Таллий
Общие сведения и методы получения
Таллий (Т1)—рассеянный элемент, металл. Открыт в 1861 г. английским ученым У. Круксом при спектроскопическом исследовании шламов сернокислотного производства. Название получил благодаря характерной зеленой линии спектра от латинского thallus — зеленый побег. Первым выделил новый элемент, а также установил его металлический характер и основные свойства К. О. Лями в 1862 г.
Содержание таллия в земной коре 3*10-4 % (по массе). Большая часть таллия находится в виде изоморфной примеси в сульфидных минералах свинца, цинка, медн, железа и в силикатах, где таллий замещает калий и рубидий. В сульфидах железа (пириты и марказиты) содержится 0,1—0,5 % TI.
Собственные минералы таллия практического значения не имеют. К ним относятся: лорандит TIAsS2 (58,7—59,7 % Т1); врбаит Ti(As, Sb)3S5 (29,2—32 % Т1); гутчинсонит P(Cu, Al, Tl)2AsS8 (-25% Ti); крукезит (Ti, Cu, Ag)2Se (16—19% Ti); авицениит 7T1203-Fe203 (-80 % TI).
Исходное сырье для производства таллия — отходы и полупродукты свинцово-цинкового, медеплавильного и сернокислотного производства, а татсже медно-кадмиевые кекн, получаемые при гидрометаллургической переработке цинковых огарков. Содержание таллия в этом случае колеблется от сотых до десятых долей процента, поэтому вначале получают концентрат таллия. Его выделяют из растворов, образующихся при непосредственном выщелачивании указанных выше продуктов водой или кислотами, или проводят пирометаллургическое обогащение, основанное на летучести соединений Т!20 и Т1С1. Продукты пиро-металлургического обогащения выщелачивают водой или серной кислотой, а из растворов осаждают таллиевый концентрат в виде хлорида, нодида, сульфида, хромата, бихромата или гидроксида таллия (в зависимости от принятой технологии производства).
Другой довольно распространенный способ — цементация цинковой пылью; при этом получают губку, обогащенную таллием, которую затем растворяют в серной кислоте, а из раствора осаждают богатый таллием концентрат. Еще более полно таллий цементируется амальга-мой цинка.
В последнее время возросло значение экстракционных, сорбционных и ионообменных способов извлечения и концентрирования таллия.
Дальнейшая очистка концентратов таллня основана на неодинаковой растворимости соединений таллия и сопутствующих ему металлов, а также различии других физико-химических свойств разделяемых элементов. Таллий выделяется в виде губки цементацией > на цинковых листах из слабокислых очищенных растворов. Нагревание н перемешивание ускоряют этот процесс. Цементировать можно не только из раствора, но и из суспензии Т1С1 в воде или в 1 %-ной H2S04.
Таллиевую губку для получения компактного металла промывают, прессуют и переплавляют при 350 °С под слоем щелочи, канифолн или масла. Плавка под слоем щелочи позволяет одновременно очищать металл, так как ряд примесей (цинк, свинец, хром и др.) переходят в щелочной шлак. Более эффективно щелочное рафинирование идет в присутствии окислителей (KN03; NaN03). Таким образом получают металл, содержащий 5 -10—2—10~3 % примесей.
Физические свойства
Атомные характеристики. Атомный номер таллия 81, атомная масса 204,37 а. е. м. Атомный объем 17,24х Х10~6 м3/моль, атомный радиус 0,171 нм, нонные радиусы Т1+ н Т13+ соответственно 0,149 и 0,105. Таллий состоит из двух стабильных изотопов 203Т1(29,5 %) и 205Т1 (70,5 %); имеет естественные радиоактивные изотопы 206Т1, 207Т|, 208Т1, 21°Т! с периодами полураспада 4,19; 4,79; 3,1; 1,32 мии соответственно. Получено 11 искусственных изотопов таллия, из которых наиболее важный 204Т1 с периодом полураспада 3,56 года. Потенциалы ионизации атома / (эВ); 6,106; 20,42; 29,8.
