Үшінші топ сирек кездесетін металлдар қосылыстарының қасиеттері, алу технологиясы, қолдану саласы
Орындаған: Әбдіқани Айнұр
Тексерген: Мырзахметова Б.Б.
Галлий, индий және таллий
Галлийді 1875 жылы француз химигі Лекок де Буабодрап мырыш қоспасы арқылы спектрлік әдіспен ашты. Бұл элементтің қасиеттерін Д.И.Менделеев ашылғанға дейін төрт жыл бұрын үлкен дәлдікпен болжаған.
Индий 1853 жылы неміс химиктері Рейх және Рихтер мырыш қоспасында спектрлік әдіспен ашылды және спектрдегі сызықтардың сипаттамалық көк түсімен аталған.
Таллийді 1861 жылы ағылшын физигі Крукс камералық күкірт қышқылы зауыттарында ашқан. Ол спектрге тән жасыл сызық арқылы табылды.
Физикалық қасиеттері
Галлий, индий және таллий - күміс-ақ түсті жұмсақ металдар.
Қасиеті
Галлий
Индий
Талий
Атомдық нөмірі
31
49
81
Атомдық массасы
69,72
114,82
204,89
Тор түрі және параметрі
Ромбтық бетке бағытталған
Тетрагональды бетке бағытталған
α-таллий, алтыбұрышты
Тығыздығы, г/см3
5,904
7,362
11,83
Температурсы, оС
балқу
29,88
156,4
303
қайнау
2230
2000-2100
1406
Электр кедергісі
53,4(0оС)
8,2(0оС)
18(20оС)
ρ106, Ом см
Аса өткізгіштік күйіне өту температурасы, К
1,1
3,37
2,38
Жылу нейтрондарын қармау қимасы n
2,71
190
3,3
Қалыпты электродтық потенциал, В
-0,52
-0,34
-0,336
Қаттылығы НВ, МПа
-
10
30
Қасиеті
Галлий
Индий
Талий
Атомдық нөмірі
31
49
81
Атомдық массасы
69,72
114,82
204,89
Тор түрі және параметрі
Ромбтық бетке бағытталған
Тетрагональды бетке бағытталған
α-таллий, алтыбұрышты
Тығыздығы, г/см3
5,904
7,362
11,83
Температурсы, оС
балқу
29,88
156,4
303
қайнау
2230
2000-2100
1406
Электр кедергісі
53,4(0оС)
8,2(0оС)
18(20оС)
Аса өткізгіштік күйіне өту температурасы, К
1,1
3,37
2,38
2,71
190
3,3
Қалыпты электродтық потенциал, В
-0,52
-0,34
-0,336
Қаттылығы НВ, МПа
-
10
30
Серпімділік модулі
-
11,1
-
Таллийдің алу технологиясы
Қазіргі уақытта сульфидті рудалар талий өндірісінің көзі болып табылады. Мұндай кендерді байытқан кезде талий мыс, мырыш, әсіресе қорғасын концентраттарына өтеді. Таллий сульфидті кендердің де, силикат минералдарының да құрамына изоморфты түрде енеді, сондықтан таллийдің концентраттарға экстракциялану дәрежесі 10% -дан 80% -ға дейін. Байытылған өнімдердегі таллий мөлшері шамамен 10-3% құрайды, сондықтан мұндай концентраттар таллийдің өнеркәсіптік өндірісі үшін тікелей шикізат бола алмайды. Таллийдің көзі - мыс, мырыш, қорғасын және күкірт қышқылы өндірісінің қалдықтары - сульфидті кендерді күйдіру кезінде пайда болатын домна пешінің шаңы және металдарды балқыту кезінде жиналған шлактар.
Өңделген өнімдерден таллий әдетте бірқатар басқа элементтермен бірге алынатындығына байланысты, металл кендерін кешенді өңдеудің қолданыстағы схемалары көптеген пиро - және гидрометаллургиялық операцияларды қамтиды, өте күрделі және қайта өңделетін шикізат құрамының өзгеруіне байланысты кәсіпорындарда үнемі өзгеріп отырады.
Таллийге бай концентраттарды алу үшін айналдыру (возгонка) (қатты денені тікелей буға, буды керісінше қатты денеге айналдыру) әдісі қолданылады. Таллий күйдіру кезінде тотықтырғышта да, тотықсыздандырғышта да ұшуы мүмкін. Бұл таллиймен байытылған айналдыруды басқа құнды элементтерді алу процестерімен біріктіруге мүмкіндік береді. Әсіресе таллиймен жоғары байыту хлорлы күйдіруді қолдану арқылы алынады-натрий хлориді немесе сильвинит қосылған.
