СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЙОДА С МИНИМАЛЬНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

Изобретение относится к способу получения кристаллического йода с минимальным содержанием органических примесей и может быть применено для получения йода, используемого в производстве солей особой чистоты с лимитированным содержанием органических примесей.
Известен способ получения кристаллического йода путем плавки йод-сырца под слоем серной кислоты при температуре 120-150°C, дроблением остывшего плава, промывкой водой и сушкой [В.И. Ксензенко, Д.С. Стасиневич. Химия и технология брома, йода и их соединений. М., «Химия», 1995 г., 356-357 с.]. Способ дает возможность извлечь из йода всю воду и разрушить органические вещества, однако не решает проблемы качества готового продукта из-за наличия в нем сульфатов.
Одним из основных способов очистки йода является сублимация йода-сырца [В.И. Ксензенко, Д.С. Стасиневич. Химия и технология брома, йода и их соединений. М., «Химия», 1995 г., 355-357 с.]. Согласно этого способа йод выделяют из концентратов в виде кристаллов элементарного йода, который с помощью центрифуги или нутч-фильтра отделяют от маточного раствора, получая йод-пасту. Затем йод-пасту сушат нагретым воздухом или обезвоживают путем отжима воды на гидравлическом прессе. При этом получают йод-сырец, содержащий некоторое количество неорганических и органических примесей. Йод-сырец подвергают сублимации. Сублимацию йода проводят в специальных печах, куда загружают стальные кюветы или керамические тигли с йодом. Печи имеют газовый или электрический обогрев. Пары йода, выходящие из печи, конденсируются в холодильниках, изготовленных из керамических или асбоцементных труб, охлаждаемых воздухом. В печах поддерживают температуру выше температуры плавления йода (114-180°C). Процесс ведут так, чтобы температура паров йода при десублимации была ниже температуры его плавления (113,6°C), иначе происходит сильное налипание йода на стенки конденсатора, так как пары йода в этом случае не десублимируются, а сначала конденсируются с образованием жидкого йода, который затем кристаллизуется в плотную твердую массу. Удаление кристаллов из конденсатора проводят вручную с использованием специальных скребков.
Недостатком описанного способа является неполная очистка от примесей, прежде всего органических примесей, обусловлена присутствием в исходном йоде-сырце летучих органических соединений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым, результатам, к предлагаемому изобретению является способ получения кристаллического йода реактивных квалификаций [Патент Украины №73684 от 15.08.2005 г.], согласно которому полученную при выделении из йодных концентратов и отделенную от маточного раствора йод-пасту без предварительной сушки или отжима на прессе направляют на сублимацию. Обезвоживание йод-пасты проводится за счет испарения воды на первом этапе сублимации йода. Сублимация осуществляется при атмосферном давлении в испарителе, что представляет эмалированной емкостью с рубашкой. Рубашку заполняют высокотемпературным теплоносителем с температурой кипения не ниже 250°C, который нагревают ТЭНами до температуры 150-200°C. Перед сублимацией в йод-пасту добавляют карбонат натрия в количестве, обеспечивающем pH конденсата воды не ниже 4,0. При нагревании йод-пасты начинается отгонки воды и йода. Смесь паров воды и йода конденсируется на поверхности конденсатора, выполненного из эластичного материала. Вода с поверхности конденсатора вытекает, а кристаллический йод периодически встряхивают в приемник. Через отверстие в нижней части приемника вода вытекает и отделяется от йода. Полученный влажный йод используют при загрузке на следующую операцию сублимации. Процесс сублимации обезвоженного йода проводят при температуре паров йода 114-184°C. После того, как отгонки воды закончится, а йод расплавится, в испаритель подают воздух. Часть воздуха барботируют через расплав йода для насыщения его парами йода, остальную часть воздуха подают в верхнюю часть испарителя. За счет разбавления воздухом парциальное давление паров йода в йодовоздушной смеси перед десублимации снижают до давления ниже давления насыщенных паров йода в тройной точке (87 мм), чем обеспечивают получение высококачественных кристаллов готового продукта, которые легко снимаются с поверхности конденсатора. Десублимированый кристаллический йод собирают в приемник.
При всей привлекательности указанного технологического процесса (упрощение организации производства, улучшения условий труда, сокращения потерь йода, обеспечение очистки йода от неорганических и органических примесей кислотного характера) недостатком его является неполная очистка йода от органических примесей, которые обладают свойствами органических оснований и, как правило, присутствуют в йоде-сырце.
Задачей полезной модели, которая заявляется, является получение йода с минимальным содержанием органических примесей, используемого в производстве солей особой чистоты с лимитированным содержанием органических примесей, из йода-сырца, технического йода или мелкокристаллического йода.
Заявляемый способ характеризуется как известными признаками:
- осуществление сублимации йода в потоке атмосферного воздуха при температуре 114-184°C;
- осуществление сублимации йода в присутствии карбоната натрия в количестве, обеспечивающем pH конденсата воды не ниже 4,0;
- снижение парциального давления паров йода в йодовоздушной смеси перед десублимации за счет разбавления воздухом до давления ниже давления насыщенных паров йода в тройной точке;
так и новым признаком:
- процесс сублимации проводят в две стадии: на первой стадии осуществляют сублимацию йода в потоке атмосферного воздуха в присутствии серной или ортофосфорной кислоты, на второй стадии полученный йод сублимируют в потоке атмосферного воздуха в присутствии воды и щелочного реагента (карбоната натрия, бикарбоната натрия или гидроксида натрия).
