Таллий представляет собой серебристо—белый мягкий металл, который был открыт спектроскопическим методом в 1861 г. W.Grookes и независимо от него A.. Lamy в 1862 г. по характерной зеленой пинии в спектре (tallos — зеленая почка). Химические свойства таллия определяются его принадлежностью к побочной группе a-переходных металлов III группы элементов таблицы Менделеева.
Атомный вес таллия 204,39, атомный номер 81, плотность 11,85 г/см°. Температура плавления 303 С, температура кипения 1460°С. Упругость паров таллия при температуре 825°С — 1, при 983 С — 10, при 1040°С — 20. при 1457°С — 760 мм-рт. ст. В химических соединениях он выступает как одновалентный или трехвалентный металл, образуя два рода соединений — закисные и окисные. На воздухе таллий покрывается пленкой закиси; при 100°С быстро окисляется с образованием TI2O и Tl2O3. С хлором, бромом и йодом реагирует при комнатной температуре. При взаимодействии со спиртами образует алкоголяты. Легко растворяется в HNO3, Существуют соли и одно- и трехвалентного таллия (В.К. Григорович, 1970). Таллий является редким рассеянным элементом. Характер распределения его в природе определяется близостью по химическим свойствам и размерам ионных радиусов к щелочным металлам, а также к калькофильным элементам.
Промышленное значение как источники сырья для получения таллия имеют товарные концентраты сульфидов (сфалерит, галенит, пирит и марксцит). Таллий не извлекается непосредственно из руд и концентратов, содержащих его в количествах не выше тысячных долей процента. Сырьем для промышленного его получения служат отходы и полупродукты производства цветных металлов. Содержание таллия в этих материалах колеблется в значительных пределах (от сотых допей процента до целых) и зависит не только от содержания таппия в исходном сырье, но и от характера производства и принятой технологии получения основного металла. Таким образом, извлечение таллия связано с комплексной переработкой сырья и осуществляется попутно с получением других металлов. При низкой концентрации таллия в перерабатываемом cырье технология его производства на первой стадии сводится обычно к получению концентрата таппия, который затем перерабатывается на технический металл или его сопи.
В Советском Союзе производство таллия организовано на ряде свинцовых и цинковых заводов (Т.И. Дарвойд с соавт., 1968).
Окислы таллия
Известны 3 соединения таллия с кислородом: закись — Tl2O, охись — Tlg2O3 и перекись -Tl2O3 (мало изучена).
| Физические свойства | Tl2O | Тl2О3 |
|---|---|---|
| Цвет | Черная с различными оттенками | Бурая и черная |
| Плотность | 9,52 | 9,56 и 10,0 |
| Температура плавления | 303 | 716.2 |
| Температура кипения | 493 | — |
| Теплота образования | 43.22 | 122.6 |
Захись и окись таллия при повышенных температурах возгоняются. Окись в воде не растворяется, при нагревании диссоциирует; закись легко растворяется в воде с образованием сильной щелочи — Tl(OH), с этиловым спиртом образует алкоголят (C2H5)TlO.
ТlO взаимодействует с Si02, разъедая стекло и фарфор. Гидроокись — Тl(OН)3 — осаждается щелочами из растворов солей трехвалентного таллия, в воде она не растворяется и медленно растворяется в минеральных кислотах.
Соли таллия
Галоидные соединения. Таллий образует с хлором, бромом и йодом одновалентные и трехвалентные соединения, но применяются пока в основном одновалентные.
| Физические свойства | ТlСl | TlBr | T1I |
|---|---|---|---|
| Цвет | Белый | Желтоватый | Желтый |
| Плотность при 20°С, г/см3 | 7 | 7,557 | 7,29 |
| Температура плавления | 430 | 460,5 | 442,5 |
| Температура кипения | 806 | 815 | 823,0 |
| Микротвердость (плавленого) , кг/мм2 | 10 | 10,5 | 17,5 |
| Растворимость в воде при 20°С, г/п | 1.7 | 0,4,77 | 0,06 |
| Упругость паров (мм рт. ст.) при температуре | 550°- 20 645°- 100 807°- 760 | — | 440° — 1 663°- 100 823°- 760 |
Характерными свойствами этих соединений являются низкая растворимость в воде, значительная упругость паров, повышенная светочувствительность.
