Новаторская идея не осталась незамеченной правительством Тюменской области. Проект уже обозначен как приоритетный, и в планах у научной группы - выход на крупную промышленную установку на Черкашинском участке в 40 км от Тобольска. «Там концентрация йода превышена в три раза, - рассказывает Елена. - Мы должны перейти с маленьких установок на большие габариты, и именно поэтому мы постоянно проводим модернизацию и оптимизацию установки, которая находится в Ялуторовске. Если нам удастся выйти на запланированные показатели, то сможем охватить все те скважины (20 штук) и получать йод до 100 тонн в год . Эту масштабную установку планируем запустить в конце 2014 - в начале 2015 года», - заверила разработчик.
В маленьком, ничем не примечательном сооружении в районе санатория «Сосновый бор» практически год трудятся представители ТюмГНГУ. Здесь молодые ученые исследуют возможность извлечения йода инновационным электросорбционным способом, и абсолютно не зря: опыты показывают, что технология результативна, экологична и не дорогостоящая, поэтому уже сейчас молодым исследователям предлагают выходить на промышленные масштабы.
Как рассказали ИИ «NewsProm.Ru» в отделе по связям с общественностью ТюмГНГУ, сегодня спрос на йод значительно превышает предложения. Основные производители вещества - это Чили, Япония, США, а потребителями выступают Западная Европа, Россия. Часто в электронике применяется йодистый калий, также йод необходим при особой очистке металлов (титан, вольфрам), в фармацевтике, ветеринарии, производстве синтетического каучука, производстве рентгеновских аппаратов.
Доктор химических наук, профессор ТюмГНГУ Владимир Ганяев совместно с ведущим специалистом кафедры Общей и физической химии Технологического института ТюмГНГУ Еленой Шаповаловой не первый год озадачены проблемой получения йода в России. Сначала идея основывалась на уже изученных технологиях, а первые лабораторные испытания проводились в стенах вуза.
«Пришлось даже съездить на производство в Крым и в натуре посмотреть на принципы действия разработок, - рассказывает Елена. - Там мы познакомились с исследователями, привезли в Тюмень результаты анализов. Главным недостатком опытов было то, что нужно было использовать химические реагенты для извлечения йода, а химические вещества сегодня - это дорогостоящее удовольствие, и, самое главное, это поведёт за собой загрязнение окружающей среды».
Владимир Петрович Ганяев, научный руководитель проекта, был уверен в разработанных схемах, и в 2010 году обратился с просьбой к ректору Нефтегазового университета Владимиру Новосёлову о дальнейшем развитии. Так исследователи зарегистрировали хозяйственное общество ТюмГНГУ ООО «Тюменская сырьевая компания», где Елена Шаповалова является руководителем, а Владимир Петрович - заместителем директора по науке. Проект инновационной разработки извлечения йода исследователи представили в областном технопарке, и, став резидентами, приняли участие в программе правительства области, получили 1,250 млн. рублей на создание и изготовление опытного образца йододобывающей установки, которую через полгода изготовила компания «Тюменские системы водоочистки». На данный момент установка работает в Ялуторовске.
«В августе 2013 года прошел запуск системы. Первый йод получили 15 ноября. Мы каждый день проводили анализы, отслеживали, есть ли на выходе йод или нет. Как только анализы показали, что уголь насыщен, мы получили концентрат около 10 кг готового продукта», - рассказала Елена.
Что же такого инновационного в методе извлечения йода? «За основу мы взяли ионообменный способ, который модернизировали и превратили в другой: совместили электрохимический и ионообменный, - рассказывает Елена. - Тем самым, мы смогли уйти от двух обязательных стадий при выявлении йода - это подкисление (добавление минеральной кислоты) и окисление (добавление хлора). Мы же извлекаем йод без химреагентов, но с использованием электроэнергии.