Электронная конфигурация внешней электронной оболочки атома 6 s 2 6 p . Электроотрицательность 1,8. Работа выхода электронов <р = 3,7эВ.
Прн атмосферном давлении и температуре ниже 233 °С таллий имеет гексагональную плотноупакованную решетку (г. п. у.) с периодами а = = 0,34496 нм, с-0,55137 нм (при 18°С); выше 233°С кристаллическая
решетка становится объемноцентрированной кубической (о. ц. к.), а = =0,3871 нм (при 250 °С). Энергия кристаллической решетки таллия 182,8 мкДж/кмоль. При высоких давлениях образуется третья модификация у, имеющая г. ц. к. решетку.
Тройная точка, отвечающая равновесию фаз а, В и у, лежит при температуре 115 °С и давлении 3,9 ГПа. Эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 3,4- Ю-28 м2.
Технологические свойства
Таллий — мягкий ковкий металл, его можно подвергать холодной прокатке на фольгу и прессованию на проволоку, однако при волочении он рвется из-за низкой своей прочности.
Химические свойства
Электрохимический эквивалент таллия равен 0,70601 мг/Кл. От своих аналогов галлня н индия Т1 сильно отличается по химическим свойствам.
В химических соединениях таллнй может проявлять степень окисления + 1 и +3; возможно образование соединений, в состав которых он входит одновременно в двух степенях окисления. Однако соединения, в которых таллий одновалентен, более устойчивы по сравнению с трехвалентными, поэтому он имеет большое сходство со щелочными металлами, образуя аналогичные соединения, в частности хорошо растворимые в воде гидроксиды, растворимые нитраты, корбонаты; аналогично щелочным металлам таллий (при степени окисления +1) входит в состав квасцов, шенитов, образует полисульфнды, полииоднды. Многие соединения одновалентного таллия, как н щелочных металлов, изоморфны.
В то же время подобно Ag, Си, Аи, Hg, одновалентный таллий дает малорастворнмые в воде галогениды, сульфиды и др.; при этом галоге-ниды таллия подобно галогенидам серебра светочувствительны.
Для окисления одновалентных соединений таллия до трехвалентных используют очень сильные окислители: царскую водку, перманганат калия, хлор, бром н др. Соединения трехвалентного таллня легко восстанавливаются в кислых растворах сероводородом, сульфатами и другими восстановителями,
На воздухе металлический таллий быстро темнеет и покрывается черной пленкой оксида Т120, которая замедляет процесс дальнейшего окисления.
Таллий хорошо растворяется в азотной, серной, хлорной кислотах с образованием солей. В соляной кислоте таллий растворяется с трудом, так как образуется пленка малорастворимого хлорида таллия. С щелочами металлический таллий ие вступает в реакцию. Вода, не содержащая растворенного кислорода, на него ие действует; в присутствии кислорода таллий постепенно растворяется в воде с образованием гидроксида (ТЮН).
С водородом таллий реагирует только при определенных условиях (в дуге постоянного тока между Си — анодом и Т1 — катодом при давлении водорода, равном ~0,4 МПа) с образованием нестойкого гидрида Т!Н.
Таллий легко вступает в реакцию с галогенами.
Хлорид Т1С1 — белый кристаллический порошок, имеет о.ц.к. решетку или г. ц. к. решетку типа NaCl , температура плавления 450 °С, плотность 7,000 Мг/м3.
Бромид TIBr — светло-желтый порошок с о. ц. к. или г. ц. к. решеткой, плотность 7,500 Мг/м3, температура плавления 460 °С.
Иодид ТП — ярко-желтый кристаллический порошок, ниже 174 °С имеет ромбическую решетку и плотность 7,290 Мг/м3, а выше этой температуры— о.ц.к. решетку и плотность 7,450 Мг/м3, температура плавления ТП равна 440 °С.
