способ переработки отходов таллиевой амальгамы

Формула изобретения

Способ переработки отходов таллиевой амальгамы, включающий их разложение в растворе электролита, содержащего серную кислоту и перекись водорода, при изменении окислительно-восстановительного потенциала от начального потенциала таллиевой амальгамы -0,35В до потенциала ртути +0,69В с получением чистых ртути и насыщенного электролита, находящегося в равновесии с осадком сульфата одновалентного таллия, который отделяют путем фильтрования и используют как готовый химический реактив высокой чистоты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам переработки отходов таллиевой амальгамы с целью получения товарных продуктов высокой степени чистоты - металлической ртути и соединения таллия. Для любого производства с использованием амальгамы таллия недопустимо хранение ее отходов ввиду большой ядовитости ртути (главным образом ее паров), таллия и его соединений. В связи с этим технологический процесс должен быть безотходным, что можно осуществить, применив разработанный способ - способ переработки отходов амальгамы таллия.

Таким образом, представляемое изобретение относится также и к экологии - защите окружающей среды от загрязнения ядовитыми элементами - ртутью и таллием.

В практике амальгамной химии для извлечения из амальгам более электроотрицательных, чем ртуть металлов, в основном применяются два метода:

1. Электролитический способ, основанный на использовании амальгамы в качестве анода, в процессе электролиза происходит окисление металлов амальгамы с переходом их в виде соответствующих катионов в электролит с последующим осаждением их на катоде в виде металла. Этот метод широко применяется при рафинировании для получения сверхчистых металлов.

2. Метод цементации, заключающийся во взаимодействии металла амальгамы, обладающего более электроотрицательным потенциалом по сравнению с потенциалом восстановления ионов цементируемого металла, находящихся в растворе. Метод отличается большой простотой и высокой эффективностью. Он широко используется при извлечении ценных составляющих из раствора и их разделении, при очистке сложных амальгам от нежелательных более электроотрицательных примесей, чем основной металл, при нанесении ртутных пленок на контакты, микроэлектроды и др.

При выборе предпочтение было отдано второму методу, т.к. он прост в техническом использовании и часто превосходит первый по более высоким скоростям проводимых окислительно-восстановительных реакций, что сокращает продолжительность технологического цикла.

Известен способ (I) извлечения цинка из амальгамы ионами свинца. Эта реакция применяется для количественного определения цинка в ртути в щелочном электролите. В качестве индикатора используется металлический кадмий, растворенный в небольшом количестве в амальгаме цинка. Раствор двухвалентного свинца добавляют из бюретки в электролит небольшими порциями (титруют), предоставляя возможность полностью прореагировать ионам свинца с амальгамой цинка. Содержание цинка рассчитывают по количеству израсходованного на цементацию титрованного раствора свинца. О конце титрования судят по появлению в электролите взвеси оксида кадмия. Учитывая то, что стандартный потенциал таллия равен -0,34В, а свинца - 0,13В, можно сделать заключение о возможности использования ионов свинца и для извлечения таллия из его амальгамы. Однако этот способ для решения поставленной задачи не совсем приемлем, т.к. вместо отходов одной амальгамы (таллия) получаем отходы другой амальгамы (свинца), практически по ядовитости не отличающейся от первой. Кроме того, хотя в процессе реакции и получается обогащенный по таллию электролит, он все-таки несколько загрязнен кадмием, что тоже нежелательно.

Известен также способ (II) извлечения металлов из сложных амальгам, содержащих в различных комбинациях цинк, кадмий, олово, свинец, висмут двухвалентной ртутью. Контролируя потенциал амальгамы путем «дробного выщелачивания» удалось осуществить тонкое разделение металлов с переводом их в виде соответствующих катионов в разные порции электролита с последующим анализом на содержание перешедшего в него металла. Разработанный способ применен для анализа сложных сплавов.

Безусловно двухвалентная ртуть, обладая высоким положительным потенциалом (Ео=+0,86В), способна вступать во взаимодействие со многими амальгамами металлов, включая и амальгаму таллия. Но, к сожалению, реагируя с металлами амальгамы, ионы ртути восстанавливаются, но не до металла, а до одновалентного состояния.