Вода поступает из бромо-йодной скважины, затем закачивается насосом и далее попадает в установку, после чего проходит извлечение йода способом, который является уникальным - электросорбционным. Здесь концентрации йода невысокие, около 9-10 мг иодидов на литр. Мы не используем при извлечении дополнительных реагентов, все процессы происходят в одной емкости, то есть идет функция извлечения йода до полного возмещения сорбента йодом, и далее мы переключаем полностью электровыпрямитель и начинаем его оттуда вымывать. То есть в резервуаре только электроды и сорбент. Таким способом йод до нас никто не извлекал», - завершает рассказ исследователь.
В столь важной работе Елене помогают коллеги. Инженер-электрик «Тюменской сырьевой компании» Евгений Фрицлер дорабатывает установки. «Когда мы стали применять готовый аппарат, то обнаружили некоторые недостатки. Сейчас испытания проходит четвертая установка. Нам бы хотелось довести всю работу до автоматизма, чтобы исключить в цикле деятельность других лиц», - подчеркнул Евгений Владимирович.
Чтобы узнать, достаточно ли в воде йода, которая поступила в емкость блокбокса, специалист по химии «Тюменской сырьевой компании» Мария Новопашина проводит анализ методом по Фрезениусу: «Наличие розового цвета в колбе говорит о наличии йода. Этот анализ проводится на входе в установку и на выходе. Если на входе йод есть, а на выходе нет, значит йод находится в установке, чего мы и добиваемся. Процедуру нужно проводить до тех пор, пока анализ содержания йода на выходе и на входе не сравняется - это означает, что установка полностью насыщена и весь йод остался внутри».
Йод был открыт в 1811 г. парижским фабрикантом селитры, по имени Куртуа в соде, приготовленной из золы прибрежных растений. В 1813 г. Гей-Люссак исследовал новое вещество и дал ему название по фиолетовой окраске паров - иод. Оно произведено от греческого слова - темно-синий, фиалковый. Затем, когда было установлено его сходство с хлором, Дэви предложил именовать элемент иодином (аналогичное хлорином); это название принято в Англии и США до сих пор.
Главным источником получения иода в СССР служат подземные буровые воды, которые содержат до 10 - 50 мг/л иода. Соединения иода также имеются в морской воде, но в столь малых количествах, что непосредственное выделение их из воды очень затруднительно. Однако существуют некоторые водоросли, которые накапливают иод в своих тканях. Зола этих водорослей служит сырьем для получения иода.
Иод встречается также в виде солей калия - иодата КIO 3 и периодата КIO 4 , сопутствующих залежам нитрата натрия (селитры) в Чили и Боливии.
Йод может быть получен аналогично хлору окислением HI различными окислителями. В промышленности его обычно получают из иодидов, действуя на их растворы хлором. Таким образом, получение иода основано на окислении его ионов, причем в качестве окислителя применяется хлор.
Иод при комнатной температуре представляет собой темно-фиолетовые кристаллы со слабым блеском. При нагревании под атмосферным давлением он сублимируется (возгоняется), превращаясь в пар фиолетового цвета; при охлаждении пары иода кристаллизуются, минуя жидкое состояние. Этим пользуются на практике для очистки иода от нелетучих примесей. Мало растворим в воде, хорошо во многих органических растворителях.
Свободный йод проявляет чрезвычайно высокую химическую активность. Он вступает во взаимодействие почти со всеми простыми веществами. Особенно быстро и с выделением большого количества теплоты протекают реакции соединения йода с металлами.
С водородом реагирует только при достаточно сильном нагревании и не полностью, так как начинает идти обратная реакция - разложение иодоводорода:
H 2 + I 2 = 2HI - 53,1 кДж
Растворяется в растворах иодидов, образуя неустойчивые комплексы. Со щелочами диспропорционирует, образуя иодиды и гипоиодиты. Азотной кислотой окисляется до иодной кислоты.
Если к желтоватому водному раствора йода добавить сероводородной воды (водный раствор H 2 S), то жидкость обесцвечивается и становится мутной от выделившейся серы:
H 2 S + I 2 = S + 2HI
В соединениях проявляет степени окисления -1, +1, +3, +5, +7.
Йодоводород,
газ, очень похож по своим свойствам на хлороводород, но отличается более выраженными восстановительными свойствами. Очень хорошо растворим в воде (425:1), концентрированный раствор йодоводорода дымит вследствие выделения HI, образующего с водяными парами туман.
