Способ амальгамирования металлов

 

Изобретение относится к амальгамированию металлов. Цель изобретения - сокращение времени процесса. Предлагаемый способ включает многократное циклическое электрохимическое осаждение амальгамы щелочного или щелочноземельного металла на катоде в перемешиваемом растворе, содержащем соединение ртути, ионы щелочного или щелочноземельного металла, минеральную кислоту (соляную или азотную ), до рН 1-3 с последующим непосредственным окислением амальгамы на катоде в том же растворе при осуществлении обеих операций в потенциостатическом режиме при напряжении от -3 до -6 В для осаждения амальгамы и от -ОИ до -0,3 В для ее окисления . Проведение окисления амальгамы на катоде непосредственно после ее осаждения , ведение процесса в потенциостатическом режиме при перемешивании раствора и дополнительное введение в раствор минеральной кислоты до рН 1-2 позволяют наносить на амальгамируемые металлы сплошной слой ртути толщиной порядка мм. 1 з.п.ф-лы, 2 табл. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (я}я С 25 0 3/54

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

I .е

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4451008/02 (22) 28.06.88 (46) 30.09.91. Бюл, М 36 (71) Институт коллоидной химий и химии воды им.А.МнДуманского (72) А.Л.Маковецкий (53) 621,357.7: 669.791(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 840206, кл. С 25 D 3/54, 1979.

Патент Великобритании М 1049810, кл. С 7 В, 1966. (54) СПОСОБ АМАЛЬГАМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к амальгамированию металлов. Цель изобретения — сокращение времени процесса, Предлагаемый способ включает многократное циклическое электрохимическое осаждение амальгамы щелочного или щелочноземельного металла

Изобретение относится к амальгамированию металлов и может быть использовано, в частности, при изготовлении ртутных поля рографических электродов.

Цель изобретения — сокращение времени процесса.

Предлагаемый способ иллюстрируется примерами, представленными в табл.1.

Как видно из данных табл.1, предлагаемый способ позволяет сократить время проведения процесса в 12 раз.

Согласно способу процесс амальгамирования осуществляют следующим образам.

„„. Щ „„1680805 А1 на катоде в перемешиваемом растворе, содержащем соединение ртути, ионы щелочного или щелачноземельнаго металла, минеральную кислоту (соляную или азотную), до рН 1 — 3 с последующим непосредственным окислением амальгамы на катоде в там же растворе при осуществлении обеих операций в потенциостатическом режиме при напряжении от-3 до-6 В для осаждения амальгамы и от -0„1 до -0,3 В для ее окисления. Проведение окисления амальгамы на катоде непосредственно после ее осаждения, ведение процесса в потенциостатическом режиме при перемешивании раствора и дополнительное введение в раствор минеральной кислоты до рН 1 — 2 позволяют наносить на амальгамируемые металлы сплошной слой ртути толщиной порядка 10 мм. 1

-3 з.п.ф-лы, 2 табл.

Электролизер заполняют раствором кислоты, содержащим катионы щелочного или щелочноземельного металла и ртути, Образец погружают в раствор и используют в качестве катода, анод выполняют из платины. Раствор перемешивают, и электролиэер подключают к источнику электрического питания. Электролиз ведут при периодиче- а ски изменяющемся потенциале: сначала устанавливают потенциал катода от -3 до -б В для восстановления на нем катионов ртути и катионов щелочного и щелочноземельного металлов, после чего потенциал катода повышают до "íà÷åíèÿ от -0,1 до -0,3 В, при котором восстанавливаются только ионы

1680805 ртути. Практически это достигается тем, что выходное напряжение источника питания состоит из постоянной и импульсной составляющих. Предусматривается, что в паузе между импульсами постоянная составлящая вызывает восстановление на катоде только катионов ртути, а воздейстwe импульса вызывает также восстановление катионов щелочного или щелочноземельного металла. Длительность операции осаждения амальгамы щелочного или щелочноземельного металла (длительность катодных импульсов) выбирают в диапазоне 10 -10 с,,а отношение длительностей операции окисления амальгамы и осаждение амальгамы — в интервале

2-1000, что обеспечивает быстрое и качественное амальгамирование образца.

