способ получения арсената натрия

Формула изобретения

Способ получения арсената натрия, включающий электролиз водно-щелочных растворов, отличающийся тем, что проводят электродиализное разделение гидроксида железа (III) от арсенита и арсената натрия, при этом отработанный гидроксид железа, содержащий арсенит и арсенат натрия, обрабатывают 0,5 н. раствором Nа₂СО₃, в анодную камеру заливают 0,01 н. раствор гидроксида натрия, плотность тока устанавливают 0,069 А/см², а процесс протекает в двухкамерном электролизере с анионитовой мембраной в течение 1,5 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрохимической технологии и может быть использовано для получения чистого арсената натрия, который может быть использован в качестве антисептика, в производстве стеклянных изделий, при дублении кож и защите кожаных изделий и для обработки музейных экспонатов от порчи.

В связи с объективными причинами, изменившими сырьевую базу России по мышьяку и мышьяксодержащим соединениям, немаловажное значение приобретает проблема использования отходов различных производств для их получения.

Известен способ получения арсенатов путем окисления As (III), содержащегося в пылевидных отходах свинцовых заводов [1-2, 3]. Переменно-токовым электролизом можно перевести (плотность тока 0,1-0,2 А/см²; 40-50°С) в пятивалентное состояние до 90-98% всего трехвалентного мышьяка, находящегося в водных растворах, остающихся после выщелачивания вышеназванных шламов металлургического передела и содержащих 20 г/л NaCl и 20 г/л NaOH. При этом выход по току арсенатов, осаждаемых из отработанного анолита по окончании процесса, составил 95,5%.

Недостатком способа является: использование подогрева и достаточно высокая плотность тока.

Прототипом данного изобретения является получение арсенатов [3-4] путем электролиза водно-щелочных растворов As₂O ₃ в многокамерном диафрагменном электролизере с платиновым анодом. В качестве анолита авторы рекомендуют водную смесь, содержащую 50 г/л триоксида мышьяка и 24 г/л Na₂CO₃ , а в качестве католита - раствор соды и плотности тока 0,01 А/см². Выход арсената составляет 65% при расходе электроэнергии 6,8 кВт·ч/кг.

Недостатком способа являются: использование чистого триоксида мышьяка, невысокий выход арсената и использование многокамерного электролизера.

Задача изобретения - получение чистого арсената натрия из отработанного гидроксида железа (III), содержащего арсенит и арсенат натрия.

Технический результат - экономичность процесса вследствие использования в качестве одного из реагентов мышьяксодержащих отходов; экономия энергии за счет того, что процесс может идти без нагрева; простота осуществления технологического процесса (процесс одностадийный); безотходная технология за счет практически полной утилизации мышьяка из отработанного осадка гидроксида железа и возможность повторного использования последнего.

Технический результат достигается тем, что для получения арсената натрия, отработанный гидроксид железа (III), содержащий арсенит- и арсенат натрия, обрабатывают 0,5 н. раствором Na ₂CO₃ или 0,01 н. раствором гидроксида натрия. В анодную камеру заливают 0,01 н. раствор гидроксида натрия. Плотность тока составляет 0,069 А/см², электрообработку проводят в течение 1,5-3,5 часов в двухкамерном электролизере с анионитовой мембраной (МА-40). Процесс сопровождается переносом через анионитовую мембрану в анодную камеру арсенат - и арсенит-ионов, а последние, окисляясь, переходят в арсенат-ионы.

Сущность способа заключается в электродиализном разделении арсенита и арсената натрия и гидроксида железа. Для выполнения экспериментов использовали лабораторную двухкамерную электролитическую ячейку. Анионитовая мембрана МА-40 разделяла ячейку на катодную и анодную камеры. Материалом анода служила платина, катода - медь. Объем катодной камеры составлял - 225 см³, анодной - 135 см³. В катодной камере находились суспензия отработанного гидроксида железа (III), содержащего As(III) и растворы гидроксида или карбоната натрия, анодная камера заполнялась растворами гидроксида натрия разной концентрации. Процесс электролиза сопровождался переносом через анионитовую мембрану в анодную камеру арсенит-ионов, которые принимают участие в образовании арсената. В католите контролировали мышьяк (III) объемными методами (перманганатометрическое или броматометрическое титрование), в анолите контролировалось содержание мышьяка (V) фотометрическим и весовым методами. Электролиз проводился при разных плотностях тока: от 0,0025 до 0,1 А/см ² в течение 1,5-3,5 часов.

