Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
В настоящей главе рассматриваются такие электрохимические методы очистки веществ, как электродиализ, электролиз с применением жидких амальгамных и твердых электродов и метод ионных подвижностей [22].
ЭЛЕНТРОДИАЛИЗ
Впервые электродиализ был предложен как метод очистки вещества Мейгратом и Сабатесом в 1890 г. и с тех пор этот способ часто используется для удаления примесей из растворов неэлектролитов, коллоидов и суспензий малорастворимых веществ [3, 5—18].
Электродиализ — сложный физико-химический процесс, протекающий в электролитической ячейке, разделенной полупроницаемыми мембранами (диафрагмами). Применение мембран вызывает появление не только новых процессов, таких как диализ и электроосмос, но и приводит к изменению чисел переноса ионов в порах мембран по сравнению со свободным объемом раствора, к возникновению своеобразного сортировочного эффекта [5, 20—23]. Однако основой электродиализа остается процесс электролиза, роль которого возрастает с уменьшением концентрации примесей электролитов [5, 24, 25]. Использование иони-товых мембран расширяет область применения электродиализа как метода очистки вещества. Появляется возможность удаления микропримесей и из электролитов. В частности, электролиты, содержащие большие ионы (например, растворимые и нерастворимые полиэлектролиты, соли больших неорганических и органических катионов и анионов), почти не проходят через иони-товые мембраны, являются «неспособными к электродиализу» [3] и поэтому легко очищаются от микропримесей обычных электролитов.
Аппаратура. Наиболее простой конструкцией электродиализатора является электролитическая ячейка с биполярной мембраной (рис. 73). В таких двухкамерных электродиализаторах,
* Впервые это явление было обнаружено В. Паули [8, 19] при электродиализе неорганических коллоидов и было названо электрорасслаиванием.
21*
371
Особо чистая вода
Н,0
нго
1 І
її—«_п_
+ -і] к —
М9-
-804г
-ЗО*
\ П |
Исходный раствор
Рис. 73. Двухкамерный электродиализатор с биполярной мембраной:
/-анод; 2- катод; 3 — аннонитоаая часть биполярной мембраны; 4-катио-нитовая часть биполярной мембраны.
Рнс. 74. Трехкамерный электро-дналнзатор:
/-анод; 2-катод; 3~катодная мембрана; 4 - анодная мембрана; 5-боковые (электродные) камеры; 6 - средняя камера.
Рис. 75. Пятикамерный электродиалнзатор:
і-дополнительные камеры; 2-боковые камеры; 3 - катодная мембрана; 4-средняя камера; 3- мешалка; 6- анодная мембрана-7-сетчатые электроды; в - крупнопористые мембраны.
собранных в каскад, можно производить очистку водных растворов солей двух- и трехвалентных металлов от микропримесей щелочных металлов. В различных практических работах по очистке неорганических веществ широко используются трех-(рис. 74) и пятикамерные электродиализаторы (рис. 75) с узкими и высокими камерами (для увеличения поверхности мембран). Электродиализуемое вещество в растворенном виде, в виде суспензии или коллоидного раствора помещается в среднюю камеру. В процессе электродиализа попы микропримесей переносятся из средней в боковые камеры, которые периодически или непрерывно промываются особо чистой водой. Для концентрирования удаляемых микропримесей и сокращения расхода особо чистой воды применяют пятикамерные электродиализаторы (рис. 75). Дополнительные камеры этих аппаратов являются своеобразными электрическими ловушками ионов микропримесей [18, 25, 26], устраняющими обратную диффузию последних в среднюю камеру. В этом случае водой промываются только дополнительные камеры [27]. Для глубокой очистки неэлектролитов камеры электродиализаторов объединяются в каскад, называемый многокамерным электродиализатором [3, 27—29]. В многокамерном электродиализаторе (рис. 76) катионитовые и анионитовые мембраны располагаются поочередно. Если в трехкамерном электродиализаторе не исключена возможность проникновения ионов Н+ и ОН" через мембраны в среднюю камеру из-за неидеальности мембран, то в многокамерном электродиализаторе этот фактор оказывает влияние только на те камеры обессоливания, которые находятся в непосредственной близости к" электродным камерам [3].
Электроды электродиализаторов изготавливаются только из платины или особо чистого графита. Однако и в этом случае не исключена возможность загрязнения растворов продуктами электрохимической коррозии электродов. Что касается жидких ртутных электродов, то условия их применения пока мало изучены. Известно лишь, что степень очистки коллоидной БЮг увеличивается при замене твердых электродов на ртутные [30].
Наиболее эффективной системой циркуляции рабочих растворов и особо чистой воды в многокамерном электродиализаторе считается комбинированная система [25, 27], по которой подвергаемый очистке раствор движется последовательно через камеры очистки, а обогащающаяся микропримесями вода параллельно первому потоку (рис. 76).
Конструкции различных электродиализаторов и системы потоков непрерывно совершенствуются [5, 9, 11, 25—29], но основной принцип построения элементарной ячейки разделительного элемента электродиализатора остается неизменным.
