СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЙОДИДА ЦЕЗИЯ

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для получения йодида цезия особой чистоты (ОСЧ) с минимальным содержанием органических примесей для выращивания монокристаллов улучшенного качества.
Получение качественных монокристаллов CsI напрямую зависит от содержания в исходном йодиде цезия органических примесей. При его нагревании в инертной среде или в вакууме органические примеси пиролизуются с образованием примесей углерода, которые загрязняют расплав и кристаллы. Поэтому одним из основных требований к способам получения йодида цезия является уменьшение содержания органических примесей.
Наиболее распространенным способом получения йодидов щелочных металлов является взаимодействие йода с гидроксидом металла в присутствии восстановителя [В.И. Ксензенко, Д.С. Стасиневич. Химия и технология брома, йода и их соединений. М., "Химия", 1995г., с. 395]. При этом большая часть примесей, в том числе и органических, поступает в йодид цезия с основными компонентами - йодом, гидроксидом цезия и перекисью водорода.
Известен способ очистки йодида цезия от примесей [патент RU19642569, МПК C01D3/12], что включает обработку водного раствора йодида цезия йодистым свинцом при соотношении йодистого свинца к талию, равном 20-40, затем пропускание через его водный раствор сероводорода, отделение осадка от раствора и кристаллизацию продукта из раствора в кислой среде. Недостаток этого способа очистки то, что йодид цезия не очищается от органических примесей.
Известные методы очистки йодида цезия с использованием комплекса физико-химических методов не обеспечивают необходимой очистки
продукта от органических примесей. В результате его окончательная очистка в настоящее время осуществляется непосредственно в процессе выращивания кристаллов, путем выжигания пиролизного углерода в среде кислорода или осушенного воздуха при температуре выше 500°С [Лабораторный технологический регламент № Ρ 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 опасная, 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 есть трудности, связанные с необходимостью тщательной подготовки активированного угля и его регенерации, возможность загрязнения очищаемого раствора углеродом за счет механической деструкции угля в процессе эксплуатации, зависимостью 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 C01D3/12] путем нагревания смеси твердого галогенида с твердой добавкой, включающей галогенкислородную связь и диссоциирующую при температуре ниже точки плавления галогенида металла (например, нагрев CsI с добавкой CsIO до температуры 250°С). Очищенный галогенид металла можно без предварительного охлаждения перенести в плавильный тигель для изготовления кристаллов. Способ не исключает дополнительного
загрязнения материала продуктами разложения и примесями, которые привносятся с реагентами очистки. Способ применим при подготовке соли к выращиванию крупногабаритных кристаллов.
3
4
2
3
-6
Наиболее близким по технической сущности и результату, что достигается, до предполагаемого изобретения есть получение и очистка йодида цезия при взаимодействии йода с гидроксидом цезия в присутствии восстановителя перекиси водорода при нагревании [В.Е.Плющев, Б.Д.Степин. Химия и технология соединений лития, рубидия, и цезия. М., "Химия", 1970г., с. 104]. Согласно этому способу йод взаимодействует с гидроксидом цезия в присутствии перекиси водорода, в результате чего образуется раствор с массовой долей йодида цезия 35-40%. При проведении этого процесса образуется определенное количество дийодата цезия (CsI), который кристаллизуется из водного раствора в виде монолитного осадка, что значительно усложняет проведение процесса и загрязняет раствор йодатом цезия. Для синтеза используют реагенты реактивной квалификации йод марки "ч.", гидроксид цезия "х.ч." и перекись водорода "х.ч.". Очистку синтезированного йодида цезия от растворимых примесей (в том числе от органических веществ) ведут путем двукратной перекристаллизации из водных растворов. Рабочие растворы перед кристаллизацией йодида цезия, очищают экстракционным методом, особенно эффективным, когда нужно удалить примеси переходных элементов. В частности для очистки йодида цезия от примесей железа, марганца, меди, кобальта и никеля (до 5·10 вес.% каждой примеси) водные растворы йодида цезия последовательно обрабатывают растворами дитизона (при рН=7,0-7,5) и о-оксихинолина (при рН=5-6) в четыреххлористом углероде, а затем после удаления органического растворителя пропускают (для поглощения воднорастворимой части комплексообразователей и CCl) через хроматографическую колонку, наполненную послойно AlO и канальной сажей. Конечной стадией получения и очистки йодида цезия является его кристаллизация из водного раствора. Этот процесс проводят в присутствии йодистоводородной кислоты,
-3
охлаждая рабочий раствор лишь до 30°С. В этом случае содержание примесей калия снижается до 1·10 весов.%. Кристаллы йодида цезия промывают холодным сухим ацетоном и высушивают в вакууме при 75°С. Недостатком данного способа является сложный способ очистки от примесей с применением дитизона, о-оксихинолина, четыреххлористого углерода, ацетона и хроматографической колонки.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка способа получения йодида цезия особой чистоты, без образования осадка дийодата цезия, в процессе синтеза, содержание органических примесей в котором уменьшено до значений, обеспечивающих исключение операции выжигания органических примесей непосредственно при выращивании кристаллов.