Реакции, протекающие на электродах:

на катоде:	на аноде:
Fe3++ Fe2+	AsO2 -+4OH--2 AsO4 3-+2H2O
	в анолите:
	3Na+ +AsO4 3- Na3AsO4

Пример. Для электродиализа был взят имитат осадка гидроксида железа 25 г, содержащего 78 мг мышьяка (III), и помещен в катодную камеру. Туда же прилили 200 мл 0,01 н. раствора гидроксида натрия. Анодную камеру заполнили 135 мл 0,01 н. раствора гидроксида натрия. Провели электролиз при плотности тока 0,069 А/см². После окончания электролиза в анолите гравиметрическим методом, путем осаждения арсенат ионов в виде арсената магния и аммония, была определена масса Mg₂As₂ O₇. Данные приведены в таблице 1.

Таблица 1
Результаты гравиметрического определения мышьяка (V) в анолите после электродиализа.
№	Масса тигля, г	Масса тигля с осадком, г	Найдено, г	Данные для расчета относительной погрешности определения, %
Масса Mg 2As2O7, г	Масса As(V), г
1	11,9264	12,0879	0,1615	0,0780	n=3
x=0,0803 г
2	13,6436	13,8113	0,1677	0,0810	Дотн.=2,56%
3	11,7094	11,8792	0,1698	0,0820

Рассчитаны были некоторые электрохимические показатели. Результаты приведены в таблице 2, где указано влияние состава католита на выход арсената натрия, при анодном окислении мышьяка (III).

Таблица 2
Влияние состава католита на выход арсената натрия при анодном окислении мышьяка (III) Vкат=215 мл; i=0,069 А/см 2; анод - Pt; катод - Cu.
Состав католита	Отраб.Fe(OH)3+0,5н. Na2CO3, t=40°C	Отраб.Fe(OH) 3+0,5н. Na2CO3	Отраб.Fe(OH)3+0.01н. NaOH
Выход Na3AsO4, %	по току	82,4	60,0	95,2
по веществу	95,6	95,4	96,8
Расходный коэффициент по энергии, кВт·ч/кг	2,05	2,94	7,9

Из таблицы 2 следует, что лучшие результаты получаются с растворами гидроксида натрия.

Таким образом, нами установлена возможность получения практически чистого арсената натрия из отработанного гидроксида железа (III), содержащего арсенат натрия.

В результате электродиализа в катодной камере гидроокись железа переходит в гидрозакись железа, которую можно собирать в отдельные накопители и на воздухе она превращается в гидроксид железа (III) по следующему уравнению:

4 Fe(OH)₂+2H ₂O+O₂ 4 Fe(ОН)₃,

А последнюю в дальнейшем можно использовать как сорбент.

Преимуществами данного способа является:

- простота осуществления технологического процесса (процесс одностадийный);

- экономичность за счет использования мышьяксодержащих отходов; достаточно высокая степень чистоты получаемого конечного продукта.

Преимуществами данного способа является:

- простота осуществления технологического процесса (процесс одностадийный);

- экономичность за счет использования мышьяксодержащих отходов; достаточно высокая степень чистоты получаемого конечного продукта.

- экономичность процесса вследствие использования в качестве одного из реагентов мышьяксодержащий отход;

- экономия энергии за счет того, что процесс может идти без нагрева;

- простота осуществляемого технологического процесса;

- безотходная технология за счет практически полной утилизации мышьяка из отработанного осадка гидроксида железа и возможность повторного использования последнего.

Полученный арсенат натрия может применяться в медицине при малокровии, в сельском хозяйстве как средство борьбы с вредителями культурных растений и как исходное сырье для получения мышьяксодержащих соединений.

Источники информации

1. А.с.223068 (СССР) // Бюл. изобр. 1968. № 24.

2. Шульгин Л.П., Кузьмин Ю.А. // Цветные металлы. 1971. № 4. С.36.

3. А.с. 542772 (СССР) // Бюлл. изобр. 1977. № 2.

4. Томилов А.П., Сметанин А.В., Черных И.Н., Смирнов М.К. Электродные процессы с участием мышьяка и его неорганических соединений. // Электрохимия. 2001. Т.37. № 10. C.1157-1172.