Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕТРАОКСИДА ОСМИЯ

Способ получения тетраоксида осмия (OsO₄) относится к химико-металлургическому производству металлов платиновой группы (МПГ) и их соединений.

Чистый тетраоксид осмия, как правило, получают из аффинированного порошка осмия путем его окисления кислородом при нагревании.

Известен способ получения тетраоксида осмия, включающий загрузку порошка металлического осмия в кварцевую трубу, помещенную в электрическую печь, окисление осмия при нагревании в токе сухого кислородсодержащего газа и улавливание тетраоксида осмия в охлаждаемую колбу-приемник [1]. Данный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и принят в качестве прототипа.

Основным недостатком способа является то, что он не гарантирует получение целевого продукта без примесей нерастворимого оксида осмия (OsO₂). Предусмотренная контрольная очистка продукта от нерастворимых примесей путем промывания азотной кислотой, а затем ледяной водой приводит к большим потерям осмия.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение является устранение указанных недостатков.

Заданный технический результат достигается тем, что в известном способе получения тетраоксида осмия, включающем загрузку контейнера с порошком металлического осмия в кварцевую трубу, помещенную в электрическую печь, окисление осмия при нагревании в токе сухого кислородсодержащего газа, улавливание образующегося тетраоксида осмия в охлаждаемую колбу-приемник - в качестве кислородсодержащего газа для окисления осмия используют сухой воздух, содержащий оксиды азота, а после завершения процесса окисления из колбы-приемника удаляют оксиды азота путем пропускания сухого воздуха.

Сущность способа заключается в следующем. Основная стадия получения тетраоксида осмия заключается в прокаливании порошка металлического осмия в среде, содержащей в качестве окислителя кислород и не содержащей воду. Образующийся газообразный тетраоксид осмия улавливают в охлаждаемую колбу-приемник. В течение всего времени протекания процесса требуется достаточное количества окислителя, чтобы окислить порошок осмия до OsO₄. В предлагаемом способе окисление порошка осмия осуществляют воздухом, который барботируют через смесь концентрированных серной и азотной кислот, залитых в дрексель. Назначение серной кислоты - поглощение влаги из воздуха. Кроме того, в воздухе рабочей зоны могут присутствовать в небольших количествах газообразные примеси (органические растворители, хлорид водорода, оксиды серы, оксид углерода и другие), которые проявляют восстановительные свойства по отношению к OsO₄ и восстанавливают его до OsO₂. Для окисления указанных примесей в дрексель с серной кислотой добавляют азотную кислоту. В смеси указанных кислот образуется сильный окислитель, нитроний - катион , который в небольших количествах отгоняется из раствора и вместе с сухим воздухом направляется в кварцевую трубу, в которую помещен порошок металлического осмия, а затем вместе с образующимся газообразным тетраоксидом осмия поступает в охлаждаемую колбу-приемник. Таким образом, в процессе синтеза соединения осмия в системе создаются условия, практически исключающие попадания влаги и восстановителей в реакционную зону и колбу-приемник.

После завершения стадии окисления порошка осмия отключают нагрев электрической печи, заменяют дрексель со смесью кислот на дрексель с серной кислотой и барботируют через установку сухой воздух для удаления оксидов азота. Процесс завершают после исчезновения бурых газов в колбе-поглотителе.

ПРИМЕР

50 г порошка металлического осмия загрузили в кварцевую лодочку и поместили в кварцевую трубу, находящуюся в электрической печи. На входе кварцевую трубу плотно закрыли фторопластовой пробкой со вставленной стеклянной трубкой, которую соединили с дрекселем, содержащим 50 мл концентрированной серной кислоты и 10 мл концентрированной азотной кислоты. На выходе из электрической печи труба запаяна и имеет в центре отвод в виде трубки малого диаметра, которую соединили с колбой-приемником, помещенной в охлаждаемую с помощью криотермостата ячейку. Далее колбу-приемник последовательно соединили с двумя дрекселями с раствором гидроксида натрия. Последний дрексель подключили к вакуумной линии. Для соединения всех деталей установки использовали фторопластовые трубки.

Включили охлаждение ячейки с колбой-приемником. Приоткрыли вентиль на вакуумной линии и включили нагрев печи. Температуру в печи повышали ступенчато от 400°C до 800°C с интервалом 200°C. При каждой температуре производили выдержку в течение 1 часа. За время термообработки весь металлический осмий окислился до OsO₄ и в виде газовой смеси с воздухом поступил в охлаждаемую колбу-приемник. Основная часть тетраоксида осмия при охлаждении превратилась в порошок и осталась в колбе-приемника. Остатки соединения осмия уловили в дрексели с раствором гидроксида натрия. После завершения процесса окисления металла отключили нагрев печи, закрыли вентиль на вакуумной линии, заменили дрексель со смесью серной и азотной кислот на дрексель с серной кислотой, открыли вентиль на вакуумной линии и удалили остатки оксидов азота из реакционной системы. Контроль осуществляли по исчезновению бурых газов в колбе-приемнике. Затем отключили колбу-приемник от кварцевой трубы и абсорберов, при охлаждении быстро отобрали пробу продукта и сдали на анализ. По данным спектрофотометического анализа массовая доля осмия в полученном продукте составила 74.78%. Примесей нерастворимых веществ в тетраоксиде осмия не обнаружено. Извлечение осмия в целевой продукт составило 93%.

Литература

1. Г. Брауэр, Ф. Вайгель и др. Руководство по неорганическому синтезу. Т.5. Пер. с немецкого / под ред. Г. Брауэра. - М.: Мир, 1985. с.1846-1847.