Способ получения оксида таллия (iii)

 

Использование: выделение и очистка таллия, в том числе изотопно-обогащенного, полученного методом электромагнитной сепарации. Сущность изобретения: чистый металлический таллий растворяют в концентрированной азотной кислоте. Добавлением концентрированной соляной кислоты при соотношении , равном 3 : 1, и выдерживанием раствора при 80 - 90°С до обесцвечивания проводят окисление таллия (I) до таллия (III). Добавлением аммиака осаждают гидрат оксида таллия. После промывания и отфильтровывания проводят дегидратацию Tl₂O₃ · xH₂O при 200 - 300°С. Способ позволяет выделить 99,6 - 99,8% таллия в виде оксида. Способ позволяет использовать стандартное оборудование, доступные реактивы и потреблять незначительное количество электроэнергии.

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

Задачей выделения и очистки изотопно-обогащенного таллия является максимально полное извлечение его на всех стадиях химической переработки и получение чистого конечного продукта в виде оксида Tl₂O₃, содержащего минимальное количество примесей, в том числе галогенид-ионов.

Оксид таллия (III) получают дегидратацией гидрата оксида Tl₂O₃ · xH₂O, для выделения которого необходимо провести предварительное окисление таллия (I) до таллия (III).

Известен способ окисления таллия (I) в таллий (III) в кислом растворе в присутствии ионов галогена и соединения переходного металла (патент РФ N 983058, МПК⁷ C 01 G 15/00). Основным недостатком этого способа является использование брома, отделение которого от гидрата оксида таллия затруднено. Как показывают экспериментальные результаты, при применении брома в качестве окислителя таллия (I), его содержание в Tl₂O₃ составляет 0,5...2%, что не соответствует требованиям, предъявляемым к чистоте изотопно-обогащенного оксида.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения оксида таллия Tl₂O₃ ("Руководство по неорганическому синтезу под ред. Г. Брауэра, том 3, изд-во "Мир", Москва, 1985), включающий получение азотнокислого раствора таллия, нейтрализацию его гидроксидом калия, окисление таллия (I) до таллия (III) и осаждение гидрата оксида таллия насыщением полученного раствора газообразным хлором, промывку, отфильтровывание и дегидратацию Tl₂O₃ · xH₂O при 90...330^oC.

Основным недостатком этого способа при использовании его для получения оксида изотопно-обогащенного таллия является использование газообразного хлора при окислении таллия (I) до таллия (III), что нецелесообразно с экологической точки зрения и значительно усложняет аппаратурное оформление процесса. К тому же использование гидроксида калия приведет к загрязнению изотопно-обогащенного вещества трудноотделяемым калием. Кроме того, экспериментально доказано, что при проведении процесса дегидратации гидрата оксида таллия при t < 200^oC процесс проходит медленно, а при t > 300^oC начинается частичная диссоциация оксида таллия (III) Tl₂O₃ до оксида таллия (I) Tl₂O₃.

Технической задачей изобретения является получение чистого оксида таллия, в том числе изотопно-обогащенного, а также получение готового продукта более чистым экологическим способом.

Поставленная задача достигается тем, что чистый изотопно-обогащенный металлический таллий растворяют в концентрированной азотной кислоте. Окисление таллия (I) до таллия (III) проводят добавлением в азотнокислый раствор таллия концентрированной соляной кислоты при соотношении , равном 3:1 с последующим выдерживанием раствора при 80...90^oC до обесцвечивания.

Гидрат оксида таллия осаждают аммиаком, промывают до полного отсутствия Cl-иона, отфильтровывают и проводят дегидратацию при 200..300^oC.

В заявленном техническом решении использование чистого металлического изотопно-обогащенного таллия при получении азотнокислого раствора и аммиака при осаждении гидрата оксида таллия способствует получению чистого Tl₂O₃. Использованный способ окисления позволяет практически полностью перевести таллий (I) в таллий (III) и исключить применение газообразного хлора, что значительно упрощает аппаратурное оформление процесса и делает его более экологически чистым. Проведение процесса дегидратации Tl₂O₃ · xH₂O при 200.. .300^oC позволяет достаточно быстро получить оксид соответствующего стехиометрического состава.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить технического решения, тождественного заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящий заявке изобретения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков не известна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

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

Пример 1.

