Промывные жидкости для растворения металлов, загрязняющих ртуть
Для удаления из ртути металлических примесей используют растворы самых различных веществ. Эти растворы применяют для заполнения промывных колонок или для встряхивания с загрязнен-ной ртутью.
Азотная кислота. Как установил Мяллон, ртуть может быть очищена от металлических загрязнений при встряхивании ее со слабым раствором азотной кислоты. Прауишитц и другие для промывания ртути в колонках применяли 20—25%-ную азотную кислоту.
Применение концентрированной азотной кислоты, несмотря на быстроту и: полноту удаления примесей нежелательно, поскольку при этом из-за частичного растворения ртутп потери ее достигают нескольких процентов. Образующийся нитрат ртути (I) выпадает из раствора, плотным слоем оседает на дне колонки, выводя ее из строя.
Поэтому при использовании в качестве промывных жидкостей 20—25%-ных растворов азотной кислоты ее не рекомендуется оставлять в колонках на продолжительное время во избежание образования солевых отложений.
Очистка ртути от металлических примесей растворами азотной кислоты очепь эффективна.
Доказательством исключительной чистоты, которая достигается в результате удаления окисляющихся металлов промыванием ртути растворами азотной кислоты, могут служить данные анализа кубового остатка ртути, полученного в двух аппаратах хюллетовского типа после отгонки из них почти 8000 кг ртути.
Ртуть, оставшаяся в резервуарах этих аппаратов, после фильтрования имела блестящую поверхность и содержала 14 г серебра, 0,56 г золота, но в ней не было неблагородных металлов.
Для уменьшения потерь ртути при очистке растворами азотной кислоты очень часто в эти растворы добавляют нитрат ртути (I).
По полноте экстрагирования примесей из ртути растворы Hg2(N03)2, содержащие азотную кислоту, не уступают растворам азотной кислоты. Однако такие растворы, по сравнению с раство-рами азотной кислоты (особенно концентрированными), оказываются более удобными и поэтому могут быть в первую очередь рекомендованы для практического употребления в колонках различных конструкций.
Для приготовления раствора нитрата ртути (I) кристаллический порошок растворяют в дистиллированной воде, подкисленной азот-нон кислотой, или в слабом растворе азотной кислоты. Использование водопроводной воды недопустимо, так как она содержит газообразный хлор и различные примеси, вызывающие помутнение раствора, и он становится непригодным для очистки ртути.
При отсутствии готовой соли Hg2(NO3)2 ее получают путем рас-творения чистой ртути в азотной кислоте 78.
Серная кислота. Для очистки ртути от металлических загрязне-ний серную кислоту применяют реже чем азотную и с меньшим успехом.
Впервые она была использована Бранчи 30, который встряхивал загрязненную ртуть с концентрированной или разбавленной серной кислотой при комнатной температуре; применение нагретой разбавленной H2S04. Квинке и Михаэлис очищали ртуть путем кипячения и встряхивания ее с концентрированной серной кислотой, к которой добавлялось несколько капечь концентрированной азотной кислоты. Штёкеле 83 обрабатывал ртуть при 70° С серной кислотой, содержащей несколько капель азотной кислоты.
Исключительно эффективным оказалось применение смеси сер-ной кислоты и бихромата калия. В результате взаимодействия этих веществ образуется хромовая кислота, энергично окисляющая при-меси в ртути. Эта смесь была предложена Брюлеч, который при-менял ее для очистки настолько загрязненной ртути, что в некото-рых случаях продукт очистки (из-за большого содержания в ртути цинка, меди и свинца) представлял собою твердую массу.
Для приготовления такой смеси 5 г бихромата калия растворяют в 1 л воды, в раствор добавляют 2—3 мл серной кислоты, и полученную смесь используют для встряхивания с загрязненной ртутью.
На один объем ртути берут одни объем смеси; встряхивание продолжают до окраски раствора в зеленый цвет. В зависимости от степени загрязнения ртути эту операцию производят один или два раза, после чего использованную смесь сливают, а ртуть многократно промывают дистиллировапиной водой до полного удаления смеси и серого осадка, состоящего из окпслов металлов. Затем ртуть сушат и перегоняют. Как указывает Брюль, потери ртути при таком способе очистки составляют не более 0,5%,а качество и скорость очистки достаточно высокие; для очистки 25 кг ртути, загрязненной большим количеством сплава Вуда, требовалось 2—3 ч.
Болтон 85 отфильтрованную от механических примесей ртуть вначале встряхивал с теплой разбавленной азотной кислотой, а затем обрабатывал смесью серной кислоты и бихромата калня. Керп использовал те же реагенты, но в обратной последова-тельности.
При взаимодействии - хромовой кислоты со ртутью, последняя дробится на мелкие капельки, которые покрываются серым осадком окислов, и создаются неблагоприятные условия для воссоединения этих капелек. Поэтому предложенную Брюлем смесь не следует рекомендовать для колонок, так как вследствие наличия шлама из окислов и диспергированной ртути узкие трубки и отверстия в колонках будут засоряться и выходить из строя.
Соляная кислота. Для очистки ртути соляная кислота приме-няется редко, чаще опа употребляется в смеси с другими кислотами или солями.
Растворы перманганата калия. Эти растворы особенно при-годны для очистки сильно загрязпенной ртути. Для этого загрязненную ртуть помещают 87 в толстостенную склянку, заливают равным по объему насыщенным на холоду водным раствором перманганата калия и энергично встряхивают.