Галоидные соли таллия обычно получают осаждением из водных растворов его солей. В качестве осадите лей используют галоидные соли калия и натрия. Сухой хлорид таллия представляет собой порошок белого цвета, бромид имеет светло-желтый, а йодид ярко-желтый цвет; плавленый же хлорид таллия бесцветен, а бромид и йодид окрашены в те же цвета, что и порошки.
Галоидные соли таллия мало растворимы в спирте, ацетоне и бензине; кислоты (азотная и серная) растворяют галоидные соли, особенно при нагревании, с частичным разложением их.
Сульфат таллия. TI2SO4-белое кристаллическое вещество, растворимое в воде (при 20 С-48,7 г/л), с сульфитами других металлов образует двойные соли, температура плавления 645°С.
Карбонат таллия — углекислый закисный таллий — TI2CO3 — кристаллический порошок белого цвета. Молекулярный вес 468,75; мало растворим в холодной воде и хорошо растворяется в кипящей.
Водный раствор имеет сильно щелочную реакцию, температура плавления 272-273°С, при плавлении образуется красно-коричневая масса, которая после охлаждения приобретает желтый цвет.
Жидкость Клеричи — муравьино-малоновокислый таллий 2Т1(НСОО) Tl2(HC-COO-COO), светло-янтарного цвета, без запаха, удельный вес 4,25 г/см , при комнатной температуре на свету легко разлагается, поэтому хранят жидкость в темной посуде. Молекулярный вес безводного препарата 1009,56 (по международным атомным весам 1961 г.).
Таллий и его соединения используются в различных областях науки и техники. Ценность этого металла определяется рядом полезных свойств, которые делают его незаменимым во многих процессах и приборах. В настоящее время существуют (Т.Н. Дарвойд с соавт., 1968) две наиболее перспективные в отношении масштабов потребления области использования таллия: производство тяжелых жидкостей и производство оптических стекол. Из наиболее часто применяемых в промышленности соединений таллия можно назвать следующие.
1. Монокристаллы КРС-5 и КРС-6 — это уникальные оптические материалы, обладают высокой прозрачностью в далекой инфракрасной области спектра, сочетающейся с влагостойкостью. Эти кристаллы широко используются в приборах инфракрасной техники, в том числе в приборах, работающих в атмосферных условиях, где применение других известных кристаллов (NaCl, Csl и др.) невозможно.
2. Закись таллия — компонент для выработки некоторых марок оптических стекол с необычными оптическими постоянными.
3. Тяжелая жидкость Клеричи — водный раствор смеси солей таллия, по сравнению с другими тяжелыми жидкостями имеет самый высокий удельный вес (4,25), большую подвижность и способность смешиваться с водой в любых пропорциях. Жид-, кость Клеричи уже несколько десятилетий широко используется при минералогических анализах и геопого-минерапогических исследованиях горных пород и руд.
4. Из всех металлических сплавов амальгама таллия (8,35% Tl) обладает самой низкой температурой затвердевания -59°С, а с небольшими добавками индия -63,3°С. Это свойство амальгамы таллия используется в низкотемпературных термометрах и для других цепей, когда требуется жидкий металл при низких температурах.
5. Монокристаллы Т1С1 — используются в качестве радиаторов спектрофотометрических счетчиков Черенкова, применяющихся для регистрации частиц высоких энергий.
6. Сульфиды, селениды и теллуриды таллия — компоненты многих сложных полупроводников (цитопроводникн, термоматериалы, стеклообразные полупроводники). Некоторые из них используются при изготовлении полупроводниковых приборов (полупроводниковые выпрямители, фотосопротивления, видиконы).
7. Ацетат и сульфат таллия — в отдельных случаях применяют в производстве отрав для грызунов (целиопаст и др.), инсектицидов и пестицидов.
8. Карбонат таллия — применяется для изготовления стекол, искусственных драгоценных камней и в пиротехнике; нитрат — в производстве светящихся красок.
В связи с тем, что работники ряда производств имеют контакт с таллием, безусловный интерес представляют вопросы биологического и токсического действия таллия и его соединений на людей.