Методы получения чистого кадмия
|
Металлический кадмий, получаемый на заводах, содержит не более 99,98% Cd. Для некоторых отраслей промышленности (атомной, полупроводниковой) и областей науки нужен кадмий с минимальным содержанием примесей. Для получения кадмия особой чистоты применяют те же технологические приемы получения металлов (но проведенные в несколько измененных условиях): электролиз, ректификацию или специальные методы (вакуумную дистилляцию, зонную перекристаллизацию). Электрохимический способ получения чистого кадмия состоит в катодном осаждении кадмия из очищенного электролита с нерастворимыми анодами. Применяемые при техническом процессе электроосаждения кадмия свинцовые или свинцово-серебряные аноды в данном случае нельзя использовать из-за их растворимости, вследствие чего катодно осажденный металл загрязняется свинцом. Применение анодов из платины ограничено их дороговизной. Некоторое преимущество как нерастворимый анод при получении чистого кадмия имеет железокремниевый сплав, содержащий 14% Si. Электролитическое выделение кадмия с анодом из такого сплава проводили при катодной плотности тока 60 а/м2, температуре 35 °С. Исходный электролит имел следующий состав:  Отработанный электролит содержал, г/т: 25 Cd; 200 H2SO4; 1,83 Fe. Выход по току кадмия за 6 суток работы составил 94,5%, при 3,15 в, расход электроэнергии 1,6 квт*ч на 1 г катодного кадмия. Катодные осадки получались гладкие, плотные, светлые. После переплавки под слоем едкого натра при температуре 400—500 °С металлический кадмий содержал: 0,003% Zn; по 0,0001 и Co; менее чем по 0,001 % Mn, Tl, Sb; следы Fe; свинец, медь и олово не обнаружены. Содержание кадмия в металле составило более 99,993. Вакуумную дистилляцию кадмия проводили при температуре 450 °С и остаточном давлении 1 мм рт. ст. В табл. 91 приведены результаты возгонки, из которых видно, что в дистиллят переходит много цинка. Снижение содержания цинка до 0,001 % достигается при повторной вакуумной дистилляции кадмия.  Рафинирование кадмия методом зонной плавки основано на закономерностях кристаллизации примесей и основного металла. Если примесь понижает температуру плавления основного металла, то в процессе кристаллизации эта примесь будет оставаться в расплаве. Наоборот, если примесь повышает температуру плавления основного металла, то в процессе кристаллизации такая примесь будет переходить в кристаллизующийся мeтaлл. Степень распределения примеси между твердой и жидкой фазами характеризуется отношением равновесных концентраций этой примеси при температуре кристаллизации в твердом и жидком состоянии:  Из уравнения следует, что чем меньше К, тем чище кристаллизующийся из расплава металл по содержанию в нем примеси. Если для данной пары металл — примесь К ≤ 1, то в начале процесса кристаллизации твердая фаза будет чище расплава. По мере обогащения расплава примесью состав твердой фазы будет непрерывно изменяться и наибольшее содержание примеси будет в той части твердой фазы, которая выкристаллизуется в последнюю очередь. Если К ≥ 1, то наибольшая концентрация примесей будет в части кристаллов, образующихся в начале процесса. При значении К, равном или близком к единице, очистка металла методом кристаллизации невозможна. Сущность зонной плавки заключается в прохождении через слиток очищаемого металла ряда расплавленных зон. При этом, если К ≤ 1, то по мере продвижения каждой зоны выкристаллизовывается металл, обедненный примесями, которые концентрируются в расплаве и оттесняются к одному концу слитка. Процесс рафинирования кадмия зонной плавкой изучали во ВНИИцветмете. Ориентировочная величина К для отдельных примесей, имеющихся в кадмии, составляет: около 0,1 для меди и олова, меньше 0,1 для свинца и таллия, около 0,5 для цинка, меньше 1,0 для мышьяка, сурьмы и олова. При скорости движения зоны 32 мм/ч, ширине зоны 20 % от длины слитка и числе проходов зоны по слитку, равном 10 при первой стадии и 25 при второй стадии, степень очистки кадмия марки КДО определяется данными табл. 92.  Выход чистого кадмия при зонной плавке в одну стадию составляет 70%, а в две стадии 50% от исходного количества кадмия. Более подробно методы получения чистого кадмия изложены в книге Д.М. Чижикова «Кадмий». |