Через некоторое время пермапганат окрашивается в зеленый ИЛИ коричневый цвет, а ртуть превращается в тяжелый шлам, состоящий из мельчайших капелек ртути, поверхность которых покрыта хлопьевидным осадком двуокиси марганца и окислов загрязнений. Диспергирующее действие раствора способствует увеличению в тысячи я даже десятки тысяч раз поверхности ртути, что положительно сказывается на увеличении скорости и степени очистки ртути.
Очистку можно считать оконченной, если после встряхивания в течение 30 сек окраска раствора перманганата калия остается не-изменной. В противном случае ртуть заливают водою, встряхивают, воду сливают и повторяют промывание раствором пермнганата. Ппсле повторной обработки ртуть заливают разбавленной азотной кислотой.
При этом серый осадок растворяется, и отдельные капельки ртути мгновенно сливаются; очищенную таким способом ртуть многократно промывают водою, фильтруют, высушивают и, если это необходимо, дегазируют и перегоняют.
Гильерои и соавторы установили, что при обработке загрязненной ртути, содержащей до 10% отдельных примесей, пасыщенным раствором перманганата калия в нейтральной среде, из ртути удаляются натрий, калий, кальций, алюминий, свинец и сурьма, а в щелочной среде — барий, марганец, цинк, железо, кадмий, кобальт, никель, олово, висмут и медь.
Для очистки 250 мл ртути ее помещают в толстостенную склянку емкостью 1 л, заливают 250 мл насыщенного раствора перманганата калия и 25 мл 40%-ного раствора едкого натра.
Через смесь с помощью водоструйного насоса просасывают воздух до тех пор, пока ртуть не превратится в мелкие капельки, покрытые двуокисью марганца, а раствор перманганата не изменит своего цвета.
Использованный раствор сливают, склянку заполняют таким же объемом свежего раствора и операцию повторяют.
Очистку ртути считают законченной, если окраска раствора не меняется после просасывания воздуха через смесь в течение 2 мин. После промывания ртути раствором перманганата калия диспергированную ртуть обрабатывают слабым раствором азотной кислоты. При этом отдельные капельки ртути сливаются в сплошную массу; полученную таким способом ртуть промывают дистиллированной водой.
Для окисления примесей, содержащихся в ртути, растворами перманганата в кислой среде по Расселу и Эвансу берут смесь, состоящую из равных объемов 9 н. серной кислоты и насыщенного водного раствора пермангапата калия, и встряхивают с нею загряз-ненную ртуть до тех пор, пока не изменится цвет раствора. Затем еще добавляют окисляющего раствора и продолжают встряхивать до появления на поверхности шариков ртути.
После этого ртуть промывают дистиллированной водой, и, для удаления последних следов загрязняющих металлов, ртуть встряхивают с 0,1 н. раство-ром перманганата калия, подкисленного 2 н. серной кислотой, до тех пор, пока вся масса ртути не превратится в маленькие шарики.
Очищенную ртуть промывают водой, взбалтывают с 2 н. серной кислотой для коалесценции ртутных капелек, снова промывают во-дой и фильтруют через замшу. Таким способом из ртути полностью удаляются цинк, кадмий, свинец и висмут, причем потери ртути минимальны.
Для установления последовательности удаления из ртути металлических загрязнений Рассел, Эванс и Ровелл во специально приготовили ряд амальгам и подвергли их очистке растворами перманганата калия.
Оказалось, что металлические примеси по степени 1 рудности их удаления из ртути могут быть расположены в следующий ряд: Zn, Cd, Mn, Tl, Sn, Pb, Cu, Cr, Fe, Bi и Co. Растворы перманганата калия применяли и другие авторы.
Обработка ртути растворами перманганата калия в различных средах может быть рекомендована как одно из лучших средств очистки ртути. При этом ртуть очищается не только от многих металлических примесей, ио и от органических загрязнений. Однако, вследствие эмульгирующего действия растворов КМп04 (особенно насыщенных), их нельзя применять для заполнения промывных колонок.
Растворы солей трехвалентного железа. Улекс предложил использовать для очистки ртути водный раствор хлорного железа плотностью 3,48 г/см3.
При встряхивании загрязненной ртути с та-ким раствором происходит очень тонкое измельчение ртути, металлические загрязнения, содержащиеся в поверхностном слое ртутных частичек, реагируют с хлорным железом и окисляются, а хлорное железо при этом восстанавливается до FeCl2.
Вильд указывает, что после двукратного встряхивания загрязненной ртути с раствором хлорного железа образуется серый порошок, который путем растирания снова превращается в металлическую ртуть; ее отфильтровывают через бумажный фильтр с отверстием, промывают водой и высушивают фильтровальной бумагой.
В связи с эмульгирующим действием концентрированных растворов хлорного железа, их также не рекомендуется употреблять для заполнения промьшленных колонок. Растворы умеренных концентраций можно использовать для промывания ртути в колонках 96 при условии, что они сравнительно часто будут заменяться свежими.
Хлорное железо для очистки ртути применяли также Пальмер и другие авторы.
Иногда растворы хлорного железа или сульфата железа используют в смеси с другими растворами, при этом резко возрастает скорость удаления примесей. Например, Рассел и Эванс 89 при энергичном встряхивании 1 н. раствора Fe2(S04)s в 2 н. растворе серной кислоты удаляли 1 г свинца из 200 г амальгамы в течение 10 сек, 7 г цинка — в течение 30 сек.
При использовании концентрированного раствора перманганата калия в 6 н. серной кислоте и 0,1 н. раствора Fe2(S04)3, оии полностью удаляли из 480 г ртути 14 г цинка, кадмия, олова, свинца и висмута, специально добавленных в чистую ртуть. При этом, как отмечают авторы, потери ртути были несущественны.
Растворы едких щелочей. Их можно применять как для удаления из ртути органических загрязнений, так и некоторых металлических примесей.