Металлургия цезия

Сs₂0-А1₂0₃.4SiO₂.nН₂0 + 8НС1 = 2СsС1 + 2А1С1₃ + 4Si0₂ + (n+4) Н₂0.

     Лучшим  режимом разложения поллуцита соляной  кислотой (температура 100° С, НС1 8,8 н., время 6 ч) можно обеспечить переход в раствор до 95-98% Cs, содержащегося в поллуците.

     Наиболее  прогрессивен способ разложения двойного хлорида цезия и сурьмы в вакууме  при 450° С. Так как SbС1₈ кипит при 220° С, а СsС1 лишь плавится при 646° С, то SbС1₃ в условиях процесса легко отгоняется, а хлорид цезия остается в твердой фазе.

     Так как по всем указанным вариантам  некоторое количество хлорида сурьмы остается в хлориде цезия, то его  удаляют с помощью сероводорода после растворения в малом  объеме воды. К раствору после отделения  сурьмы сероводородом добавляют  НС10₄ (избыток до 100%) для осаждения СsClO₄. Последний после отделения медленно и осторожно нагревают до плавления, получая СsС1 с содержанием суммы примесей ~0,001%.

     Для разложения поллуцитового концентрата  плавиковой кислотой, его измельчают до размера частиц 0,20-0,25 мм, помещают в чугунные реакторы, смешивают с водой и обрабатывают технической (50-60%) плавиковой кислотой, взятой с большим избытком (из расчета 2-2,2 кг кислоты на 1 кг поллуцитового концентрата). При нагревании до температуры кипения, выдерживают в течение 1 ч для удаления кремния в виде SiР₄.

     Для получения чистых солей цезия  из квасцов их растворяют в кипящей  воде, и в раствор добавляют  гидрат окиси бария. Алюминий при  этом выделяется в осадок в виде А1 (ОН)₃, а сульфат-ионы образуются в виде ВаS0₄.

     Разложение  поллуцита бромистоводородной кислотой получило распространение в связи  с возросшей потребностью в бромиде  цезия для специальных оптических стекол. Для разложения поллуцита  бромистоводородной кислотой его измельчают до 0,074 мм, а затем смешивают с 50%-ной технической кислотой и кипятят в течение 3-4 ч, после чего, раствор отфильтровывают от остатка, состоящего из кремнезема и неразложенных силикатов. Из полученного фильтрата с помощью 30%-ного раствора SbВг₃ в 20%-ной бромистоводородной кислоте осаждают малорэствори-мую ярко-желтую комплексную соль состава Сs₃ [Sb₂Вг₉]. После отделения маточника проводят двукратную перекристаллизацию соли из 10%-ной бромистоводородной кислоты. Растворимость соли Сs₃ [Sb₂Вг₉] в 10%-ной бромистоводородной кислоте при 20° С равна 0,2% (по массе). Высушенную соль нагревают при 450-480? С в вакууме, и бромид сурьмы сублимируется, а бромид цезия остается в твердой фазе. Поведение этой соли при нагревании аналогично поведению хлористой комплексной соли Сs₃ [Sb₂Вг₉].

     Кислотные способы требуют применения больших  избытков реагентов, они длительны  и сложны в аппаратурном оформлении. Кроме того, разложение кислотами  приводит к переходу в растворимое  состояние не только цезия, но и алюминия и других примесей. Все это затрудняет применение кислотных способов в  промышленности, однако они продолжают совершенствоваться.

     Способы спекания. Способы спекания разработаны менее детально, чем кислотные, но в настоящее время они получили всеобщее признание. В качестве флюсов были опробованы: карбонат кальция, смесь карбонатов натрия и калия, окись и хлорид кальция, смесь карбоната и хлорида натрия.

     Хорошие показатели были достигнуты по способу, предложенному Арендой. В его  основе лежит спекание поллуцита  с СаО и СаС1₂. Взаимодействие.протекает по следующей суммарной реакции:

Сs₂О-А1₂О₃-4SiO₂-Н₂О + СаС1₂ + 5СаО =

= 2СsС1 + СаО.А1₂О₃.2SiO₂ + ЗСаО-SO₂ + 2СаО-SO₂ + Н₂О.

     Отсутствие  кремния и алюминия в растворах  после выщелачивания спеков - большое  достоинство метода Аренда. При оптимальных  условиях всегда можно добиться практически  полного разложения минерала (не менее 98%) и высокой степени чистоты  этой соли (99,9%). Метод экономичен и  сравнительно прост. Все другие методы переработки поллуцита не обеспечивают в настоящее время столь высоких  показателей.

     Исследования  показали, что основным реагентом  при спекании является хлорид кальция, который в расплавленном состоянии  действует энергичнее соляной кислоты. Окись же кальция нужна для  связывания кремнезема и глинозема. Полученный спек охлаждают, измельчают и обрабатывают горячей водой. Полученную пульпу фильтруют, остаток от фильтрации направляют в отвал. Фильтрат, содержащий сульфаты цезия, рубидия и других щелочных металлов, обрабатывают соляной  кислотой и цезий осаждают в виде комплексной соли Сs₃ [Sb₂С1₉] по способу, описанному ранее. Для получения соли более высокой чистоты проводят ее перекристаллизацию.

