СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЙОДИДА НАТРИЯ

Полезная модель относится к химической технологии и может быть использована для получения йодида натрия особой чистоты (ОСЧ) с минимальным содержанием органических примесей для выращивания монокристаллов улучшенного качества.
Получение качественных монокристаллов NaI (Tl) напрямую зависит от содержания в исходном йодиде натрия органических примесей. При его нагревании в инертной среде или в вакууме органические примеси пиролизируются с образованием примесей углерода, которые загрязняют расплав и кристаллы. Поэтому одним из основных требований к способам получения йодида натрия является уменьшение содержания органических примесей.
Наиболее распространенным способом получения йодида натрия является взаимодействие йода с гидроксидом натрия в присутствии восстановителя [В.И. Ксензенко, Д.С. Стасиневич. Химия и технология брома, йода и их соединений. М., «Химия», 1995 г., с. 396]. При этом большая часть примесей, в том числе и органических, поступает в йодид натрия с основными компонентами - йодом, гидроксидом натрия и перекисью водорода. Известные методы очистки синтезированной соли с использованием комплекса физико-химических методов не обеспечивают необходимой очистки продукта от органических примесей. В результате, их окончательное удаление в настоящее время осуществляется непосредственно в процессе выращивания кристаллов, путем выжигания пиролизованного углерода в среде кислорода или осушенного воздуха при температуре выше 500°C. [Лабораторный технологический регламент №Р 14-01 на получение обезвоженных солей натрия йодистого и цезия йодистого для выращивания монокристаллов методом вакуумной сушки с последующей термообработкой и выжиганием органических примесей. Научно-исследовательское отделение щелочно-галоидных кристаллов с опытным производством НТК «Институт монокристаллов» НАН Украины, Харьков, 2001]. Операция эта длительная, энергоемкая и потенциально опасна, так как возможно дополнительное загрязнение продукта примесями.
Выделение примесей органического характера может осуществляться на активированном угле [Г.И. Горштейн, Н.Ф. Башкина. Сцинтилляторы и сцинтилляционные материалы. Материалы II координационного совещания по сцинтилляторам 1957 года. ВНИИхимреактивов, М., 1960, с. 95-100]. Существенным недостатком сорбционной очистки являются трудности, связанные с необходимостью тщательной подготовки активированного угля и его регенерации, возможность загрязнения очищаемого раствора углеродом за счет механической деструкции угля в процессе эксплуатации, зависимости эффективности очистки от сорта активированного угля и от характера органических примесей.
3
Известен способ очистки галогенида металла от органических и углеродных примесей [патент DE 19642569, МПК C01D 3/12] путем нагревания смеси твердого галогенида с твердой добавкой, включающей галогенкислородную связь и диссоциирующую при температуре ниже точки плавления галогенида металла (например, нагрев NaI с добавкой NaIO до температуры 422°C). Очищенный галогенид металла можно без предварительного охлаждения перенести в плавильный тигель для получения кристаллов. Способ не исключает дополнительного загрязнения материала продуктами разложения и примесями, привносимыми с реагентами очистки. Способ неприменим при подготовке соли к выращиванию крупногабаритных кристаллов.
2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению является усовершенствованный гидроперекисний метод получения йодида натрия особой чистоты [Ю.Ф. Рыбкин, О.М. Смирнова, С.С. Врублевская, СИ. Васецкий. Промышленность химических реактивов и особо чистых веществ, вып. 15(21), ИРЕА, М., 1969, с. 5-8]. Согласно этому способу йод взаимодействует с гидроксидом натрия в присутствии перекиси водорода, в результате чего образуется раствор с массовой долей йодида натрия 35-40%. Для синтеза используют реагенты реактивной квалификации: йод марки «ч.», гидроксид натрия «х.ч.» и перекись водорода «х.ч.». Очистку синтезированного йодида натрия от растворимых примесей (в том числе от органических веществ) ведут путем двукратной перекристаллизации из слабощелочных растворов в виде NaI·2HO при выходе соли на каждой операции в пределах 60-65%. Для получения безводного йодида натрия очищенные кристаллы подвергают перекристаллизации из подкисленного раствора, при температуре выше 70°С. Горячие кристаллы обезвоженного йодида натрия после отделения от маточного раствора досушивают в вакуум-сушильном шкафу при температуре 150°C и давлении 8-10 кПа.
Использование йода марки «ч» по этому способу позволило значительно упростить схему очистки синтезированной соли и увеличить выход йода в целевой продукт за счет рекуперации (повторного использования) маточных растворов: половина первых маточных растворов выводится из цикла, вторая половина используется для приготовления суспензии йода на стадии синтеза; маточники от второй кристаллизации добавляются к раствору йодида натрия перед первой кристаллизацией, маточники после обезвоживания йодида натрия добавляются в раствор перед второй кристаллизацией. Недостатком способа является не достаточная степень очистки готового продукта от органических примесей и большой разброс этого показателя в готовом продукте, что предусматривает необходимость проведения дополнительных операций очистки йодида натрия ОСЧ от органических примесей при подготовке к выращиванию кристаллов.
-3
Задачей заявляемой полезной модели является разработка способа получения особо чистого йодида натрия, содержание органических примесей в котором уменьшено до значений, обеспечивающих исключение операции выжигания органических примесей непосредственно при выращивании кристаллов. При этом в процессе апробации способа было установлено, что предельное значение содержания органических примесей в йодиде натрия ОСЧ должно составлять ≤ 3·10 масс. % в пересчете на суммарный углерод (ΣС).
