2.4.1. Производство гремучей ртути в стеклянной аппаратуре

Схема производства гремучей ртути в стеклянной аппаратуре представлена на рис. 5 и состоит из следующих стадий:

А) Подготовка азотной кислоты концентрации 59 – 61%. Навеску товарной азотной кислоты концентрацией 92 – 98% из емкости (13) приливают к рассчитанному количеству воды в аппарат-смеситель (14), снабженный барбатером для перемешивания кислоты сжатым воздухом и змеевиком для подогревания кислоты в зимнее время.

Рис. 5. Схема получения гремучей ртути в стеклянной посуде.

1 – расходный бак этанола, 2- металлический баллон со ртутью, 3 – мерник этанола, 4- фильтр, 5- мерный кувшин для спирта, 6- весы, 7- реактор, 8- фильтр, 9- вытяжной шкаф, 10- мерник, 11- вакуум-сушильный шкаф, 12- сито, 13- емкость с концентрированной азотной кислотой, 14- реактор-разбавитель азотной кислоты, 15- мерник азотной кислоты, 16- лакированные картонные коробочки со ртутью, 17- «журавли», 18- коробка с гремучей ртутью.

Б) Получение азотнокислого раствора азотнокислой ртути.

Ртуть, поступающую со склада в стальном баллоне (2), фильтруют от механических примесей через фильтр (4) и развешивают на весах (6) порциями примерно по 500 г в картонные коробочки (16). Затем берут навески по ~ 5 г красной меди и по 4 мл ~ 25%-ной соляной кислоты. Навески ртути, меди и соляной кислоты загружают в стеклянные колбы с длинными горлом – «журавли» (17). Колбы помещают в вытяжной шкаф (9) заливают в каждую по 4500 г 59 – 61%-ной азотной кислоты плотностью ~1,40 г/см³ из мерника (15) и выдерживают в водяном термостате при 35-45 ^oC в течение 1,5-2 часов, закрыв колбы стеклянными пластинками для предотвращения испарения оксидов азота. За время выдержки вся ртуть растворяется в азотной кислоте в результате реакции:

3Hg + 8HNO₃  3Hg(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O + Q

В) Получение гремучей ртути.

Из расходного бака (1), снабженного змеевиком, подогретый до ~30 ⁰С 95 – 96%-ный спирт наливают в мерник (3). Из мерника (3) кувшином (5) спирт порциями около ~ 4 500 г разливают по стеклянным реакторам (7), представляющим собой стеклянные сферические баллоны емкостью 70 – 80 л. Из «журавлей» (17) в реакторы (7) заливают раствор азотнокислой ртути. Операцию слива проводят по возможности быстро, чтобы не потерять растворенные в азотной кислоте оксиды азота. Горловины баллонов соединяют с вытяжной вентиляцией. Процесс получения гремучей ртути выражается суммарным уравнением

Hg(NO₃)₂ + 2C₂H₅OH + 4HNO₃  Hg(CNO)₂ + 2CO₂ + 2NO₂ + 2NO+ 8H₂O

Реакцию условно можно разбить на четыре этапа. В течение первого периода (продолжительностью 10 – 20 минут) жидкость прозрачна, осадка еще нет, и температура постепенно поднимается от 25 – 30 ⁰С до 40 – 50 ⁰С, появляются первые пузырьки бесцветных газов. Второй период (продолжительностью 15 – 20 минут) характеризуется вначале слабым выделением белых паров, что наблюдается при температуре 50 – 60 ⁰С (в течение 3 – 5 минут), а затем бурным выделением белых паров и образованием белых кристаллов гремучей ртути. Температура возрастает чрезвычайно быстро с 60 ⁰С до 82 – 85 ⁰С. Пузырьков газов становится все меньше и меньше. Реакция протекает бурно. Жидкость сильно кипит. Третий период (15 – 20 минут) характеризуется выделением бурых паров оксидов азота. Температура несколько повышается (0,5 – 1 ⁰С), а затем начинает постепенно падать. В течение четвертого периода происходит постепенное падение температуры (см. рис. 6).

Рис. 6. Диаграмма температурного режима получения гремучей ртути.

I – “вялое” течение реакции, II – нормальное протекание реакции, III –реакция идет излишне бурно.

Образовавшаяся гремучая ртуть, в основном, (к моменту спада температуры до 60 – 65 ⁰С) оседает на дно колбы, а часть ее в виде пены плавает на поверхности маточного раствора. Содержимое баллонов охлаждают до 50 ^оС и суспензию сливают на вакуум-воронку (8), фильтруют, промывают водой из бака (10). Сырую гремучую ртуть помещают в мешки из хлопчатобумажной ткани по 6-9 кг и передают на хранение в погребки, где она хранится в эмалированных ваннах с дистиллированной водой.

При отклонении соотношения и концентрации реагентов от оптимальных значений реакция может протекать вяло (см. рис. 6, кривая I) или слишком бурно (см. рис. 6, кривая III). При вялом течении процесса гремучая ртуть будет содержать повышенное количество металлической ртути, при излишне бурной реакции процессы окисления идут настолько интенсивно, что вместо гремучей ртути может образоваться только щавелевокислая ртуть.

В) Сушка гремучей ртути.

Перед сушкой гремучую ртуть обезвоживают спиртом до 5-10%-ной влажности, раскладывают по 300-500 г на латунные лакированные лотки и сушат в вакуум-шкафу (11) при температуре ~ 50 ^оС и остаточном давлении не более 150 мм рт.ст. в течение 40 – 50 минут. Высушенную гремучую ртуть просеивают через шелковое сито (12), рассыпают по лакированным картонным коробкам (18) и относят в погребок хранения.

Утилизация маточника и газообразных продуктов получения гремучей ртути описаны в разделе "Получение гремучей ртути в металлической аппаратуре".