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

М. С. Кузнецов, начальник лаборатории, эл. почта: gradan@mail.ru
К. С. Зараменских, ведущий научный сотрудник, канд. хим. наук, эл. почта: KSZaramenskikh@rosatom.ru
С. М. Пилюшко, инженер-технолог 1-й категории, эл. почта: vorpat2402@bk.ru
А. А. Пахомова, инженер научного проекта, эл. почта: m1808458@edu.misis.ru

Проведены изучение и оптимизация процесса восстановления металлического таллия из его галогенидов. В результате предварительных экспериментов были опробованы и усовершенствованы разные методы восстановления таллия. Металлотермический способ продемонстрировал значительные преимущества и обеспечил высокую производительность, самый высокий процент выхода целевого продукта и чистоту полученного материала. Основная цель работы — подтверждение возможности получения металлического таллия из его галогенидов металлотермическим методом, который заключается в восстановлении кристаллов галогенидов таллия металлом-восстановителем при повышенной температуре, и последующего его использования для прямого синтеза нитрата таллия гидрохимическим методом с оценкой качества получаемого продукта на соответствие требованиям к материалу для применения в радиоэлектронной промышленности в качестве добавки в электролит, а также для получения востребованных галогенидов таллия, применяемых в оптике. Для проведения реакции согласно уравнениям металлотермического восстановления таллия из его галогенидов была использована установка, оборудованная вертикальной электрической печью сопротивления. На начальном этапе эксперименты проводили в разных условиях: в атмосфере аргона и в вакууме, при температурах нагрева 320 и 400 ^oC, при скоростях нагрева 3 и 5 ^oC/мин, в стеклянной ампуле и стеклоуглеродном стакане. Также выполнен опыт по помещению материала в предварительно нагретую печь. Экспериментально установлено, что наиболее эффективно процесс металлотермического восстановления протекает в атмосфере аргона при нагреве до 340 ^oC со скоростью 3 ^oC/мин. На последующем этапе проводили сравнение металлов-восстановителей для определения оптимального в установленных ранее условиях. В качестве металлов-восстановителей рассмотрены магний, алюминий и кальций. Проведен теоретический расчет массы продукта, экспериментально измерена практически полученная масса. На основании этих данных был рассчитан выход продукта. Наиболее высокий выход металлического таллия (99 %) получен при использовании алюминия в качестве металла-восстановителя в количестве, превышающем на 5 % стехиометрическое.

Авторы выражают благодарность О. В. Соскову и А. Ю. Деминой за участие в проведении теоретических и экспериментальных исследований.

1. Marcinkevičiūtė A., Tamošauskas G., Dubietis A. Supercontinuum generation in mixed thallous halides KRS-5 and KRS-6 // Optical Materials. 2018. Vol. 78. P. 339–344. DOI: 10.1016/j.optmat.2018.02.042
2. Sopko I. M., Ignatyeva D. O., Knyazev G. A., Belotelov V. I. Efficient acousto-optical light modulation at the mid-infrared spectral range by planar semiconductor structures supporting guided modes // Physical Review Applied. 2020. Vol. 13, Iss. 3. 034076. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.13.034076
3. Дарвойд Т. И., Гуревич М. А., Новичкова С. М. Твердые растворы галогенидов таллия // Журнал неорганической химии. 1965. T. Х. Вып. 2. C. 236–239.
4. Кузнецов М. С., Зараменских К. С., Лисицкий И. С. Оптические материалы на основе галогенидов серебра и таллия для ИК техники: характеристики, области применения // Лазер-Информ : информационный бюллетень Лазерной ассоциации. 2021. № 9 (696). С. 19.
5. Смирнов И. С., Говорков А. В., Кожухова Е. А., Лисицкий И. С. и др. Влияние условий выращивания и легирования донорными примесями на механизм проводимости и спектры глубоких уровней в кристаллах TlBr // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2013. № 3. С. 4–12.
6. Kim H., Ogorodnik Y., Kargar A., Cirignano L. et al. Thallium bromide gamma-ray spectrometers and pixel arrays // Frontiers in Physics. 2020. Vol. 8. DOI: 10.3389/fphy.2020.00055
7. Hitomi K., Onodera T., Shoji T., Hiratate Y. Thallium lead iodide radiation detectors // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2003. Vol. 50, Iss. 4. P. 1039–1042. DOI: 10.1109/TNS.2003.815351
8. Toyoda K., Takagi K., Kase H., Takagi T. et al. Spatial resolution of X-ray imaging using 80 μm pitch TlBr detector // Research and Education: Traditions and Innovations. INTER-ACADEMIA 2021. Lecture Notes in Networks and Systems. 2022. Vol. 422. P. 345–351. DOI: 10.1007/978-981-19-0379-3_36
9. Terragni G., Pizzichemi M., Roncali E., Cherry S. R. et al. Time resolution studies of thallium based Сherenkov semiconductors // Frontiers in Physics. 2022. Vol. 10. 785627. DOI: 10.3389/fphy.2022.785627
10. Окошников А. М., Цыб П. П., Кузебная Г. И. Извлечение таллия из агломерационных пылей свинцовых заводов // Рудный Алтай. 1958. № 1. С. 14–16.
11. Цыб П. П., Ворошнина К. П. Проверка возможности применения амальгамного метода для извлечения таллия из кадмиевых растворов УКСЦК // Сборник аннотаций научно-исследовательских работ (1950–1955). 1957. Т. III. С. 319–324.
12. Crookes W. On thallium // Journal of the Chemical Society. 1864. № 17. P. 121–126.
13. Делимарский Ю. К. Электролиз: Теория и практика. — Киев : Тэхника, 1982. — 167 c.
14. Информация Гиредмета // Материалы совещания по вопросам производства и применения индия, галлия и таллия. — М. : ОНТИ, 1960. № 2 (13).
15. Кузнецов М. С., Зараменских К. С., Демина А. Ю., Сосков О. В. Получение металлического таллия для приме нения в технологии оптических материалов на основе кристаллов КРС-5 // Цветные металлы. 2023. № 3. С.32–38.
16. Строганов А. И., Рысс М. А. Производство стали и ферросплавов. — М. : Металлургия, 2008. — 247 с.
17. ГОСТ 10157–2016. Аргон газообразный и жидкий. Технические условия. — Введ. 01.07.2017.
18. ГОСТ 804–93. Магний первичный в чушках. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
19. ГОСТ 25263–82. Кальция гипохлорит нейтральный. Технические условия. — Введ. 01.01.1984.

20. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
21. ГОСТ 4328–77. Реактивы натрия гидроокись. Технические условия. — Введ. 30.06.1978.
22. ГОСТ 29334–92. Реактивы. Метод определения компонентов, нерастворимых в воде и других растворителях. — Введ. 01.07.1993.