Способ получения безводного хлорида кадмия

 

Изобретение относится к области выделения соединений кадмия. Безводный ацетат кадмия растворяют в обезвоженной уксусной кислоте. Полученный раствор нагревают и пропускают через него газообразный хлористый водород до рН менее 1. Избыток хлористого водорода удаляют прогреванием раствора с осадок до pH 3. Полученный осадок отделяют, промывают и сушат при 100-120^oС. Промывку осадка проводят обезвоженной уксусной кислотой. Безводный хлорид кадмия получают с минимальными потерями и более экологически чистым способом.

Изобретение относится к области выделения соединений кадмия, в частности безводного хлорида кадмия, в том числе изотопнообогащенного, получаемого методом электромагнитной сепарации.

Известны способы получения безводного хлорида кадмия хлорированием металла газообразным хлором при t ≤ 650^oС (Н.Г. Ключников. Руководство по неорганическому синтезу, стр. 157, Госхимиздат, М.-Л., 1953) или газообразным хлористым водородом при 450^oС (Руководство по неорганическому синтезу под редакцией Г. Брауэра, том 4, стр. 1132, М.: Мир, 1985) с последующей возгонкой CaCl₂ в токе Cl₂ или НСl.

Основным недостатком этих способов являются довольно существенные потери кадмия, связанные с неполнотой хлорирования. Кроме этого, использование этих способов значительно усложняет аппаратурное оформление процесса.

Известен также способ получения безводного хлорида кадмия прокаливанием двойной соли хлористого кадмия и хлористого аммония, включающий смешивание концентрированных растворов хлористого аммония и гидратированного хлористого кадмия, выпаривание полученной смеси, отделение и сушку кристаллов двойной соли и нагревание ее в токе хлористого водорода при 600^oС (Ю.В. Карякин, И. И. Ангелов. Чистые химические вещества, с. 120, М.: Химия, 1974).

Недостатком этого способа является получение продукта в виде расплава, что значительно усложняет его выгрузку и приводит к гидратированию продукта, так как безводный хлорид кадмия очень гигроскопичен.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения безводного хлорида кадмия, включающий растворение безводного ацетата кадмия в обезвоженной уксусной кислоте, нагревание раствора, пропускание в него газообразного хлористого водорода, отделение тотчас выпадающего осадка, его промывку сухим бензолом и сушку при 100-120^oС (Руководство по неорганическому синтезу под ред. Г. Брауэра, том 4, с. 1132, М.: Мир, 1985).

Основным недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает полноты выделения хлорида кадмия. Экспериментально установлено, что при скорости пропускания HCl 50-60 см³/мин 1 г СdСl₂ полностью выделяется в течение 6 минут, 5 г CdCl₂ - в течение 10 минут. При этом визуально определить окончание процесса хлорирования невозможно, так как выделяющийся хлопьевидный осадок заполняет весь объем раствора. При более длительном пропускании НСl и значительном его избытке осадок частично растворяется. Кроме этого, промывка осадка сухим бензолом нецелесообразна с экологической точки зрения, так как полученные бензольные фильтраты сложно утилизировать.

Технической задачей изобретения является получение безводного хлорида кадмия с минимальными потерями более экологически чистым способом.

Поставленная задача достигается тем, что безводный ацетат кадмия растворяют в обезвоженной уксусной кислоте, нагревают полученный раствор и пропускают в него газообразный хлористый водород до подкисления раствора до рН менее 1. Избыток хлористого водорода удаляют прогреванием раствора с осадком до рН 3.

Осадок отделяют, промывают обезвоженной уксусной кислотой и сушат при 100-120^oC.

В заявленном техническом решении предложенный способ хлорирования кадмия позволяет выделить его в виде безводного хлорида с минимальными потерями, а использованный способ промывки осадка более безопасен с экологической точки зрения.

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

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалистов 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 безводного хлорида кадмия реализован следующим образом.

Пример 1.

2 г безводного ацетата кадмия растворили в 50 мл ледяной уксусной кислоты марки "ХЧ" и замерили рН раствора с помощью универсальной индикаторной бумаги. рH раствора составил ~ 3. Полученный раствор нагрели до 50^oС и пропустили в него газообразный HCl со скоростью 50-60 cм^з/мин до рН < 1. Кислотность среды также замеряли с помощью универсальной индикаторной бумаги. Продолжительность хлорирования составила 8 минут. Раствор с осадком прогрели на водяной бане при t=80-90^oС до рН 3. Осадок отфильтровали, промыли ледяной уксусной кислотой и просушили при 100-120^oС до постоянного веса. Фильтраты проанализировали на содержание кадмия. Потери кадмия с уксуснокислыми фильтратами составили 0,08%.

Пример 2.

Безводный хлорид кадмия получали, как в примере 1, но газообразный НСl пропускали со скоростью 50-60 см³/мин. в течение 15 минут до рН<<1. Потери кадмия с фильтратами составили 0,10%. То есть увеличение избытка НСl не ухудшает полученного технического результата.

Пример 3.

Безводный хлорид кадмия получали, как в примере 1, но газообразный HCl в нагретый раствор пропускали до рН 1. Потери кадмия с уксуснокислыми фильтратами составили 0,7%.

Пример 4.

Безводный хлорид кадмия получали, как в примере 1, но газообразный НСl в нагретый раствор пропускали до рН 2. Потери кадмия с уксуснокислыми фильтратами составили 27%.

Пример 5.

Безводный хлорид кадмия получали, как в примере 1, но прогревания раствора с осадком до рH 3 не проводили. Потери кадмия с уксуснокислыми фильтратами составили 11,8%.

Пример 6.

Безводный хлорид кадмия получали по способу, выбранному в качестве наиболее близкого технического решения (по прототипу). 2 г безводного ацетата кадмия растворили в 50 мл ледяной уксусной кислоты. Полученный раствор нагрели до 50^oС и пропустили в него газообразный НСl до заполнения выделившимся осадком всего объема раствора. рН раствора составил при этом ~ 1,5. Осадок отфильтровали, промыли сухим бензолом и просушили. Потери кадмия с фильтратами составили 9,2%.

Предложенный способ получения хлорида кадмия был опробован на производстве стабильных изотопов. Он позволил выделить 99,9% изотопно-обогащенного кадмия в виде безводного хлорида, т.е. обеспечивает по сравнению с прототипом получение конечного продукта с минимальными потерями.

Предложенный способ позволяет использовать стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы, не требует большого расхода электроэнергии. Способ пригоден и с экологической точки зрения, так как исключает применение для промывки осадка сухого бензола, оказывающего вредное влияние на работающий персонал, кроме того, бензольные фильтраты очень сложно утилизировать, а образующиеся уксуснокислые фильтраты легко нейтрализуются щелочами.

Формула изобретения

Способ получения безводного хлорида кадмия, включающий растворение безводного ацетата кадмия в обезвоженной уксусной кислоте, нагревание раствора, пропускание газообразного хлористого водорода, отделение осадка, его промывку и сушку при 100-120^oC, отличающийся тем, что хлористый водород пропускают до подкисления раствора до рН менее 1, перед отделением осадка избыток хлористого водорода удаляют прогреванием раствора с осадком до pH 3, а промывку осадка проводят обезвоженной уксусной кислотой.