Спосіб отримання тонкодисперсного порошку елементного миш’яку шляхом електролізу водно-лужних
Малюнки до патенту Україна 2009276
Винахід відноситься до синтезу неорганічних речовин, електрохімічного способу отримання металів, зокрема тонкодисперсного порошку елементного миш'яку. Елементний миш'як знаходить широке застосування у промисловості, наприклад, у радіоелектроніці.
Відомі способи електрохімічного осадження елементного миш'яку з одержання корозійностійких покриттів. Гальванічні покриття одержують із кислих, ціанідно-лужних та лужних розчинів, що містять тривалентний миш'як. Показано можливість використання змінного струму для осадження миш'яку з ціанідних розчинів (14). Встановлено, що при підвищеній щільності струму (2 А/см 2 ) осад миш'яку не утворюється, а біля ділянок катода з ще більш високою локальною щільністю струму (кути, краю, грані) розчин набуває коричневе забарвлення внаслідок утворення колоїдного миш'яку.
Миш'як на катоді, як із кислих, так і з ціанідно-лужних та лужних розчинів, виділяється в малоелектропровідній формі, завдяки чому напруга на ванні швидко зростає в міру осадження покриття. З цієї причини можливе осадження лише тонких покриттів миш'яку, тому що його вихід струмом швидко падає, і, в кінцевому результаті, процес може припинитися взагалі.
Для отримання миш'яку за допомогою електрохімічного методу необхідна реалізація таких умов електролізу, при яких на катоді не утворюється щільний шар миш'яку, що виділяється. Так, застосування як катод ртуті дає можливість отримувати вільний миш'як у вигляді порошку.
Прототипом даного винаходу є осадження вільного миш'яку на ртутному катоді, щодозволяє отримувати його у вигляді пластівеподібного порошку, що легко фільтрується, не реагує з ртуттю.
Недоліком прототипу, що виключає застосування процесу в промисловому масштабі, є використання ртуті. Крім того, наявність в електроліті іонів міді, нікелю і сурми призводить до забруднення порошку, що виділяється елементного миш'яку.
Метою винаходу є отримання чистого елементного миш'яку, спрощення апаратурно-конструктивного оформлення процесу та можливість його реалізації у промисловому масштабі.
Сутність способу полягає у використанні в якості катода вентильного металу, наприклад, титану, без попередньої обробки, так і з попередньо нанесеним покриттям оксиду або нітриду титану; як анод - платини, нікелю або ОРТА, причому анолітом служить водний розчин гідроксиду або хлориду лужного металу, наприклад, натрію з концентрацією 15-20% (вага. % ), католітом - водний розчин гідроксиду лужного металу, наприклад, натрію з концентрацією 50 -400 г/л, що містить миш'як у кількості 23,90-97,98 г/л, процес електролізу ведуть при щільності катодного струму 0,01-0,10 А/см 2 температурі 15-65 про С, в електролізері з фільтрує діафрагмою, наприклад, керамікою або іонообмінними мембранами, наприклад, МК-40, МФ-4ск або "карбофлен".
Відомостей про застосування як катода вентильних металів, іонообмінних мембран і лужних розчинів миш'яку з метою отримання електрохімічним методом тонкодисперсного порошку елементного миш'яку немає. Таким чином, заявляється спосіб відповідає критерію винаходу - "новизна".
Порівняльний аналіз заявляється з прототипом показує, що пропонований спосіб відрізняється від відомого застосуванням в якості катода вентильного металу, як покритого йогооксидом або нітридом, так і без попередньої обробки; як анод - платина, нікель або ОРТА, анолітом є водний розчин гідроксиду або хлориду лужного металу, католітом - лужний розчин сполук миш'яку, причому для поділу анодного і катодного контурів використовують іонообмінні мембрани.
Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявляється способу критерію винаходу - "суттєві відмінності".
П р і м е р 2. В умовах, описаних у прикладі 1, електролізер з катодом з попередньо оксидованого титану, проводять аналогічний досвід. Отримують 4,32 г металевого миш'яку. Вихід за струмом - 59,94%.
П р і м е р 3. В умовах, описаних у прикладі 1, електролізер з катодом з титану, попередньо покритого нітридом титану, проводять аналогічний досвід. Отримують 4,34 г металевого миш'яку. Вихід за струмом - 60,22%.