В предлагаемом способе используют два режима электролиза, Первый режим предназначен для получения амальгамы щелочного(щелочноземельного) металла на амальгамируемой поверхности. СледоватОльно, в этом случае электрические параметры режима обеспечивают одновременное восстановление на катоде ионов ртути и щелочного (щелочноземельного) металла. Значение напряжения, при котором восстанавливаются названные ионы, зависит не только от качественного, но и количественного состава электролита, Поэтому в каждом случае для выбора конкретного значения напряжения следует пользоваться табличными данными, например значениями потенциала полярографической полуволны.

Второй режим электролиза используют одновременно для окисления амальгамы щелочного металла и восстановления катионов ртути, Так как потенциал окисления амальгамы щелочного металла и потенциал восстановления катионов ртути также зависят от качественного и количественного состава электролита, то значение параметра этого режима необходимо определять также по табличным данным, например по значениям потенциала полярографической полуволны, Длительность операции нанесения амальгамы выбирают такой, чтобы на амальгамируемой поверхности образовалась жидкая амальгама щелочного (щелочноземельного) металла. Длительность операции окисления выбирают достаточной для разложения амальгамы, чтобы исключить систематическое повышение концентрации амальгамы в ходе амальгамирования, 1ак 3ê последнее може приводить к образованию насыщенной (THpрдой) амальгамы.

Перемешивание раствора способствует более быстрому удалению пузырьков газа с амальгамируемой поверхности на обеих стадиях процесса и устраняет изменения

5 рН раствора вблизи амальгамируемой поверхности в ходе амальгамирования.

Указанный в табл.1уиапазон концентрации ионов ртути 10 — 10 моль/дм, а ионов щелочного (щелочноземельного) ме10 талла 10 — 10 моль/дм позволяет наносить на амальгамируемую поверхность тонкий (толщиной порядка 10 мм) слой ртути, что важно при изготовлении ртутных пленочных электродов.

15 Для осуществления способа можно использовать обычные полярографические приборы, так как подавляющее большинство их имеет потенциометрический режим включения электрохимической ячейки. В

20 представленных примерах амальгамирования осуществляют непосредственно в электрохимической ячейке полярографического прибора (хронопотенциометра), для чего подложку измерительного полярографиче25 ского электрода, представляющую собой торец впаянной в стеклянный капилляр платиновой проволоки диаметром 0,1 мм, обезжиривают (например, ацетоном), промывают концентрированной азотной кисло30 той, споласкивают дистиллятором и закрепляют в патроне мешалки трехэлектродной электрохимической ячейки. Последнюю заполняют подкисленными соляной или азотной кислотой до рН 1-2 раствором, 35 содержащим 2 . 10 M Нц(МОз)2 и 10 M

NaCI. Включают мешалку электрохимической ячейки и термостатируют ее до 30 М.

Анод (вспомогательный электрод электрохимической ячейки) изготовлен из платины

40 и имеет площадь 1 см; электрод сравнения — насыщенный хлорсеребряный; катодом включают подложку измерительного полярографического электрода, Электрохимическую ячейку подключают к

45 хронопотенциометру и осуществляют электролиз в течение 4 мин по предлагаемому способу, Ртутный пленочный измерительный электрод после промывки его дистиллято50 ром готов для выполнения полярографического анализа.

Исследование электрода микроскопом показали, что на подложке измерительного электрода имеется сплошная (без дефектов)

55 пленка ртути.

Изготовленный ртутный измерительный полярографический электрод используют для инверсионно-хронопотенциометрического определения переходного времени (т,) свинца при его содержании в

1680805

Таблица !

