способ получения металлического свинца

Формула изобретения

Способ получения металлического свинца, включающий бромирование тетраметилсвинца раствором брома в тетрахлориде углерода в соотношении 1:3, дистилляционную очистку бромида свинца (II) при температуре 750-850°С в токе водорода или инертного газа, восстановление бромида свинца (II) до металлического 20%-ным водным раствором тетрагидробората калия и его плавку в токе водорода при температуре 600-650°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства стабильных изотопов, в частности к технологии получения металлического свинца из тетраметилсвинца, и может быть использовано для получения стабильных изотопов свинца в металлической форме.

Известно применение флэш-фотолиза тетраметилсвинца в газовой фазе с целью получения металлического свинца (J.B.Clouston and C.L.Cook Trans. Faraday Soc., 1958, 54, pp.1001-1007). Флэш-фотолиз проводили лампой с максимальной энергией вспышки до 2500 Дж и продолжительностью вспышки 150 µсек, расположенной вдоль кварцевого контейнера, наполненного тетраметилсвинцом при давлении 0.1-10 мм рт.ст. Данный метод имеет ряд недостатков:

- Выход по металлическому свинцу составляет 90%;

- Сложность применения данного метода в промышленных масштабах ввиду существенных потерь, связанных с осаждением свинца в виде пленки на стенках реактора.

Метод получения металлического свинца путем фотолиза тетраметилсвинца с использованием эксимерного лазера описан Шимо и Нобуо (Shimo; Nobuo) (Method for the preparation of finely divided metal particles, US Patent # 4 844 736). Получение металлического свинца проводили при воздействии ArF эксимерного лазера с длиной волны 193 нм на газообразный тетраметилсвинец концентрацией 10¹⁵-10¹⁷ молекул на см ³ в кварцевом контейнере. Длительность воздействия варьировалась в пределах 10^-6-10^-3 секунд. Применение данного метода требует дорогостоящего оборудования, имеет низкую производительность и высокие затраты на переработку.

Пиролиз тетраметилсвинца в газовой фазе был также описан (J.Н.Simons, R.W.McNamee, С.D.Hurd: J. Phys. Chem., 1932, 36 (3), pp.939-948). Пиролиз проводился в кварцевом сосуде при температуре 265-820°С. Описан как статический, так и флоу-метод пиролиза тетраметилсвинца. Основным недостатком данного метода является образование трудноотделимой пленки на стенках реактора, состоящей из свинца и углерода, что в конечном итоге может привести к потерям металлического свинца, а также требует дополнительной очистки свинца от углерода.

Таким образом, существует техническая проблема, которая выражается в том, что не существует высокопроизводительного способа получения свинца в металлической форме с минимальными потерями.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа получения металлического свинца с высоким выходом.

Поставленная задача решается тем, что свинец в металлической форме получают путем бромирования тетраметилсвинца, дистилляционной очистки бромида свинца (II), с дальнейшим его восстановлением до металлического свинца, плавки свинца в токе водорода. При этом бромирование тетраметилсвинца проводится бромом в растворе тетрахлорида углерода в соотношении 1:3. Дистилляционная очистка бромида свинца (II) проводится при температуре 750-850°С в токе водорода или инертного газа. Восстановление бромида свинца до металлического ведется 20% водным раствором тетрагидроборат калия. Плавку металлического свинца ведут в токе водорода при температуре 600-650°С.

Ниже приведен пример реализации заявленного способа.

Тетраметилсвинец и четыреххлористый углерод 1:2 (мас.) загружают в химический реактор с механической мешалкой и обратным холодильником. Затем, при перемешивании, к охлажденному льдом с солью до температуры -20°С тетраметилсвинцу по каплям начинают прибавлять, с 20% избытком от стехиометрического, раствор брома в тетрахлориде углерода в соотношении 1:3.После того как добавлено около половины необходимого количества, температуру поднимают до комнатной и прибавляют вторую половину раствора. Раствор брома подается из капельной воронки через обратный холодильник для предотвращения выноса тетраметилсвинца с отходящими газами. По окончании раствор нагревают и кипятят с обратным холодильником в течение 1 часа. После этого холодильник меняют на прямой и растворитель отгоняют.

Остаток извлекают и подвергают перегонке из керамической или кварцевой лодочки в токе водорода или инертного газа в кварцевой трубе, обогреваемой трубчатой печью при температуре 750-850°С. Бромид свинца (II) конденсируют в холодной части трубы и легко от нее отделяют. При этом происходит удаление летучих примесей и разложение остаточных металлоорганических соединений свинца, а также происходит отделение нелетучих примесей.

Далее к измельченному бромиду свинца (II) добавляют небольшими порциями при интенсивном перемешивании 20 % водный раствор тетрагидробората калия. При этом протекает химическая реакция восстановления РbBr ₂ до металлического свинца:

После чего реакционную смесь нагревают при перемешивании для коагуляции свинца и удаления газообразных продуктов реакции.

Далее свинец отфильтровывают, отмывают водой, сушат и плавят в токе водорода при температуре 600-650°С.

Полученный таким образом свинец имеет химическую чистоту не менее 99,9%. Выход свинца составляет не менее 97%.

Использование данной схемы позволяет достичь технический результат, который выражается в следующем:

1. Потери металлического свинца составили не более 3%

2. Химическая чистота металлического свинца составила не менее 99,9%.