Фторнд T 1 F — бесцветные кристаллы, плотность 8,360 Мг/м3, температура плавления 327 °С, в отличие от других галогенидов хорошо растворим в воде.
Легко взаимодействуя с кислородом, таллий образует два оксида: Т120 и Т1203. При температурах выше 100 °С Т1203заметно диссоциирует Т1203—* Т120+02.
Оксид (I) Т120 — черный гигроскопичный порошок, плотность 10,400 Мг/м3, температура плавления 580 "С, температура кипения ~1100°С. Оксид ( III ) Т1203 — темно-коричневый кристаллический порошок с кубической о.ц.к. решеткой, плотность 10,200 Мг/м3, температура плавления 770 "С, но уже при 500 °С диссоциирует до закиси.
Гидроксид ТЮН — желтое кристаллическое вещество, плотность 7,440 Мг/м3. Плавится инконгруэнтно при 125 "С. Хорошо растворяется в воде и проявляет сильные щелочные свойства.
При нагревании таллий реагирует с серой и фосфором, образуя Tl 2 S и Т13Р.
В твердом таллии значительной растворимостью обладают металлы In , Cd , Sn , Hg , Pb , Sb , Bi , Li , Na , Mg , Са, в жидком — ограниченной растворимостью Al , Ga , Cu , Zn . Переходные тугоплавкие металлы IV, V и VI групп вообще ие растворяются в жидком таллии.
Области применения
Примерно 75 % таллия используется в электронике, электротехнике и инфракрасной технике, 7% — в сельском хозяйстве, 3%— в формако-логни, в остальных областях 15 %.
Бромид или иодид таллия применяют в сцннтилляционных счетчиках для В- и у-излученнй как активатор щелочногалогенных кристаллофос-форов.
Монокристаллы твердого раствора бромида и иодида таллия, характеризующиеся широкой областью пропускания инфракрасного излучения, применяют для изготовления линз, призм н кювет оптических приборов, работающих в инфракрасной области спектра.
Сульфид и оксисульфид таллия используют для изготовления фотоэлементов, чувствительных к воздействию инфракрасного излучения и широко применяемых в авиации.
Карбонат таллия вводят в шихту прн производстве стекла с высоко преломляющей способностью.
Водный раствор смеси таллневых солей, муравьиной и малоновой кислот — жидкость Клеричи используют в минералогических исследованиях, так как оиа отличается наиболее высокой плотностью по сравнению с другими тяжелыми жидкостями и большой подвижностью.
Соли таллия можно использовать как катализаторы в органическом синтезе, а также как антидетонаторы топлива в двигателях внутреннего сгорания.
Таллий высокой чистоты используют для синтеза полупроводниковых соединений типа TIAsJf 2 (где X — Se , Те, S ), необходимых для производства транзисторов, изоляционных покрытий; в газоразрядных лампах монохроматического излучения (зеленый цвет), служащих для градуировки спектральных приборов, контроля пленки, фотонегативов и т. д.
Радиоактивный изотоп 204Т1 применяют в качестве источника В-из-лучення в приборах для контроля толщины изделий и покрытий.
Ранее таллий широко применяли для приготовления ядов, предназначенных для борьбы с грызунами, в настоящее время применение таких ядов сократилось.
Введение таллия в подшипниковые сплавы придает им высокие антифрикционные свойства, а легирование этим элементом свинцовых сплавов значительно повышает их коррозионную стойкость. Амальгама таллия (8,35 °/о) обладает самой низкой из всех известковых двойных сплавов температурой затвердевания (—59 °С), которую можно еще понизить, добавляя индий. Ее применяют в низкотемпературных термометрах и других приборах.
Не нашли что искали? Вы можете оставить заявку, в форме обратной связи.
Портал Gosstanart.info не осуществляет коммерческой деятельности, не сотрудничает с рекламодателями, производителями товаров и компаниями предоставляющими услуги. Просьба, не обращаться с коммерческими предложениями! Вся информация, представленная на портале, результат независимых исследований и является свободно распространяемой информацией.