5 г чистого металлического таллия растворили в 50 мл концентрированной азотной кислоты. В полученный раствор добавили 150 мл концентрированной соляной кислоты и выдержали при 80...90^oC до обесцвечивания раствора в течение двух часов. Добавлением аммиака до pH 8 осадили гидрат оксида таллия и выдержали раствор с осадком при 90^oC в течение трех часов. Осадок промыли горячей дистиллированной водой до полного отсутствия Cl-иона в промывных водах и отфильтровали. Фильтраты проанализировали на содержание таллия. Потери таллия с фильтратами составили 0,3%, что свидетельствует о достаточной полноте окисления таллия (I) до таллия (III) и осаждении его в виде гидрата оксида. Осадок дегидратировали в муфельной печи при 170^oC до постоянного веса. Продолжительность процесса составила 40 часов. Полученное вещество проанализировали рентгеноструктурным методом. Было установлено, что оно соответствует оксиду таллия (III). Содержание Cl-иона в Tl₂O₃ составило 0,005%.

Пример 2.

Оксид таллия (III) получали, как в примере 1, при этом же соотношении , равном 3: 1, но дегидратацию гидрата оксида провели при 200^oC. Продолжительность процесса дегидратации составила 25 часов. Рентгеноструктурный анализ установил, что полученное вещество соответствует оксиду таллия (III). Потери таллия с аммиачными фильтратами составили 0,2%, содержание Cl-иона в Tl₂O₃ 0,03%.

Пример 3.

Оксид таллия (III) получали, как в примере 1, при том же соотношении , равном 3: 1. но дегидратацию гидрата оксида провели при 300^oC. Продолжительность процесса дегидратации составила 25 часов. Рентгеноструктурный анализ установил, что полученное вещество соответствует оксиду таллия (III). Потери таллия с аммиачными фильтратами составили 0,3%, содержание Cl-иона в Tl₂O₃ 0,002%.

Пример 4.

Оксид таллия (III) получали, как в примере 1, при том же соотношении , равном 3: 1. но дегидратацию гидрата оксида провели при 330^oC. Продолжительность процесса дегидратации составила 100 часов. Рентгеноструктурный анализ установил, что в оксиде таллия (III) присутствует оксид таллия (I), что свидетельствует о диссоциации Tl₂O₃ до Tl₂O при этой температуре. Потери таллия с аммиачными фильтратами составили 0,4%, содержание Cl-иона в Tl₂O₃ 0,004%.

Пример 5.

Оксид таллия (III) получали, как в примере 2, но для окисления таллия (I) до таллия (III) в азотнокислый раствор таллия добавили 100 мл концентрированной соляной кислоты, то есть соотношение составило 2:1. Потери таллия с аммиачными фильтратами составили 8%, что свидетельствует о том, что таллий (I) окислился не полностью и не выделился в виде Tl₂O₃ · xH₂O. Дегидратацию гидрата оксида провели при 200^oC в течение 25 часов. Рентгеноструктурный анализ установил, что полученное вещество соответствует оксиду таллия (III). Содержание Cl-иона в Tl₂O₃ составило 0,003%.

Пример 6.

Оксид таллия (III) получали, как в примере 2, но для окисления таллия (I) в азотнокислый раствор добавили 200 мл концентрированной соляной кислоты, то есть соотношение составило 4:1. Потери таллия с аммиачными фильтратами составили 0,4%. Дегидратацию гидрата оксида провели при 200^oC в течение 25 часов. Рентгеноструктурный анализ установил, что полученное вещество соответствует оксиду таллия (III). Содержание Cl-иона в Tl₂O₃ составило 0,003%.

Предложенный способ получения оксида таллия (III) был опробован на производстве стабильных изотопов. Он позволил выделить в пределах 99,6-99,8% изотопно-обогащенного таллия в виде оксида Tl₂O₃ со степенью очистки 99,99%, что удовлетворяет требованиям ТУ 95678-96, согласно которым содержание суммы примесей в оксиде таллия (III) не должно превышать 0,1%.

Предложенный способ позволяет использовать стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы, не требует большого расхода электроэнергии.

Способ пригоден и с экологической точки зрения, так как не использует газообразного хлора, а образующиеся аммиачные фильтраты легко нейтрализуются кислыми фильтратами, предварительно полученными в ходе выделения чистого изотопно-обогащенного таллия.

Формула изобретения

Способ получения оксида таллия (III), включающий получение азотнокислого раствора таллия, окисление таллия (I) до таллия (III), осаждение гидрата оксида таллия, его промывку, отфильтровывание и дегидратацию, отличающийся тем, что азотнокислый раствор таллия получают растворением чистого металлического таллия в концентрированной азотной кислоте, окисление таллия (I) до таллия (III) проводят добавлением концентрированной соляной кислоты при соотношении , равном 3 : 1, и выдерживании раствора при 80 - 90^oC до обесцвечивания, гидрат оксида таллия осаждают аммиаком, а его дегидратацию проводят при 200 - 300^oC.