Наконец, цементация при помощи жидких амальгам позволяет легко осуществлять принцип противотока, имеющий большое технологическое значение и позволяющий выделять металлы из весьма разбавленных растворов их солей. При проведении цементации по принципу противотока можно осуществить фракционированное разделение металлов. Например, раствор, содержащий медь, свинец и цинк, можно подвергнуть цементации амальгамой цинка. При этом медь, обладающая более положительным потенциалом, чем свинец, будет цементироваться в первую очередь, а свинец – во вторую, что дает возможность получать непрерывный поток двух амальгам – медной и свинцовой и цинксодержащего раствора. Этот раствор будет содержать не только тот цинк, который первоначально находился в водном растворе вместе со свинцом и медью, но и тот цинк, который перешел из амальгамы в процессе цементации свинца и меди. Контроль процесса цементации осуществляется путем измерения электродного потенциала амальгамы, и самый процесс цементации может быть полностью автоматизирован.
При рассмотрении процессов электролиза с ртутным катодом и цементации при помощи амальгам следует учитывать, что потенциал разряда ионов металла на ртути во многих случаях значительно отличается от потенциала разряда этих же ионов на твердых электродах. Это позволяет производить на ртутном катоде разделение таких металлов, которые не могут быть разделены методом обычного электролиза. Напомним, что на ртутном катоде могут быть выделены из нейтральных и щелочных растворов даже такие электроотрицательные металлы, как натрий и калий.
Рассмотрим вопрос о способах выделения металлов из амальгам.
Выделение металла из амальгам может быть выполнено следующими методами:
– удалением ртути из амальгамы путем нагревания (отгонкой ртути);
– фильтрованием амальгамы (для двухфазных амальгам);
– методом электролиза при использовании амальгамы в качестве анода;
– методом цементации: обработкой амальгамы солями более электроположительных металлов. В этом случае металл из амальгамы выделяется не в своБодном состоянии, а в виде соли.
Выделение металлов путем отгонки ртути в настоящее время получило уже промышленное применение при производстве металлического натрия. По литературным данным, получение натрия путем электролиза с ртутным катодом раствора хлористого натрия и последующей отгонкой ртути из полученной амальгамы натрия требует в три раза меньше электроэнергии, нежели получение натрия обычным методом – электролизом расплавленных солей. Отметим, между прочим, что расход тепла на испарение одного килограмма ртути в семь раз меньше, чем для испарения одного килограмма воды.
Путем фильтрования могут быть выделены из амальгамы те металлы, которые в ртути не растворимы. Этот метод прошел уже промышленные испытания: на нем основан процесс очистки алюминия от примесей железа и кремния. Технический алюминий растворяют в ртути при температуре около 600°, причем железо и кремний остаются нерастворенными и отфильтровываются. При понижении температуры происходит выделение алюминия (как уже отмечалось, при комнатной температуре ялюминий практически не растворяется в ртути). Выделившийся алюминий отделяется от ртути фильтрованием. Механически захваченная алюминием ртуть удаляется отгонкой. Этим путем получают алюминий, сво6одный от кремния и железа.
Следует отметить, что при фильтровании амальгам не наблкщается такого неприятного явления, как забивание пор фильтра.
Путем фильтрования амальгам могут быть получены также порошки марганца, хрома, железа, никеля и кобальта.
– Т.е. металлов, не растворимых в ртути, амальгамы которых, однако, могут быть получены электролизом с ртутным катодом водных растворов их солей или цементацией амальгамами электроотрицательных металлов (например, амальгамой натрия). Получение порошков металлов приобретает большое значение в связи с развитием порошковой металлургии (как известно, методы порошковой металлургии используются при получении сверхтвердых сплавов) [2].
Процесс анодного разложения амальгам обычно сочетается с катодным отложением выделяющегося из амальгамы металла. Технически этот процесс проще всего может быть осуществлен с использованием современных электролизеров с вращающимися электродами. Такие электролизеры применяются в производстве едкого натра методом электролиза с ртутным катодом. При проведении процесса электролиза с контролем электродных потенциалов можно осуществлять достаточно тонкое разделение и получать металлы весьма высокой степени чистоты. По литературным данным, подобным методом можно получить цинк, содержащий всего лишь не более 0,001 % примесей [і].
