Способ рафинирования селена

 

Изобретение относится к рафинированию селена и может быть использовано на предприятиях, производящих этот элемент технической и повышенной чистоты. Рафинирование селена осуществляют путем его катодного электровыщелачивания в неразделенном электродном пространстве при катодной плотности тока 500-1000 А/м² и концентрации едкого натра 50-100 г/л с получением селенидных растворов и их последующей аэрацией. Технический результат - улучшение качества селена, повышение выхода по току, упрощение производства, повышение рентабельности производства за счет снижения расхода реагентов и упрощения производства. 1 табл.

Изобретение относится к рафинированию селена и может быть использовано на предприятиях, производящих этот элемент технической и повышенной чистоты.

Известно значительное число химических и физических способов очистки селена (Т. Н. Грейвер, И.Г Зайцева, В.М. Косовер // Селен и теллур. М., Металлургия, 1977, 296 с.; А.А. Кудрявцев // Химия и технология селена и теллура. М., Металлургия, 1968).

Например, сульфитно-циклический способ рафинирования чернового селена, основанный на растворимости элементарного селена в растворах сульфита натрия. Его недостатками являются громоздкость и многооперационность, необходимость дополнительной дистилляции для получения селена высокой чистоты (Д. М. Чижиков, В. П. Счастливый / Селен и селениды. М., Наука, 1964, С. 104-105).

Гидридный способ, основанный на образовании и последующем разложении селенистого водорода и сопутствующих гидридов. Для получения гидридов расплав жидкого селена в кварцевой посуде барботируется водородом при 550-650^oC. К недостаткам способа можно отнести сложность аппаратурного оформления процесса, высокую температуру возгонки, высокую токсичность селеноводорода (Там же. С. 105).

При хлорном способе твердый технический селен обрабатывается газообразным хлором и образующийся жидкий монохлорид селена собирается в приемниках. При последующей перегонке пары полухлористого селена подвергаются гидролизу при взаимодействии с водяными парами с выпадением чистого селена. Существенным недостатком этого способа является использование хлора, обладающего высокой химической агрессивностью и вредностью (Там же. С. 106).

В качестве прототипа изобретения может быть выбрано катодное электровыщелачивание селена из медеэлектролитного шлама, заключающееся в получении щелочных растворов селенида натрия, выделении кристаллов моноселенида при охлаждении растворов, их растворении и последующей аэрации с целью осаждения селена. Процесс реализуется при концентрации щелочи 160- 200 г/л, температуре 70-80^oC, катодной плотности тока 1200-1800 А/м². Катодное и анодное пространство разделено катионитной мембраной МК-40 (М.З. Угорец, Л.С. Пивоварова и др. // Исследования по извлечению селена из медеэлектролитных шламов методом катодной обработки / Труды ХМИ АН КазССР, Алма-Ата, Наука, 1978, т. 28., С. 73-90).

Недостатками данного способа электровыщелачивания применительно к техническому селену являются: 1. Низкий выход по току (30-50%).

2. Громоздкость способа, обусловленная выделением кристаллов ограниченно растворимого моноселенида натрия из щелочного раствора, что требует операций их отделения и растворения, а также приводит к получению разбавленного по селену раствора, поступающего на аэрацию.

3. Осуществление катодного электровыщелачивания с использованием разделенного электродного пространства, необходимого для предотвращения образования слоя аморфного селена на аноде и прерывания процесса, что существенно усложняет реализацию процесса.

4. Выделение при аэрации селенидного раствора более загрязненного селена, что обусловлено различием в поведении примесей в моноселенидных и полиселенидных растворах.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа рафинирования селена, позволяющего улучшить качество селена, повысить выход по току селена, снизить расход реагентов, упростить производство.

Задача решается применением способа рафинирования селена путем его катодного электровыщелачивания с получением селенидных растворов и их последующей аэрацией, отличающегося тем, что катодное электровыщелачивание осуществляют в неразделенном электродном пространстве при катодной плотности тока 500 - 1000 А/м² и концентрации едкого натра 50-100 г/л.