I 1

Условия проведения процесса

Г Ч 7

4> (5

6 )! 8 "9(иэвестный7

Катодная плотность тока, >ч(/см

330

Потенциал охла>снего>я амальгамы, В

-3 5

Нотенцнал окисления амальгамы> В

-0,2

-0,1

-0,2

-0,2

-0,2

-0,2

-0,3

-О, 1 рН раствора

1,5

1,5

Концентрация ионов ртути (11), моль/лм

2 10 2 IO

2 ° 10

2.10 Э

2.10 л

lO

0,!6

10 (натрий) Концентрация ионов щелочного (щелочноэемельного) металла, юль/дм>

10 (кальцн>>) 10. (иатрий) 10

1натрий) 10 л (натрий) S.IO (магний) 10 (натрий) 10 (натрий) 0,7 (натрий) Температура раствора> С

30

30

30

Однократная длительность операции осахдения амальгамы, с

2.10

2 10.> 2 1О.т 5,10 -> 10

10 э

2 10+ ЬО

Однократная длительность операции окисления ртути, с

8 10 ь

8 10

9,9995.10 1,9 IO 9.10 "

810 90 к

4 .10

1,9 10

Число повторения операции нанесения и окисления амальэ

2,4 10 1,8 10 1>2 10 1,5. 10 2,4 ° IO 1,5-10 6 10 10 8

Суммарное время осавдения амапьга>а> ° c

6. 10

ЗЬ

15

480

20

Суммарное время окисления амальгамы, с

144

192

119,994

285

240

285

192

720

Суммарное время амальгамирования обраэця, с

240

12.00

120

300

240

300

300

100

180

Амальгамируемь>й материал

Платина Платина

Никель

Платиноиридиевый сплав

Платина

Платина

Платина

Никель

Охисление амальгаэл проводят путем обработки ее водой после навлечения элехтроды нэ ванны. растворе 0,1 мг/дм (измерения выполнены с помощью хронопотенциометра), Результаты 30 последовательных измерений значения tI представлены в табл.2.

По этим данным найдены среднее зна- 5 чение tI4 (141 мс) и относительное стандартное отклонение (1,8 ), Полученное значение относительного отклонени)1 (обычно в полярографии оно составляет менее 3-5ь) подтверждает возможность ис- 10 пользования предлагаемого способа амальгамирования металлов для изготовления ртутных полярографических электродов на металлических подложках, Предлагаемый способ для изготовления 15 полярографических электродов позволяет варьировать время электролиза, регулировать в широких пределах толщину ртутного покрытия и получать сплошную пленку ртути толщиной порядка 10 з мм. 20

Кроме того, данный способ позволяет не только сократить затраты времени на процесс, но и эа счет проведения амальгамирования и окисления на катоде в одном и том же растворе в потенциостатическом ре- 25 жиме существенно упростить его автоматизацию.

Формула изобретения

1. Способ амальгамирования металлов, включающий многократное циклическое электрохимическое осаждение амальгамы щелочного или щелочноэемельного металла на катоде из раствора, содержащего соединение ртути, ионы щелочного или щелочноземельного металла, с последующим ее окислением, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени процесса, окисление амальгамы проводят на катоде непосредстенно после амальгамирования в том же растворе, причем обе операции осуществляют в потенциометрическом режиме при напряжении от-3 до -6 В для осаждения амальгамы и от -0,1 до -0,3 В для ее окисления при перемешивании раствора, в который дополнительно вводят минеральную кислоту до рН 1 — 2, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве минеральной кислоты вводят соляную или азотную кислоту.

1680805

7аблида 2!!онер ияиереиия 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ll !2 13 14 !5 !6 ис 14 1 142 !39 143 139 139 138 139 139 142 139 142 144 !43 138 145!!родоляеиие табл. 2

Н лер ияиp18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 реиия

142 140 142 141 142 138 147 138 144 136 142 144 140 145

Составитель Е.Кубасова

Техред M.Moðãåíòàë Корректор С,Черни

Редактор M.Ïåòðîâà

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3288 Тираж Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5