Выделение металлов из амальгам путем цементации.
– Т.е, взаимодействия амальгамы с солями более электро-положительных металлов, было рассмотрено выше при описянии метода цементации. Если амальгама содержит несколько металлов, то при обработке такой смешанной амальгамы последовательно растворами солей соответству- ющих металлов можно разделить металлы, находящиеся в амальгаме, получив ряд растворов их солей. Если же амальгаму обработать раствором ртутной соли, то из амальгамы можно извлечь все растворенные в ней металлы (за исклю- чением более благородных, нежели сама ртуть) и таким образом осуществить регенерацию ртути. Вообще же следует подчеркнуть, что в методах амальгамной металлургии ртуть, находясь в кругообороте, теоретически не должна расходоваться. Практически же расход ртути, как показывает практика заводов по электролизу поваренной соли, составляет в год около 2 % от общего количества находящейся в производстве ртути.
Объем настоящей статьи не позволяет нам останавливаться подробно на различных схемах, предложенных для переработки бедных руд и отходов производства (например, пиритных огарков).
Сущность подобных схем сводится к тому, что после предварительного хлорирования или хлорирующего обжига руды получают растворы, которые перерабатываются методами амальгамной металлургии. При этом в случае применения методов электролиза с ртутным катодом выделяющийся на аноде хлор используется в процессах хлорирования.
Подобные схемы, прошедшие промышленную проверку на Дуисбургском заводе, предусматривают, например, извлечение из пиритных огарков не только меди, но и цинка, кадмия, таллия и свинца, а из пестрого песчаника, без всякого предварительного обогащения – свинца, цинка, меди, серебра и серы (в виде хлорида). Отметим, что в работе [1] особенно подчеркивается важность этих методов для переработки бедных свинцовых руд.
Амальгамные методы могут 6ыть использованы также для получения солей различных металлов и минеральных красок путем обработки амальгам растворами соответствующих солей [3].
Возможно, что амальгамная металлургия найдет себе также применение при производстве сплавов различных металлов: при смешении амальгам некоторых металлов наблюдается взаимодействие этих металлов, приводящее к образованию соответствующих сплавов.
При обсуждении перспектив развития методов амальгамной металлургии часто выдвигается в качестве возражения против применения этих методов то обстоятельство, что ртуть ядовита. Мы считаем, что это возражение в условиях современной санитарной техники не является существенным. Если придерживаться точки зрения изъятия из промышленности всех вредных и опасных в обращении веществ, то пришлось бы отказаться от целого ряда производств: от получения свинца, серной кислоты и т.п., а об использовании атомной энергии в мирных целях, конечно, не могло бы быть и речи. К этому следует добавить, что ртутный метод получения едкого натра, несмотря на вредность работы с ртутью, нашел практическое применение в громадных масштабах: количество циркулирующей ртути на некоторых заводах составляет десятки и даже сотни тысяч килограммов [27]. Если учесть, что процессы амальгамной металлургии осуществляются, как правило, в герметизированных аппаратах, то станет ясным, что ртутная опасность перестанет быть неразрешимой проблемой.
Вторым возражением является высокая стоимость ртути. Однако это возражение отпадает, если учесть, что затраты на приобретение ртути необходимы лишь при организации производства, в дальнейшем же, как уже отмечалось, расход ртути невелик.
Для оценки масштаба применения различных ртутных методов за рубежом определенный интерес представляют данные по потреблению ртути в Германии и США: если до второй мировой войны потребление ртути в каждой из этих стран составляло примерно около 900 т в год, то в Германии в1940 г. оно достигало 1927 т, а в США в 1954 г. – 2200 т [4]. По новейшим данным [5], в США запланировано приобретение 6990 т ртути на ближайшие три года. Официальная статистика обеих стран объясняет столь резкое возрастание спроса на ртуть использованием ее в электрохимических производствах.