Оптимальность отличительных признаков состоит в следующем: нижний предел (500 А/м²) плотности тока определяет тот минимум, при котором не уменьшается выход селена по току; верхний предел (1000 А/м²) определяется технологической (не повышает выход по току селена) и экономической (высокая стоимость электроэнергии) целесообразностью; нижний предел концентрации едкого натра 50 г/л определяет тот минимум, при котором создаются условия, необходимые для растворения технического селена, формирования устойчивых полиселенидных ионов, а также не уменьшается выход по току селена; верхний предел (100 г/л) определяется технологической (не повышает выход по току селена и качество рафинированного селена) и экономической (высокая стоимость щелочи) целесообразностью; неразделенное электродное пространство при электровыщелачивании обеспечивает образование полиселенида натрия, обладающего, в отличие от моноселенида, значительной растворимостью в щелочном растворе, что позволяет выводить на аэрацию высококонцентрированный по селену раствор.

Способ реализуют следующим образом.

Катод из нержавеющей стали изготовлен в виде чашки, на которую загружается порошок исходного технического селена. В дне катодной чашки имеются отверстия, размер которых подобран так, чтобы твердый материал не проваливался вниз. Дырочное дно катода обеспечивает стекание полиселенидного раствора, обладающего значительной плотностью, в объем под катодом. Токоподводящая катодная штанга покрыта изолирующим материалом, чтобы избежать выделения водорода при разложении щелочи. Анод, изготовленный из нержавеющей стали, имеет форму спирали и располагается над катодом. Верхнее расположение анода и концентрирование под катодом насыщенного полиселенидного раствора исключает анодный разряд полиселенид-ионов и образование на аноде запирающего слоя аморфного селена. Получаемый при катодном электровыщелачивании технического селена полиселенидный раствор с концентрацией по селену 100 - 120 г/л поступал в накопитель, откуда - на аэрацию с целью выделения селена. Содержание примесей в рафинированном селене примерно на 2 порядка меньше, чем в исходном селене технической чистоты. Перечищенный селен по своему составу близок селену марки ОСЧ 15-2 (ТУ-6-09-5013-82).

Изложенное подтверждается следующими примерами.

Пример 1. На катод загружался слой технического селена весом 40 г. Электролитом служил раствор щелочи концентрацией 40-110 г/л. Электровыщелачивание осуществлялось при катодной и анодной плотности тока 750 А/м² в неразделенном электродном пространстве. Выделенный аэрацией из полиселенидного раствора селен анализировался на примеси.

Выход по току селена в оптимальных условиях составлял 100%. Наблюдалось существенное улучшение качества рафинированного селена.

Пример 2. На катод загружался слой технического селена весом 60 г. Электровыщелачивание осуществлялось при вариантной катодной и анодной плотности тока 400-1100 А/м² в неразделенном электродном пространстве. Электролитом служил раствор щелочи с концентрацией 75 г/л.

Пример 3. Сравнение с прототипом.

Примеры, подтверждающие оптимальность признаков, представлены в таблице.

Благодаря применению данного способа рафинирования селена достигается эффект: Технический - улучшение качества селена до высокочистого марки ОСЧ 15-2 (ТУ-6-09-5013-82), повышение выхода по току селена примерно в 2 раза, упрощение производства (сокращение количества операций и применение неразделенного электродного пространства).

Экономический - повышение рентабельности производства за счет снижения расхода реагентов (уменьшение концентрации щелочи и расхода электроэнергии в 1,5-2 раза, отказ от использования разделительных катионитных мембран в электролизере) и упрощения производства.

Формула изобретения

Способ рафинирования селена путем его катодного электровыщелачивания с получением селенидных растворов и их последующей аэрацией, отличающийся тем, что катодное электровыщелачивание осуществляют в неразделенном электродном пространстве при катодной плотности тока 500 - 1000 А/м² и концентрации едкого натра 50 - 100 г/л.

РИСУНКИ

Рисунок 1