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

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.

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.