В водном растворе принадлежит к числу наиболее сильных кислот.
Иодоводород уже при комнатной температуре постепенно окисляется кислородом воздуха, причем под действием света реакция сильно ускоряется:
4HI + O 2 = 2I 2 + 2H 2 O
Восстановительные свойства иодоводорода заметно проявляются при взаимодействии с концентрированной серной кислотой, которая при этом восстанавливается до свободной серы или даже до H 2 S. Поэтому HI невозможно получить действием серной кислоты на иодиды. Обычно иодоводород получают действием воды на соединения иода с фосфором - РI 3 . Последний подвергается при этом полному гидролизу, образуя фосфористую кислоту и йодоводород:
РI 3 + ЗН 2 О = Н 3 РО 3 + 3HI
Раствор иодоводорода (вплоть до 50%-ной концентрации) можно также получить, пропуская H 2 S в водную суспензию иода.
Иодиды
, соли иодоводородной кислоты. Иодид калия применяют в медицине - в частности, при заболеваниях эндокринной системы, фотореактивы.
Иодноватистая кислота - HOI
является амфотерным соединением, у которого основные свойства несколько преобладают над кислотными. Может быть получена в растворе взаимодействием йода с водой
I 2 + Н 2 О = НI + НОI
Иодноватая кислота - НIO 3
может быть получена окислением йодной воды хлором:
I 2 + 5Cl 2 + 6H 2 O = 2HIO 3 + 10HCl
Бесцветные кристаллы, вполне устойчивые при комнатной температуре. Сильная кислота, энергичный окислитель. Соли - иодаты, сильные окислители в кислой среде.
Оксид йода(V)
, иодноватый ангидрид, может быть получен при осторожном нагревании НIO 3 до 200°С, порошок. При нагревании выше 300°С распадается на иод и кислород, проявляет окислительные свойства, в частности используется для поглощения CO в анализе:
5СО + I 2 O 5 = I 2 + 5CO 2
Иодная кислота - HIO 4
и ее соли (периодаты) хорошо изучены. Сама кислота может быть получена действием НСlO 4 на иод:
2НСIО 4 + I 2 =2НIO 4 + Сl 2
или электролизом раствора НIO 3:
НIO 3 +Н 2 О = Н 2 (катод) + НIO 4 (анод)
Из раствора иодная кислота выделяется в виде бесцветных кристаллов, имеющих состав НIO 4 ·2Н 2 О. Этот гидрат следует рассматривать как пятиосновную кислоту H 5 IO 6
(ортоиодную), так как в нем все пять атомов водорода могут замещаться металлами с образованием солей (например, Ag 5 IO 6). Иодная кислота - слабая, но более сильный окислитель, чем НСlO 4 .
Оксид иода (VII) I 2 О 7 не получен.
Фториды йода, IF 5 , IF 7
- жидкости, гидролизуются водой, фторирующие агенты.
Хлориды йода, ICl, ICl 3
- крист. вещества, в растворах хлоридов растворяются с образованием комплексов - и - , иодирующие агенты.
Иод широко применяются в химической промышленности (иодидное рафинирование Zr и Ti), для синтеза полуповодниковых материалов.
Иод и его соединения используются в аналитической химии (иодометрия)
В медицине в виде так называемой йодной тинктуры (10% раствор иода в этиловом спирте), антисептического и кровоостанавливающего средства. Соединения иода для профилактики (иодирование продуктов) и лечения заболеваний щитовидной железы, там же используются радиоактивные изотопы 125 I, 131 I, 132 I
.
Мировое производство (без СССР) - около 10 тыс. т/год (1976).
ПДК около 1 мг/м 3 .
См. также:
П.А. Кошель. Вездесущий йод. "Химия" (прил. к газ. "1-е Сентября"), №20, 2005 г.
Йод, подобно другим ценным элементам, добывают в промышленных масштабах. Уровень мировой добычи йода приближается к уровню добычи серебра и ртути. Следует отметить, что в виде простого вещества йод практически не встречается, в основном его добывают из химических соединений. Существуют следующие способы добычи йода:
1. Переработка природных накопителей йода - морских водорослей и получение йода из их золы.
