Stopové kovy

 

            Do skupiny stopových kovů patří galium, indium a talium, které se vyskytují v přírodě v nepatrných koncentracích. Jejich vlastní minerály jsou vzácné a jejich výskyt - hlavně jako izomorfních příměsí - je malý. Získávají se převážně z meziproduktů nebo odpadů při výrobě základních kovů - zinku, olova, hliníku.

 

GALIUM (Gallium) 31Ga I,III

 

VLASTNOSTI GALIA

 

            Atomová hmotnost galia - Ga - je 69,72, měrná hmotnost 5,9 g/cm3, teplota tavení 29,8 °C, teplota varu 2 000°C.

            Galium je na vzduchu stálé, okysličuje se až při teplotě nad 250 °C, reaguje už za chladu s halovými prvky a rozpouští se v kyselině dusičné, solné a sírové, a to za chladu pomalu, při zahřívání rychle. Dále se rozpouští v kyselině fluorovodíkové a v roztocích louhů tvoří galitany (např. NaGaO2). Vzhledem se značně podobá rtuti.

 

POUŽITÍ GALIA

 

V posledních letech se galium uplatnilo v polovodičové technice, hlavně ve formě arzenidu galia. S kovy, jako vizmut, cín, indium a kadmium tvoří řadu slitin o velmi nízké teplotě tavení, které se používají jako tepelné pojistky a ochrany. Tak například slitina s 25 % In taje při 16 °C, s 18 % Sn při 20 °C. Galium se používá též při výrobě vysoce odráživých zrcadel a všude tam, kde lze jím nebo jeho slitinou nahradit rtuť.

 

VÝROBA GALIA

 

            Kromě vzácného minerálu gallitu netvoří vlastní minerály. Doprovází hlavně hliník a zinek. Nalézá se ve sfaleritech, bauxitech, pyritech, galenitech a v některých druzích uhlí. Hlavními zdroji jsou odpady z hutní výroby hliníku a zinku.

            1. Při zpracování bauxitů Bayerovým způsobem nebo spékáním se sodou přechází galium do roztoků s hliníkem jako galitan sodný. Při karbonataci nebo naočkování hlinitanových výluhů se vylučuje hydroxid hlinitý a galium se koncentruje v matečném louhu. Postupným obohacením se dosáhne koncentrace 0,15 g/dm3 Ga. Při dalším obohacování by přecházelo galium do hydroxidu hlinitého i zbytků po loužení. Galium se získává kyselým nebo alkalickým koncentračním postupem. Při kyselém pochodu se hlinitanový výluh upraví kyselinou solnou na pH 10, čímž se vyloučí hydroxid hlinitý. Dalším okyselením na pH 7 se vyloučí surový hydroxid galitý, který se od zbytků hliníku vyčistí extrakcí éterem. Z extraktu se získá čistý galitan sodný.

            Při alkalickém postupu se z kaustických louhů vysráží vápnem hliník jako hlinitan vápenatý a ze zbylého louhového roztoku se srazí hydroxid galitý sycením kysličníkem siřičitým.

            2. Loužením sfaleritových výpražků kyselinou sírovou přechází galium do výluhů Zn. Výluh se před elektrolýzou čistí částečnou neutralizací, čímž se vyloučí kal obsahující mimo Fe a AI také galium. Po rozpuštění v kyselině chlorovodíkové se galium extrahuje éterem.

            3. V popelech, úletech, koksárenských vodách a produktech zpracování uhlí bývá obsaženo galium spolu s germaniem. Prachy a úlety se taví redukčně s CuO. Do vzniklého kovu přejde 90 % Ge a 60 % Ga. Kov s 3 až 4 % Ge a 1,5 až 2 % Ga se rozpouští chloridem FeCl3 a chlórem. Vzniklý roztok, obsahující GeCl4, GaCl4, CuCl2 a AsCl3, se zpracuje destilací na rektifikační koloně. GaC13 zůstává v roztoku a z prostředí 5N HCl se extrahuje éterem. Z extraktu se galium převede do louhu a vzniklý galitan sodný se elektrolyzuje. Při elektrolýze se pracuje s katodou z kapalného galia a grafitovou anodou.

Galium se čistí chemicky a v konečné fázi zónovou rafinací.

 

INDIUM 49InI,III

 

Bylo objeveno v r. 1863, ale průmyslově se začalo používat teprve v minulém století.

 

VLASTNOSTI INDIA

 

            Atomová hmotnost india - In - je 114,76, měrná hmotnost 7,3 g/cm3,

teplota tavení 155°C, teplota varu 2000 až 2 100°C.

            Indium je měkký, bílý kov, na vzduchu stálý, rozpustný ve všech minerálních kyselinách a kyselině šťavelové. Ohřátím nad teplotu tavení se oxiduje na In2O3.