П р і м е р 4. В умовах, описаних у прикладі 1, електролізер з анодом з нікелю і анолітом - 15% водний розчин гідроксиду натрію, при температурі 20 про С, проводять аналогічний досвід. Отримують 4,30 г металевого миш'яку. Вихід за струмом - 59,66%.
П р і м е р 5. В умовах описаних у прикладі 1, в електролізері з анодом ОРТА та анолітом - 20% -ним водним розчином хлориду натрію, при температурі 20 про З, проводять аналогічний досвід. Отримують 4,29 г металевого миш'яку. Вихід за струмом - 59,52%.
П р і м е р 6. В умовах, описаних у прикладі 1, в електролізері з іонообмінною мембраною МК-40 і анолітом - 15% водним розчином хлориду натрію, при температурі 20 про С, проводять аналогічний досвід. Отримують 4,65 г металевого миш'яку. Вихід за струмом - 64,52%.
П р і м е р 7. В умовах, описаних у прикладі 1, в електролізері з іонообмінною мембраною МФ-4ск, католітом,містить 211 г/л гідроксиду натрію і 72,4 г/л миш'яку, і анолітом - 15%-ним водним розчином хлориду натрію, при температурі 65 про З, проводять аналогічний досвід. Отримують 5,62 г металевого миш'яку. Вихід за струмом - 77,98%.
П р і м е р 8. В умовах, описаних у прикладі 1, в електролізері з іонообмінною мембраною "карбофлен", католітом, що містить 211 г/л гідроксиду натрію і 72,4 г/л миш'яку, і анолітом - 15%-ним водним розчином хлориду натрію, при температурі 65 про, проводять аналогічний досвід. Отримують 5,69 г металевого миш'яку. Вихід за струмом - 78,95%.
П р і м е р 9. В умовах, описаних у прикладі 1, при щільності катодного струму 0,10 А/см 2 і температурі 20 про З, проводять аналогічний досвід тривалістю 1,03 год. Отримують 4,40 г металевого миш'яку. Вихід за струмом - 65,05%.
П р і м е р 10. В умовах, описаних у прикладі 1, з католітом, що містить 50 г/л натрію гідроксиду і 23,90 г/л миш'яку при щільності катодного струму 0,01 А/см2, проводять аналогічний досвід тривалістю 10. ,3 ч. Отримують 4,20 г металевого миш'яку. Вихід за струмом 58,30%.
П р і м е р 11. В умовах, описаних у прикладі 1, з католітом, що містить 400 г/л гідроксиду натрію та 97,98 г/л миш'яку, проводять аналогічний досвід. Отримують 6,86 г металевого миш'яку. Вихід за струмом - 81,30%.
У таблиці наведено результати з прикладів 1-11.
Таким чином, наведені дані показують, що виділення миш'яку описаним методом здійснюється з досить великими виходами струму в широкому діапазоні умов експерименту. (56) 1. Авторське свідоцтво СРСР N 174923, кл. З 25 D 3/54, опубл. 1963 р.
2. Авторське свідоцтво СРСР N 27546, кл. З 25 D 3/54, опубл. 1932 р.
3. Патент США N 2606147, кл. 204-45, опубл. 1952 р.
4. Австрійський патент N 299331, кл. 21 а 3 52, опубл. 1963 р.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
СПОСІБ ОТРИМАННЯ ТОНКОДИСПЕРСНОГО ПОРОШКУ ЕЛЕМЕНТНОГО МИШ'ЯКУ ШЛЯХОМ ЕЛЕКТРОЛІЗУ ВОДНО-лужних розчинів його сполук, що відрізняється тим, що в якості катода використовують так як без титан, як титан, тана, як анод платину, нікель або окисно-рутенієвий титановий анод з робочою поверхнею, покритою шаром суміші оксидів рутенію та титану, причому анолітом служить водний розчин гідрооксиду або хлориду лужного металу, наприклад натрію з концентрацією 15 - 20 мас. % , католіт-водний розчин гідрооксиду лужного металу, наприклад натрію з концентрацією 50 - 400 г/л, що містить миш'як у кількості 23,90 - 97,98 г/л, електроліз ведуть при щільності катодного струму 0,01 - 0,10 А /см 2 температурі 15 - 65 o С, в електролізері з фільтруючої діафрагмою, наприклад з кераміки або іонообмінними мембранами, наприклад МК-40, МФ-4СК або "карбофлен".