Метод за получаване на натриев йодид
Изобретението позволява да се подобри качеството на крайния продукт и да се получи висококачествен натриев йодид с масова част на органични примеси (по отношение на С) 3·10 -3%, което не изисква допълнителна операция за изгаряне на органични примеси при приготвяне на сол за отглеждане на кристали.
Получаването на висококачествени монокристали на NaI (Tl) зависи пряко от съдържанието на органични примеси в оригиналния натриев йодид. Когато се нагрява в инертна атмосфера или във вакуум, органичните примеси се пиролизират с образуването на въглеродни примеси, които замърсяват стопилката и кристалите. Следователно едно от основните изисквания към методите за получаване на натриев йодид е да се намали съдържанието на органични примеси.
Най-често срещаният начин за получаване на натриев йодид е взаимодействието на йод с натриев хидроксид в присъствието на редуциращ агент [V.I. Ксензенко, Д.С. Стасиневич. Химия и технология на брома, йода и техните съединения. М., "Химия", 1995 г., стр. 396]. В същото време повечето от примесите, включително органичните, влизат в натриев йодид с основните компоненти - йод, натриев хидроксид и водороден прекис. Известните методи за пречистване на синтезираната сол с помощта на комплекс от физични и химични методи не осигуряват необходимото пречистване на продукта от органични примеси. В резултат на това окончателното им отстраняване понастоящем се извършва директно в процеса на отглеждане на кристали, чрез изгаряне на пиролизиран въглерод в кислород или сух въздух при температури над 500°C. [Правила за лабораторни процеси P 14-01 за получаване на дехидратирани соли на натриев йодид и цезиев йодид за отглеждане на монокристали чрез вакуумно сушене, последвано от топлинна обработка и изгаряне на органични примеси. Проучванеотдел за алкално-халогенни кристали с опитно производство на Научно-техническия комплекс "Институт на монокристалите" на Националната академия на науките на Украйна, Харков, 2001]. Тази операция е продължителна, енергоемка и потенциално опасна, тъй като е възможно допълнително замърсяване на продукта с примеси.
Изолирането на органични примеси може да се извърши върху активен въглен [G.I. Горщейн, Н.Ф. Башкин. Сцинтилатори и сцинтилационни материали. Материали от II координационна среща по сцинтилатори през 1957 г. ВНИИХимреактивов, М., 1960, с. 95-100]. Значителен недостатък на сорбционното пречистване е трудността, свързана с необходимостта от внимателно приготвяне на активен въглен и неговата регенерация, възможността за замърсяване на пречистения разтвор с въглен поради механичното разрушаване на въглищата по време на работа, зависимостта на ефективността на пречистване от вида на активния въглен и от естеството на органичните примеси.
Известен метод за пречистване на метален халогенид от органични и въглеродни примеси [патент DE 19642569, IPC C01D 3/12] чрез нагряване на смес от твърд халогенид с твърда добавка, включително халогенид-кислородна връзка и дисоциация при температура под точката на топене на металния халогенид (например, нагряване на NaI с добавяне на NaIO3 до температура от 422 ° C). Пречистеният метален халид може да бъде прехвърлен без предварително охлаждане в тигел за топене, за да се получат кристали. Методът не изключва допълнително замърсяване на материала с продукти на разлагане и примеси, въведени с пречистващите реагенти. Методът не е приложим при приготвяне на сол за отглеждане на големи кристали.
Най-близък по техническа същност и постигнат резултат до предложеното изобретение е подобрен хидропероксиден метод за получаване на натриев йодид с висока чистота [Yu.F. Рибкин, О.М.Смирнова, С.С. Врублевская, SI. Васецки. Промишленост на химическите реактиви и високочистите вещества, кн. 15(21), ИРЕА, М., 1969, с. 5-8]. Съгласно този метод йодът взаимодейства с натриев хидроксид в присъствието на водороден прекис, което води до разтвор с масова част на натриев йодид от 35-40%. За синтеза се използват реактиви с реактивна квалификация: йод клас "чист", натриев хидроксид "химически чист" и водороден прекис "химически чист". Пречистването на синтезирания натриев йодид от разтворими примеси (включително органични вещества) се извършва чрез двойна прекристализация от слабо алкални разтвори под формата на NaI · 2H 2O с добив на сол във всяка операция в рамките на 60-65%. За да се получи безводен натриев йодид, пречистените кристали се подлагат на прекристализация от подкислен разтвор при температура над 70°C. Горещи кристали на безводен натриев йодид след отделяне от матерната луга се сушат във вакуумна пещ при температура 150°С и налягане 8-10 kPa.