Таким образом, при взаимодействии этого окислителя с амальгамой таллия в электролите будет накапливаться не только одновалентный таллий, но и одновалентная ртуть, что является большим недостатком. Этот электролит, обладая большой ядовитостью, еще и сложно переработать. Кроме того, соединения двухвалентной ртути являются сильнейшим ядом, в связи с чем они не рекомендуются к широкому использованию в практике лабораторных работ, тем более в разрабатываемых технологиях. Именно поэтому следовало предпринять поиск другого химического соединения, которое, обладая более положительным потенциалом, чем таллий, имел бы перед цементируемыми ионами металлов преимущество, заключающееся в том, чтобы продукты восстановления этого вещества были «безвредными» как для ртути, так и для получаемого таллиевого электролита (не загрязняли бы их).

Проведен поиск такого вещества, которое бы удовлетворяло поставленным целям.

При анализе нормальных потенциалов различных окислительно-восстановительных систем выбор был сделан в пользу перекиси водорода, обладающей высокой окислительной способностью. Окислительно-восстановительный потенциал этой системы равен +1,80В и определяется следующей реакцией:

Н₂O₂+2H⁺ +2е=2Н₂O

Как видно, продуктом восстановления является вода, основное вещество, выступающее как растворитель для приготовления простых и сложных водных растворов разнообразных химических веществ при их исследовании. Восстановление перекиси водорода до воды является большим преимуществом, исключающим загрязнение как ртути, так и электролита.

Из приведенного уравнения также видно, что восстановление перекиси водорода необходимо проводить в растворе, содержащим кислоту. В качестве кислоты выбрана серная кислота, соединения которой с таллием (в частности ее соли) отличаются устойчивостью и более повышенным спросом, по сравнению с соединениями других кислот.

Проведение лабораторных исследований в растворе, содержащим серную кислоту, доказало высокую эффективность перекиси как окислителя. При достаточно высокой концентрации таллия в амальгаме накопление его в электролите приводит к достижению предела растворимости соли, после чего начинается интенсивное образование осадка - сульфата одновалентного таллия, вплоть до полного извлечения таллия из амальгамы. Осуществляя контроль за потенциалом амальгамы, можно точно зафиксировать момент полного извлечения металла из амальгамы и определить продолжительность проведения опыта. При этом стационарный потенциал амальгамы постоянно сдвигается в положительную сторону от -0,37 до -0,20В (н.в.э.) с последующим резким изменением до потенциала чистой ртути +0,60 - +0,65В.

Методами химического, рентгенографического и спектрофотометрического анализов доказано, что образующийся осадок точно отвечает составу средней соли сульфата одновалентного таллия - TI₂SO₄.

Сделанные заключение и выводы на основании проведенных лабораторных исследований полностью подтверждены специальным опытом.

Ниже приводятся условия его проведения и результаты.

Для разложения амальгамы была изготовлена укрупненная ячейка с впаянной платиновой проволокой, контактирующей с ртутью для подключения к системе для замера потенциала.

Рабочие параметры ячейки: объем - 1,1 л, объем рабочего электролита - 700 мл, площадь рабочей поверхности амальгамы - 50 см² , объем амальгамы - 150 мл, отношение поверхности амальгамы к объему амальгамы - 1:3, отношение поверхности к объему электролита - 14. Ячейка снабжена трехлопастной мешалкой, вращающуюся мотором со скоростью 350 об/мин. В ячейку помещены 2 кг амальгамы (8%), содержащей 1,840 кг ртути и 0,16 кг таллия и 700 мл электролита. Опыт проводили при температуре 30°С, продолжительность опыта - 40 минут. Опыт проводили до полного извлечения таллия из амальгамы, что сопровождалось резким изменением потенциала от начального потенциала таллиевой амальгамы (-0,35 В) до потенциала ртути - +0,69 В.

ЛИТЕРАТУРА

1. Большаков М.И. Химия и технология редких и рассеянных элементов. - М.: Высшая школа, 1976, с.305.

2. АС № 960290, кл. С22В 43/00 (1988).