Таллийге бай концентраттарды алу үшін айналдыру (возгонка) (қатты денені тікелей буға, буды керісінше қатты денеге айналдыру) әдісі қолданылады. Таллий күйдіру кезінде тотықтырғышта да, тотықсыздандырғышта да ұшуы мүмкін. Бұл таллиймен байытылған айналдыруды басқа құнды элементтерді алу процестерімен біріктіруге мүмкіндік береді. Әсіресе таллиймен жоғары байыту хлорлы күйдіруді қолдану арқылы алынады-натрий хлориді немесе сильвинит қосылған.
2NaCl + NA2SO4 = 2 TICI + Na2S04 алмасу реакциясының тепе-теңдігі 600 °C-тан жоғары температурада жақсы құбылмалылыққа ие және толығымен дерлік айналған таллий хлоридінің түзілуіне ауысады. Хлоридтен басқа концентраттарды тотықтыра күйдіру кезінде таллий Т12О оксиді жанады және газ ағынымен таллий сульфатының, сульфидінің және силикатының шаң тәрізді бөлшектері механикалық түрде ұсталады. Қалпына келтіру процестері кезінде алынған шаң мен айналдыруларда таллийдің бір бөлігі металл түрінде болуы мүмкін.
Таллийдің бөлінуінің келесі кезеңі-суды циклдік шаймалау, оны қызған кезде жүргізу керек, өйткені таллийдің ерігіштігі температураға байланысты. Кейде суды шаймалаудың орнына әлсіз тұзды ерітінділермен шаймалау қолданылады. Бұл кадмий сияқты басқа металдардың хлорид ерітіндісіне ауысуына жол бермейді. Егер таллийдің негізгі бөлігі қиын еритін қосылыстар түрінде болса, онда сұйылтылған күкірт қышқылымен шаймалау қолданылады.
Таллийдің бөлінуінің келесі кезеңі-суды циклдік шаймалау, оны қызған кезде жүргізу керек, өйткені таллийдің ерігіштігі температураға байланысты. Кейде суды шаймалаудың орнына әлсіз тұзды ерітінділермен шаймалау қолданылады. Бұл кадмий сияқты басқа металдардың хлорид ерітіндісіне ауысуына жол бермейді. Егер таллийдің негізгі бөлігі қиын еритін қосылыстар түрінде болса, онда сұйылтылған күкірт қышқылымен шаймалау қолданылады.
Таллийді сілтісіздендіруден сулы ерітінділерден әртүрлі технологиялық схемалар бойынша хлорид, сульфид, иодид, хромат, үш валентті таллий гидроксиді түрінде немесе металл таллий түрінде цементтеу - мырыш шаңымен немесе амальгамамен тұндыру арқылы бөлінеді.
Таллийді сульфид түрінде тұндыру кезінде (натрий сульфидінің ыстық ерітіндісі) ерітіндіден металды толығымен шығаруға қол жеткізіледі, бірақ тұндырудың бұл әдісі селективті емес, өйткені таллийдің барлық жерсеріктік металдары да ерімейтін сульфидтерді құрайды, сондықтан бұл әдіс тек төмен қоспалы ерітінділерге қолданылады. Сульфидті таллий концентраты мырыш сульфатының ерітіндісімен шаймаланады, ал таллий сульфаты ерітіндіге өтеді:
TI2S + ZnSCU = TI2SO4 + ZnS.
Алынған ерітіндіден металл таллий цементтеу арқылы шығарылады.
Қазір таллийді тазарту уақыты сульфатты ерітінділерден йод ерітіндісімен 50% трибутилфосфат пен 50% керосин қоспасында экстракцияны қолданады. Осыдан кейін таллий органикалық фазадан сутегі асқынымен күкірт қышқылымен (300 г/л) алынады.
Қазір таллийді тазарту уақыты сульфатты ерітінділерден йод ерітіндісімен 50% трибутилфосфат пен 50% керосин қоспасында экстракцияны қолданады. Осыдан кейін таллий органикалық фазадан сутегі асқынымен күкірт қышқылымен (300 г/л) алынады.
Техникалық тұрғыдан таза таллий колошник шаңының құрамындағы басқа элементтерден (Ni, Zn, Cd, In, Ge, Pb, As, Se, Те) жылы сұйылтылған қышқылда ериді, содан кейін ерімейтін қорғасын сульфатын тұндырады және таллий хлоридін (TICI) тұндыру үшін HCI қосады. Одан әрі тазартуға платина сымын қолдана отырып, сұйылтылған күкірт қышқылындағы таллий сульфатының электролизі арқылы қол жеткізіледі, содан кейін шығарылған таллий сутегі атмосферасында 350 °C - 400 °C температурада ериді.