Способ заключается в том, что йод-сырец (йод технический, йод мелкокристаллический), содержащий органические примеси, подвергают сублимации в две стадии. На первой стадии с целью соединения присутствующих органических примесей с щелочными свойствами сублимацию йода осуществляют в потоке атмосферного воздуха в присутствии серной или ортофосфорной кислоты. На второй стадии с целью соединения органических примесей кислотного характера и примесей серной или ортофосфорной кислоты сублимацию полученного йода осуществляют в потоке атмосферного воздуха в присутствии воды и щелочного реагента (карбоната натрия, бикарбоната натрия или гидроксида натрия).
Отличительным признаком данной полезной модели от прототипа [Патент Украины №73684 от 15.08.2005 г.] является получение йода с минимальным содержанием органических примесей из йода-сырца в две стадии: на первой стадии йод сублимируют в потоке атмосферного воздуха в присутствии серной или ортофосфорной кислоты, на второй стадии полученный йод сублимируют в потоке атмосферного воздуха в присутствии воды и щелочного реагента (карбоната натрия, бикарбоната натрия или гидроксида натрия).
Заявляемый способ осуществляют следующим образом:
На первой стадии йод-сырец, йод технический или йод мелкокристаллический, которые содержат органические примеси, загружают в испаритель, представляющий собой эмалированную емкость с рубашкой. Рубашку заполняют высокотемпературным теплоносителем, который нагревают ТЭНами до температуры 150-200°C. Перед началом процесса в герметически закрытый испаритель добавляют концентрированную серную или ортофосфорную кислоту в количестве, обеспечивающем наличие свободной кислоты в кубовом остатке после завершения процесса сублимации. После того, как весь йод расплавится через расплав барботируют часть атмосферного воздуха для насыщения его парами йода. Остальную часть воздуха подают в верхнюю часть испарителя. За счет разбавления воздухом парциальное давление паров йода в йодовоздушной смеси перед десублимацией снижают до давления ниже давления насыщенных паров йода в тройной точке. Разбавленная смесь паров воздуха и йода поступает в конденсатор, где йод десублимируется на поверхности конденсатора, изготовленного из эластичного материала и его периодически стряхивают в приемник.
Кубовый остаток, представляющий собой смесь нелетучих веществ, сульфатов или фосфатов органических веществ и остаточного количества свободной серной или ортофосфорной кислоты, удаляют из испарителя.
На первой стадии сублимации осуществляется очистка йода от органических примесей основного характера за счет их реакции с серной или ортофосфорной кислотой. Продукты их взаимодействия остаются в кубовом остатке. Летучие органические примеси кислотного характера могут испаряться из сублиматора и вместе с парами йода попадать в конденсатор, а, следовательно, и в йод на следующую стадию переработки.
На второй стадии переработки полученный йод, который содержит органические примеси с кислотными свойствами и следы серной или ортофосфорной кислоты, подвергают повторной сублимации. Сублимация осуществляется в испарителе, Перед сублимацией в йод добавляют щелочной реагент (карбонат натрия, бикарбонат натрия или гидроксид натрия) в количестве, обеспечивающем pH конденсата воды не ниже 4,0, и воду - для обеспечения протекания реакций взаимодействия щелочного реагента с органическими примесями кислотного характера. Экспериментально установлено, что для обеспечения процесса очистки достаточно 1-2 кг воды на 1 кг щелочного реагента.
При нагревании йода начинается отгонка избыточного количества воды, как добавленной, так и той, что содержится в йоде с первой стадии очистки. Пары воды при этом насыщенные парами йода. Смесь паров воды и йода конденсируется на поверхности конденсатора. Вода с поверхности конденсатора стекает, а кристаллический йод периодически встряхивают в приемник. Через отверстие в нижней части приемника вода вытекает и отделяется от йода. Полученный влажный йод используют при загрузке на следующую операцию сублимации.
После того, как отвод избыточной воды закончится, а йод расплавится, в испаритель подают воздух. Часть воздуха барботируют через расплав йода для насыщения его парами йода. Остальную часть воздуха подают в верхнюю часть испарителя для разбавления паров йода. За счет разбавления воздухом парциальное давление паров йода в йодовоздушной смеси перед десублимацией снижается до давления ниже давления насыщенных паров йода в тройной точке.
На второй стадии сублимации очистка йода от органических примесей кислотного характера и следов серной или ортофосфорной кислоты осуществляется за счет их взаимодействия с щелочными реагентами. Продукты взаимодействия остаются в кубовом остатке и удаляют из испарителя.
3
-3
При осуществлении заявленного процесса очистки йода в испарителе вместимостью 0,63 м с загрузкой начального йода-сырца в количестве 1000 кг экспериментально было получено 820 кг кристаллического йода и 140 кг влажного йода, который может быть возвращен на повторную сублимацию. Анализами установлено, что содержание органических примесей в пересчете на суммарный углерод в полученном кристаллическом йоде составляет 3·10% масс.
Таким образом, способ, который заявляется, позволяет получать йод кристаллический с минимальным содержанием органических примесей, пригодный для использования в производстве солей особой чистоты с лимитированным содержанием органических примесей.