     Известны  также исследования по разложению поллуцитового  концентрата путем спекания его  с известью без добавок хлористого кальция. Вещественный состав полученного  спека следующий, %: 10,5 С5₂0-А1₂О_я; 74,3 2СаО-5Ю₂; 7,5СаО-А1₈0₃; 7,5% суммы Ме₂0-А1₂0₃.

     В промышленности также нашел применение вариант сублимирующего обжига. При  этом состав шихты следующий: на 1 ч. по массе концентрата, 2 ч. известняка, 0,23 ч. хлористого кальция. Температуру повышают до 1300° С. Все щелочные металлы возгоняются; при улавливании их образуется конденсат следующего состава, %: 60 Cs; 1,8 Кd; 3,4 К; 2,5 Nа; 25,3 - С1₃.

     Если  добавку хлорида кальция заменить фторидом кальция в количестве 2,5% к массе шихты, температуру спекания можно снизить до 1200˚ С. Извлечение цезия в сублимат в обоих случаях составляет 98%. Для получения из него цезия применяют один из описанных способов очистки от щелочей. Например, возгон окисей щелочных металлов вымывают из конденсата водой и нейтрализуют полученный раствор соляной кислотой. Из этого раствора цезий осаждают концентрированной соляной кислотой и хлоридом сурьмы, получая осадок соли состава Сs₃Sb₄С1₉.

     Цезий, находящийся в возгонах, можно  отделить от других щелочей жидким бромом, в котором растворим только бромистый цезий. Из бромистого цезия  можно получить другие нужные соли цезия.

     Преимущество  способов с возгонкой щелочей  перед изложенными ранее - сокращение числа переделов и отсутствие громоздкой гидрометаллургической  аппаратуры.

     На  извлечение цезия из лепидолитового концентрата поступает не сам  концентрат, а остаток после извлечения из него лития. Примером может служить  способ, предложенный Е.С. Бурксером в 1935 г. По этому методу лепидолит спекают с К₂50₄ при 1090° С, и спек обрабатывают водой; в раствор при этом переходит литий и частично рубидий, цезий и калий. Основная же часть цезия остается в осадке, который разлагают при 100° С серной кислотой. Далее осадок обрабатывают водой, а затем из концентрированного раствора при охлаждении выкристаллизовывают смесь квасцов калия, рубидия и цезия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Применение:

     Металлический цезий – компонент материала  катодов для фотоэлементов, фотоэлектронных  умножителей, телевизионных передающих электронно-лучевых трубок. Фотоэлементы со сложным серебряно-цезиевым фотокатодом  особенно ценны для радиолокации: они чувствительны не только к  видимому свету, но и к невидимым  инфракрасным лучам и, в отличие, например, от селеновых, работают безинерционно. В телевидении и кино широко распространены сурьмяно-цезиевые фотоэлементы; их чувствительность даже после 250 часов работы падает всего  на 5–6%, они надежно работают в  интервале температур от –30° С  до +90° С. Из них составляют так  называемые многокаскадные фотоэлементы; в этом случае под действием электронов, вызванных лучами света в одном  из катодов, наступает вторичная  эмиссия – электроны испускаются  добавочными фотокатодами прибора. В результате общий электрический  ток, возникающий в фотоэлементе, многократно усиливается. Усиление тока и повышение чувствительности достигаются также при заполнении цезиевых фотоэлементов инертным газом (аргоном или неоном).

     Металлический цезий служит для изготовления специальных выпрямителей,  которые во многом превосходят ртутные. Его используют в качестве теплоносителя в ядерных реакторах, компонента смазочных материалов для космической техники, геттера в вакуумных электронных приборах. Металлический цезий проявляет и каталитическую активность в реакциях органических соединений.

     Цезий используется в атомных стандартах времени. «Цезиевые часы» необыкновенно  точны. Их действие основано на переходах  между двумя состоянием атома  цезия с параллельной и антипараллельной ориентацией собственных магнитных  моментов ядра атома и валентного электрона.

     В последнее время большое внимание уделяется цезиевой плазме, всестороннему  изучению ее свойств и условий  образования, возможно, она станет использоваться в плазменных двигателях будущего. Кроме того, работы по исследованию цезиевой плазмы тесно связаны с  проблемой управляемого термоядерного  синтеза. Многие считают, что целесообразно  создавать цезиевую плазму, используя  тепловую энергию атомных реакторов.

     Хранят  цезий в стеклянных ампулах в  атмосфере аргона или стальных герметичных  сосудах под слоем обезвоженного  вазелинового масла. Утилизируют остатки  металла обработкой пентанолом. 

7. Заключение:

     Итак, в данной работе были раскрыты несколько подтем или пунктов, которые прямо касаются основной темы реферата. Был дан материал и по основному здесь вопросу – извлечение и производство цезия, в котором были изложены способы, методы переработки источником сырья до конечного результата – металлический цезий. На мой взгляд реферат получился довольно полным, но нераскрыты более полно некоторые моменты в виду отсутствия исходных данных, материала по этой теме, которые засекречиваются.

       Проблема добычи цезия, менее затратная переработка этого металла, все это имеет посылы для непрерывности и актуальности работы по этим темам и дальнейшего совершенствования.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

8. Литература

1. ВикиПедия – свободная энциклопедия

2. Сайт: http://otherreferats.allbest.ru/chemistry/00001534_0.html

3. Сайт: Популярная библиотека химических элементов, элемент цезий.