Заявляемый способ характеризуется как известными признаками:
- синтез йодида цезия из йода и гидроксида цезия в присутствии перекиси водорода;
- подкисление йодистоводородной кислотой;
- очистка йодида цезия путем двукратной его перекристаллизации из водных растворов при охлаждении;
- сушка продукта;
- использование для синтеза йодида цезия реагентов реактивной квалификации;
- рекуперация маточных растворов по схеме: часть первых маточных растворов выводится из цикла, вторая часть используется для приготовления суспензии йода на стадии синтеза, маточники от второй кристаллизации добавляются к раствору йодида цезия перед первой кристаллизацией;
так и новыми признаками:
3
- для предотвращения образования монолитного осадка дийодата цезия (CsI) в процессе синтеза йодида цезия, йод кристаллический предварительно смешивают в отдельном аппарате с определенным количеством маточного раствора йодида цезия, при этом кристаллы йода покрываются мелкокристаллическим дийодатом цезия, который не выпадает в виде
монолитного осадка, а наравне с кристаллами йода участвует в синтезе цезия йодистого, обеспечивая тем самым стехиометрическое проведения реакции синтеза;
- очистку от органических примесей, привносимых с исходными реактивами, проводят в два этапа: очистка раствора на активированном угле, и очистка путем термической деструкции растворимых органических примесей на трубчатых электрических нагревателях (ТЭНах), используемых в качестве источника тепла в выпарных аппаратах.
3
Решение этой задачи обеспечивается тем, что в способе получения йодида цезия, который состоит из химического взаимодействия йода с гидроперекисью цезия до достижения в синтезированном растворе массовой доли йодида цезия 35-40%, для предотвращения образования монолитного осадка дийодата цезия (CsI) в процессе синтеза йодида цезия, йод кристаллический предварительно смешивают с определенным количеством маточного раствора йодида цезия. При этом кристаллы йода покрываются мелкокристаллическим дийодатом цезия, который не выпадает в виде монолитного осадка - "козла", а наравне с кристаллами йода участвует в синтезе цезия йодистого, обеспечивая тем самым стехиометрическое проведения реакции синтеза, а также исключает образование значительного количества йодатов, и исключает неоправданные расходы йода и гидроокиси цезия. Дальнейшую очистку от растворимых примесей производят путем двукратной перекристаллизации из водных растворов. Согласно полезной модели для повышения чистоты йодида цезия и получения продукта с минимальным содержанием примесей, кристаллы йодида цезия после первой перекристаллизации и отделения от маточника на нутч-фильтре с помощью вакуума промывают захоложеной водой. После промывки кристаллы снова тщательно отделяют от раствора на нутч-фильтре; часть первых маточных растворов выводят из цикла, промывные воды присоединяют ко второй части маточного раствора. Кристаллы йодида цезия после отделения от маточного раствора досушивают в вакуум-сушильном шкафу.
Очистку от примесей, привносимых с исходными реактивами, проводят в два этапа: очистка раствора на активированном угле, и очистка путем термической деструкции растворимых органических примесей на трубчатых электрических нагревателях (ТЭНах), используемых в качестве источника тепла в выпарных аппаратах. Такая очистка позволяет даже использовать на стадии синтеза гидроксид цезия технической квалификации с получением при этом йодида цезия нужного качества.
Заявленные параметры способа получения йодида цезия с минимальным содержанием примесей подтверждены на стендовой установке.
Таким образом, использование данной полезной модели позволяет повысить качество готового продукта и осуществлять технологический процесс получения йодида цезия особой чистоты, который не требует дополнительной операции выжигания органических примесей при подготовке йодида цезия к выращиванию монокристаллов улучшенного качества, значительно облегчает проведение процесса синтеза йодида цезия, исключает образование монолитного осадка - цезия дийодату в процессе синтеза, а также исключает образование значительного количества йодатов и исключает неоправданные расходы йода и гидроокиси цезия в виде дийодату цезия.