. Кроме того, уменьшаются загрязнение окружающей среды токсичными органическими растворителями и взрывоопасность производства.

5Предлагаемый способ осуществляется

на установке, включающей делительное устройство из кварцевого стекла с затвором для дозирования жидкого натрия. Делительное устройство с помощью переходной кварцевой трубы и резиновой пробки . диня0 ется с реактором из кварцевого стекла, в Который помещается стакан из кварцевого стекла с серой. Нагрев системы осуществляют с помощью двухсекционной электрической печи с авт 1НОМНОЙ регулировкой силы тока в каждой из секций.

Пример 1. В делительное устройство высотой 250 мм и диаметром 45 мм с капилляром, внутренним диаметром до 1 мм, загружают 46 г натрия, а в нижний реактор (стакан высотой 200 мм и диаметром 45 мм) 96 г серы. Реактор и делительное устройство вакуумируют, заполняют аргоном, помещают в электрическую двухсекционную печь. Реактор с серой в стакане нагревают до 250°С, делительное устройство с натрием - до 120С. С помощью затвора и системы прокачки расплавленный натрий продавливают в жидкую серу со скоростью 0,01 мл/с. Момент реакции фиксируют по яркой вспыщке в нижней части реактора. Процесс проводят в течение 1,5 ч. После окончания синтеза реактор извлекают из печи и охлаждают до комнатной температуры без принудительного охлаждения. После охлаждения разъединяют делительное устройство и реактор, извлекают стакан с полисульфидом. Масса полученного продукта составляет 140 г. Он представляет собой плавленную массу равномерного желтого цвета, без вкраплений; весьма хрупок, легко раскалывается при ударе на куски неодинаковых размеров и формы. Обладает запахом сероводорода, весьма гигроскопичен. Пример 2. Процесс производят в той же последовательности, что и в примере 1. Загружают в делительное устройство около 46 г натрия и в стакан - 96 г серы, затем делительное устройство нагревают до 200°С, а реактор с серой - до 350°С. Расплавленный натрий со скоростью 0,03 мл/с пропускают в жидкую серу. Процесс продолжается в течение 30 мин. Полученный продукт массой в 130 г, в целом, аналогичен описанному в примере 1, но несколько менее хрупок. Пример 3. Процесс производят в той же последовательности, что и в примере 1, Загружают в делительное устройство 46 г натрия и в стакан - 96 г серы, затем делительное устройство нагревают до 160°С, а реактор с серой - до 300°С. Расплавленный натрий пропускают соч скоростью 0,02 мл/с в жидкую серу. Процесс продолжается в течение 1 ч. Полученный продукт массой в 136 г в целом, аналогичен описанному в примере ,1. Таким образом, предлагаемый способ позволяет интенсифицировать процесс получения полисульфидов натрия за счет снижения времени проведения процесса с 20- 30 до 0,5-1,5 ч.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИСУЛЬФИДОВ НАТРИЯ путем взаимодействия предварительно диспергированного расплавленного натрия с элементарной серой при повышенной температуре, отличающийся тем, что, с целью интенсификации и упрощения процесса, расплав натрия с температурой 120-200°С вводят со скоростью 0,01-0,03 мл/с в расплав серы с температурой 250-3500°С. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что серу предварительно нагревают в среде инертного газа.