Използването на йод клас "h" съгласно този метод позволи значително да се опрости схемата за пречистване на синтезираната сол и да се увеличи добивът на йод в целевия продукт поради възстановяването (повторната употреба) на майчините разтвори: половината от първите майчини разтвори се отстраняват от цикъла, втората половина се използва за приготвяне на йодна суспензия на етапа на синтез; матерни луги от втората кристализация се добавят към разтвора на натриев йодид преди първата кристализация, матерни луги след дехидратация на натриев йодид се добавят към разтвора преди втората кристализация. Недостатъкът на този метод е недостатъчната степен на пречистване на крайния продукт от органични примеси и голямата вариация на този показател в крайния продукт, което изисква допълнителни операции за пречистване на натриев йодид с висока степен на чистота.от органични примеси в подготовка за отглеждане на кристали.
Изобретателският метод се характеризира с добре известни характеристики:
- синтез на натриев йодид от йод и натриев хидроксид в присъствието на водороден прекис, докато масовата част на натриевия йодид в синтезирания разтвор достигне 35-40%;
- пречистване на натриев йодид чрез неговата двойна прекристализация от водни разтвори при охлаждане до 20°C;
- дехидратация на NaI·2H 2O кристали;
- използване на реактиви с реактивна квалификация за синтез на натриев йодид;
- възстановяване на матерните луги съгласно схемата: половината от първите матерни луги се отстраняват от цикъла, втората половина се използва за приготвяне на йодна суспензия на етапа на синтез; матерните луги от втората кристализация се добавят към разтвора на натриев йодид преди първата кристализация; матерни луги след дехидратиране на натриев йодид се добавят към разтвора преди втората кристализация;
и нови функции:
- NaI 2H2O кристали от първата прекристализация след отделяне от матерния разтвор се промиват допълнително с охладена дестилирана вода с рН 8-10 при масово съотношение S:L=(30-50):1;
- промивната вода с половината от матерните луги от първата прекристализация се връща в етапа на синтез, за да се приготви суспензия от йод.
Както показват нашите изследвания, честотата на пречистване на натриев йодид от органични примеси на всеки етап на прекристализация със степен на кристализация на целевия компонент от 60-66% е не повече от 1,6-2,0. Следователно, поради непълното отделяне на кристалите от първата кристализация от матерния разтвор, съдържащ основното количество органични примеси, влезли в системата със суровината, значителна част от органичните примеси остава в системата и в резултат на това ненеобходимата степен на пречистване на продукта от тези примеси се постига на следващите етапи на прекристализация.
Според претендирания полезен модел, операцията по допълнително измиване на кристалите след първата кристализация ви позволява да увеличите честотата на почистване до 6-8. Посочените граници на масовото съотношение T:W=(30-50):1 и стойността на pH на дестилирана вода 8-10 при измиване на кристалите, получени емпирично. Резултатите от експерименталната проверка на претендирания полезен модел са представени в таблицата.
При съотношение T: L повече от 50, степента на измиване на кристалите не е достатъчна, за да се получи продукт с необходимото качество, при съотношение T: L по-малко от 30, непродуктивните загуби на натриев йодид с вода за измиване се увеличават поради високата му разтворимост и, следователно, обемът на незавършеното производство и разходите за енергия се увеличават. Условието за провеждане на процеса на промиване на кристалите със студена дестилирана вода също е продиктувано от необходимостта да се намалят загубите на целевия продукт поради разтворимост. Независимо от масовото съотношение на S:W, pH стойността на дестилираната вода за измиване трябва да бъде в диапазона 8-10. Намаляването на стойността на рН под 8,0 води до несъответствие в качеството на продукта по отношение на масовата фракция С, увеличаването на стойността на рН над 10,0 е неподходящо, тъй като кристализацията на дехидратиран натриев йодид след пречистване се извършва от подкиселен разтвор и това увеличава потреблението на йодоводородна киселина. Оптималният режим е измиване на кристали при масово съотношение T:W=(30-50):1 и pH на дестилирана вода 8-10, което осигурява на готовия продукт масова част от органични примеси по отношение на C3·10 -3%.
В допълнение, предимството на претендирания полезен модел е подобряването на качеството на крайния продукт като цяло, тъй като при измиванекристали от органични примеси в промивната вода преминават и други разтворими примеси (по-специално примеси от калиеви и кислородсъдържащи аниони - сулфати, йоди, хидроксил), които присъстват в остатъчното количество на матерния разтвор. Най-важният и показателен ефект от допълнителното пречистване на кристалите на натриев йодид по време на измиване от калиеви примеси. Съгласно претендирания полезен модел е възможно да се получи готов продукт с масова част на калиеви примеси от 2·10 -4% (таблица 1).
По този начин използването на този полезен модел позволява да се подобри качеството на крайния продукт и да се получи висококачествен натриев йодид с масова част на органични примеси (по отношение на С) 3 10 -3%, което не изисква допълнителна операция за изгаряне на органични примеси при приготвянето на сол за отглеждане на кристали.