Заявляемый способ характеризуется как известными признаками:
- синтез йодида натрия из йода и гидроксида натрия в присутствии перекиси водорода до достижения в синтезированном растворе массовой доли йодида натрия 35-40%;
- очистка йодида натрия путем двукратной его перекристаллизации из водных растворов при охлаждении до 20°С;
2
- обезвоживание кристаллов NaI·2HO;
- сушка продукта;
- использование для синтеза йодида натрия реагентов реактивной квалификации;
- рекуперация маточных растворов по схеме: половина первых маточных растворов выводится из цикла, вторая половина используется для приготовления суспензии йода на стадии синтеза; маточники от второй кристаллизации добавляются к раствору йодида натрия перед первой кристаллизацией; маточники после обезвоживания йодида натрия добавляются в раствор перед второй кристаллизацией;
так и новыми признаками:
2
- кристаллы NaI·2HO первой перекристаллизации после отделения от маточного раствора дополнительно промывают захоложеной дистиллированной водой с pH 8-10 при массовом соотношении Т:Ж=(30-50):1;
- промывные воды с половиной маточных растворов первой перекристаллизации возвращают на стадию синтеза для приготовления суспензии йода.
2
2
Решение этой задачи обеспечивается тем, что в способе получения йодида натрия, который состоит из химического взаимодействие йода с гидроксидом натрия в присутствии перекиси водорода до достижения в синтезированном растворе массовой доли йодида натрия 35-40%, последующей очистки от растворимых примесей путем двукратной перекристаллизации из водных растворов, обезвоживания кристаллов NaI·2HO и окончательной сушки обезвоженного йодида натрия, согласно полезной модели, для повышения чистоты йодида натрия и получения продукта с минимальным содержанием органических примесей, кристаллы NaI·2HO после первой перекристаллизации и отделения от маточника на нутч-фильтре с помощью вакуума, промывают захоложеной дистиллированной водой с pH 8-10 при массовом соотношении Т:Ж=(30-50): 1. После промывки кристаллы снова тщательно отделяют от раствора на нутч-фильтре, половину первых маточных растворов выводят из цикла, промывные воды присоединяют ко второй половине маточного раствора и используют для приготовления суспензии йода на стадии синтеза.
Заявленные параметры способа получения йодида натрия с минимальным содержанием органических примесей подтверждены на опытной установке.
Как показали наши исследования, кратность очистки йодида натрия от органических примесей на каждой стадии перекристаллизации при степени кристаллизации целевого компонента 60-66% составляет не более 1,6-2,0. Поэтому за счет неполного отделения кристаллов первой кристаллизации от маточного раствора, содержащего основное количество органических примесей, поступивших в систему с исходным сырьем, значительная доля органических примесей остается в системе и, в результате, не достигается необходимая степень очистки продукта от этих примесей на следующих стадиях перекристаллизации.
По заявленной полезной модели операция дополнительной промывки кристаллов после первой кристаллизации позволяет увеличить кратность очистки до 6-8. Заявленные пределы массового соотношения Т:Ж=(30-50): 1 и значение pH дистиллированной воды 8-10 при промывке кристаллов получены опытным путем. Результаты опытной проверки заявляемой полезной модели представлены в таблице.
-3
При соотношении Т:Ж более 50 степень промывки кристаллов не достаточна для получения продукта требуемого качества, при соотношении Т:Ж менее 30 растут непроизводительные потери йодида натрия с промывными водами вследствие его высокой растворимости, а, следовательно, растут объем незавершенного производства и энергетические затраты. Условие проведения процесса промывки кристаллов захоложеной дистиллированной водой, также диктуется необходимостью уменьшения потерь целевого продукта за счет растворимости. Независимо от массового соотношения Т:Ж, значение pH дистиллированной воды для промывки должна быть в пределах 8-10. Уменьшение значения pH ниже 8,0 приводит к несоответствию качества продукта по массовой доле ΣС, увеличение значения pH более 10,0 нецелесообразно, поскольку кристаллизация обезвоженного йодида натрия после очистки ведется с подкисленного раствора, и при этом возрастает расход йодистоводородной кислоты. Оптимальным является режим промывки кристаллов при массовом соотношении Т:Ж=(30-50):1 и pH дистиллированной воды 8-10, обеспечивающий получение готового продукта с массовой долей органических примесей в пересчете на ΣС≤3·10 %.
-4
Кроме того, преимуществом заявляемой полезной модели является улучшение качества готового продукта в целом, поскольку при промывке кристаллов от органических примесей в промывные воды переходят и другие растворимые примеси (в частности примеси калия и кислородсодержащих анионов - сульфатов, йодатов, гидроксила), которые присутствуют в остаточном количестве маточного раствора. Наиболее важный и показательный эффект дополнительной очистки кристаллов йодида натрия при промывке от примесей калия. Согласно заявляемой полезной модели обеспечивается получение готового продукта с массовой долей примесей калия ≤ 2·10% (таблица 1).
-3
Таким образом, использование данной полезной модели позволяет повысить качество готового продукта и осуществлять получение йодида натрия ОСЧ с массовой долей органических примесей (в пересчете на ΣС) ≤ 3·10 %, что не требует дополнительной операции выжигания органических примесей при подготовке соли выращиванию кристаллов.