Journals →  Цветные металлы →  2023 →  #3 →  Back

Редкие металлы, полупроводники
ArticleName Получение металлического таллия для применения в технологии оптических материалов на основе кристаллов КРС-5
DOI 10.17580/tsm.2023.03.05
ArticleAuthor Кузнецов М. С., Зараменских К. С., Демина А. Ю., Сосков О. В.
ArticleAuthorData

АО «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет», Москва, Россия:

М. С. Кузнецов, начальник лаборатории высокочистых галогенидных материалов для оптики, эл. почта: gradan@mail.ru
К. С. Зараменских, ведущий научный сотрудник лаборатории высокочистых галогенидных материалов для оптики, канд. хим. наук., эл. почта: KSZaramenskikh@rosatom.ru
О. В. Сосков, инженер лаборатории высокочистых галогенидных материалов для оптики

 

Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН), Москва, Россия:

А. Ю. Демина, инженер-исследователь лаборатории керамических композиционных материалов (№ 20), эл. почта: deminaanna97@gmail.com

Abstract

Работа посвящена оценке различных методов и поиску оптимального метода получения таллия из невостребованного материала TlCl для применения в производственной лаборатории при синтезе востребованных оптических материалов — главным образом кристаллов КРС-5 состава TlBr – TlI. Собраны установки и разработаны методики проведения процессов электролиза раствора, электролиза расплава, пирогидрохимического и металлотермического синтеза. Показана возможность применения этих методов для получения таллия из его хлорида. Экспериментально установлено, что использование электролитических методов на имеющемся оборудовании сопряжено с высоким расходом энергии, а применение пирогидрохимического метода требует соблюдения требований к работе с токсичными веществами. Поэтому самым эффективным, быстрым и менее затратным методом получения металлического таллия является металлотермический. Он отличается относительной простотой в плане технического оснащения, низкими энергозатратами в пересчете на равное количество продукта и высокой производительностью (получено 84,1 г таллия за 1 цикл при выходе 97,9 %). Металл, полученный металлотермическим синтезом, включает малое количество примесей (содержание основного компонента — 99,3 %, согласно данным рентгенофлуоресцентного анализа), причем основное количество примеси приходится на металл-восстановитель и его соли, которые легко удалить вакуумной дистилляцией на дальнейших стадиях очистки оптического материала. Такие примеси почти не влияют на спектр поглощения в инфракрасной области выращенных из него кристаллов КРС-5. Методика осуществления металлотермического процесса не подразумевает образование жидких и твердых отходов, содержащих таллий и требующих дополнительных затрат на переработку и утилизацию.

Авторы выражают благодарность ст. науч. сотр. И. С. Лисицкому и ведущему инженеру-технологу М. В. Морозову за участие в написании статьи.

keywords Таллий, хлорид таллия, восстановление таллия, оптические материалы, гидрохимический метод, металлотермический метод, электролиз раствора, электролиз расплава
References

1. Дарвойд Т. И., Гуревич М. А., Новичкова С. М. Твердые растворы галогенидов таллия // Журнал неорганической химии. 1965. T. Х. Вып. 2. C. 236–239.
2. Смирнов И. С., Говорков А. В., Кожухова Е. А., Лисицкий И. С., Кузнецов М. С. и др. Влияние условий выращивания и легирования донорными примесями на механизм проводимости и спектры глубоких уровней в кристаллах TlBr // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2015. № 3. С. 4–12.
3. Лапшин В. В., Захаревич Е. М., Кузнецов М. С., Зараменских К. С., Осипов А. В. Технология обработки оптических деталей из кристаллов КРС-5 методом алмазного точения и фрезерования // Фотоника. 2021. Т. 15, № 1. С. 18–29.
4. Voloshinov V. B., Khorkin V. S., Kuznetsov M. S., Subbotin K. A. Anisotropic acousto-optic interaction in KRS-5 cubic crystal possessing induced optical anisotropy // In Fourteenth School on Acousto-Optics and Applications: International Society for Optics and Photonics. 2019. Vol. 11210. 112100E.
5. Marcinkevičiūtė A., Tamošauskas G., Dubietis A. Supercontinuum generation in mixed thallous halides KRS-5 and KRS-6 // Optical Materials. 2018. No. 78. P. 339–344.
6. Shorohov M., Kouznetsov M., Lisitskiy I. et al. Member recent results in tlbr detector crystals performance // IEEE Transactions on nuclear science. 2009. Vol. 56, No. 4. P. 1855–1858.
7. Ariño-Estrada G., Mitchell G. S., Kim H. et al. First Cerenkov charge-induction (CCI) TlBr detector for TOF – PET and proton range verification // Physics in Medicine & Biology. 2019. Vol. 64, No. 17. 175001.
8. Hany I., Yang G., Phan Q. V. et al. Thallium lead iodide (TlPbI3) single crystal inorganic perovskite: Electrical and optical characterization for gamma radiation detection // Materials Science in Semiconductor Processing. 2021. Vol. 121. 105392.
9. Lowndes R. P., Perry C. H. Molecular structure and anharmonicity in thallium iodide // The Journal of Chemical Physics. 1973. Vol. 58, No. 1. P. 271–278.
10. Babanly D. M., Mashadieva L. F., Babanly M. B. The Tl – I phase diagram revisited and the thermodynamic properties of thallium iodides // Inorganic Materials. 2017. Vol. 53, No. 5. P. 519–524.
11. Terragni G., Pizzichemi M., Roncali E. et al. Time resolution studies of thallium based cherenkov semiconductors // Frontiers in Physics. 2022. No. 10. 785627.
12. Окошников А. М., Цыб П. П., Кузебная Г. И. Извлечение таллия из алгомерационных пылей свинцовых заводов // Рудный Алтай. 1958. № 1. С. 14–16.
13. Цыб П. П., Ворошнина К. П. Проверка возможности применения амальгамного метода для извлечения таллия из кадмие вых растворов УКСЦК // Сборник аннотаций научно-исследовательских работ. 1957. Т. III. С. 319–324.
14. Crookes W. On thallium // Journal of the Chemical Society. 1864. No. 17. P. 121–126.
15. Материалы Совещания по вопросам производства и применения индия, галлия и таллия. — М. : ОНТИ «Гиредмет». 1959. Т. 2. — 216 с.
16. Делимарский Ю. К. Электролиз: Теория и практика. — Киев : Тэхника, 1982. — 167 c.
17. ГОСТ 14262–78. Кислота серная особой чистоты. Технические условия. — Введ. 01.01.1979.
18. ГОСТ 4328–77. Реактивы натрия гидроокись. Технические условия. — Введ. 30.06.1978.
19. ГОСТ 5100–85. Сода кальцинированная техническая. Технические условия. — Введ. 01.01.1986.
20. ГОСТ 10929–76. Реактивы водорода пероксид. Технические условия. — Введ. 01.01.1977.
21. ГОСТ 804–93. Магний первичный в чушках. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
22. ГОСТ 10157–2016. Аргон газообразный и жидкий. Технические условия. — Введ. 01.07.2017.

Language of full-text russian
Full content Buy
Back