 

POUŽITÍ INDIA

 

            Indium se uplatňuje v elektrotechnice, neboť řada jeho sloučenin (antimonid, arzenid, fosfid) má polovodičové vlastnosti. Kovového india se používá pro těsnění vakuových spojů a spojů kovu se sklem (slitiny india s Pb nebo Au smáčejí sklo). V leteckém a automobilovém průmyslu se používá elektrolyticky nanesených vrstev india pro úpravu kluzných ložisek.

 

VÝROBA INDIA

 

            Indium se nenachází ve vlastních minerálech průmyslového významu; doprovází hlavně zinek ve sfaleritech, olovo, někdy též měď a cín. Při výrobě Zn a Pb se koncentruje indium v meziproduktech, např. v těkavém prachu z olovářských pecí, ve stěrech při rafinaci zinku, ve zbytcích Pb při rafinaci zinku v rektifikačních kolonách apod.

            Z výchozích surovin se získává indium řadou postupů, které vyvinuly různé závody.

            1. Z úletů olovářských pecí, které obsahují zinek, se indium získává loužením kyselinou sírovou. Nejdříve se zředěnou kyselinou sírovou vylouží většina zinku, zbytek zinku spolu s indiem se rozpustí koncentrovanější kyselinou. Z tohoto výluhu se indium srazí přídavkem kysličníku zinečnatého a siřičitanu sodného. Sraženina hydrosiřičitanu zinečnatého s indiem se po promytí koncentrovaným louhem sodným rozpustí zředěnou H2SO4. Z roztoku se indium srazí sirovodíkem a po rozpuštění se dále zpracuje na indiovou houbu cementací AI nebo Zn.

            2. Největší výrobce india, kanadská společnost Consolidated Mining and Smelting Co., vyrábí indium ze stěrů při odměďování surového olova. Při nataveni stěrů se indium obohacuje v oxidické strusce na 2 až 3 %. Struska se po rozemletí a odflotování mědi redukčně taví v elektrické peci na slitinu 70 % Pb, 5 až 6 % Sb, 13 až 15 % Sn, 2 % Cu a 5 až 6 % In, která se odlévá do anod. Při elektrolýze přechází indium do anodového kalu s obsahem přes 20 % In. Anodové kaly se rozpustí na síranový roztok a po čištění roztoku od Cu, Pb, Sb a Sn se indium vycementuje AI nebo Zn plechem ve formě houby.

            Kovová In houba se po promytí briketuje, taví a odlévá do anod, které se rafinují elektrolyticky v chloridovém roztoku InCl3. Získá se kov o čistotě asi 99,97 %.

 

TALIUM (Thallium) 81TlI,III

 

VLASTNOSTI TALlA

 

            Atomová hmotnost talia - TI - je 204,39, měrná hmotnost 11,85 g/cm3,

teplota tavení 303°C, teplota varu 1 460 °C.

            Talium je měkký kov, vlastnostmi podobný olovu. Na vzduchu se snadno

okysličuje. Dobře se rozpouští v kyselině dusičné, málo v kyselině solné a sírové.

 

POUŽITÍ TALlA

 

            V technické praxi se používají speciální slitiny talia, např. slitiny s 72 % Pb, 15 % Sb, 5 % Sn a 8 % TI, slitiny vzdorující kyselinám solné a sírové se 70 % Pb, 20 % Sn a 10 % TI.

            Uhličitany talia se přidávají do skla, bromidy a jodidy se používají v optice, sírany jako jedy pro hubení hlodavců.

 

VÝROBA TALlA

 

            Největší obsahy talia jsou v olověných minerálech a pyritu (až 1 % TI). Zdrojem pro získávání talia jsou prachy z výroby olova, zinku a odpadní kaly z olověných komor při výrobě kyseliny sírové.

Prachy ze šachtových pecí, obsahující obvykle současně s taliem i stejné množství india a galia a větší množství kadmia, se louží kyselinou sírovou. Získaný výluh se po filtraci neutralizuje kysličníkem zinečnatým a ochladí se na teplotu 15°C, čímž se vyloučí podvojný chlorid TlCl.CdCl2. Tento chlorid se rozmíchá s vodou a ohřeje na bod varu. Chlorid kademnatý se přitom rozpustí a zbývající sráž chloridu talného se s přídavkem sody a kyanidu sodného taví na surový kov. Ten se obvykle rozpouští v kyselině sírové a znovu cementuje zinkem ve formě houbového talia. Taliová houba se briketuje a přetavuje na kovové talium.

            Při nejmodernějších postupech izolace talia se používají organická extrakční činidla a měniče iontů.