В тонне высушенной морской капусты (ламинарии) содержится до 5 кг йода, в то время как в тонне морской воды его всего лишь 20-30 мг. До 60-х годов XIX столетия водоросли были единственным источником промышленного получения йода. В России вплоть до 1915 года своего йода не было, его завозили из-за границы. Первый йодный завод был построен именно в 1915 году в Екатеринославе (сейчас Днепропетровск). Получали йод из черноморской водоросли филлофоры. За годы Первой мировой войны на этом заводе быль добыто около 200 кг йода.
2. Получение йода из отходов селитряного производства - маточных растворов чилийской (натриевой) селитры, содержащей до 0,4 % йода в виде йодата и йодида натрия.
Этот способ начал применяться с 1868 года и в силу дешевизны сырья и простоты получения микроэлемента получил широкое распространение в мире.
3. Получение йода из природных йодсодержащих растворов, например воды некоторых соленых озер или попутных (буровых) нефтяных вод, содержащих обычно 20-40 мг/л йода в виде йодидов (местами 1 литр этих вод содержит свыше 100 мг йода).
В нашей стране уже в годы советской власти йод стали получать из подземных и нефтяных вод Кубани, где он был обнаружен русским химиком А. Л. Потылицыным еще в 1882 году. Позже подобные воды были открыты в Туркмении и Азербайджане. В настоящее время нефтяные буровые воды служат основным сырьем для промышленного получения йода в России.
Но йода в подземных водах и попутных водах нефтедобычи очень мало. В этом и заключалась основная трудность при создании экономически оправданных промышленных способов его получения. Нужно было найти "химическую приманку", которая бы образовывала с йодом довольно прочное соединение и накапливала его. Первоначально такой "приманкой" оказался крахмал, потом соли меди и серебра, которые связывали йод в нерастворимые соединения. Затем использовали керосин - йод хорошо растворяется в нем. Но все эти способы оказались дорогостоящими, а порой и огнеопасными.
В 1930 году советский инженер В. П. Денисович разработал угольный метод извлечения йода из нефтяных вод, и этот метод довольно долго был основой советского йодного производства. В 1 кг угля за месяц накапливалось до 40 г йода.
4. Ионитный способ, основанный на избирательном поглощении йода особыми химическими соединениями - высокомолекулярными ионообменными смолами.
Страница 1
В промышленности применение Йода пока незначительно по объему, но весьма перспективно. Так, на термическом разложении Йодидов основано получение высокочистых металлов.
Сравнительно недавно Йод стали использовать в производстве ламп накаливания, работающих по Йодо – вольфрамовому циклу. Йод соединяется с частичками вольфрама, испарившегося со спирали лампы, образует соединение WI2, которое, попав на нагретую спираль, разлагается. Вольфрам при этом вновь возвращается на спираль, а Йод опять соединяется с испарившемся вольфрамом. Йод как бы заботится о сохранении вольфрамовой спирали и тем самым значительно увеличивает время работы лампы.
Так же 0,6% Йода, добавленного к углеводородным маслам, во много раз снижает трение в подшипниках из нержавеющей стали и титана. Это позволяет увеличить нагрузку на трущиеся детали белее, чем в 50 раз.
Йод применяют для изготовления специального поляроидного стекла. В стекло вводят кристаллы солей Йода, которые распределяются строго закономерно. Колебания светового луча не могут проходить через них во всех направлениях. Получается своеобразный фильтр, называемый поляроидом, который отводит встречный слепящий поток света. Такое стекло используют в автомобилях. Комбинируя несколько поляроидов или вращая поляроидные стёкла, можно достигнуть исключительно красочных эффектов – это явление используют в кинотехники и в театре. Так же Йод применяется в фотоделе. Современный способ фотографирования был изобретён англичанином У.Толботом. В основе его способа фотографии лежит фотохимическая реакция разложения галогенидов серебра под действием света:
Ag (Галл) + hγ = Ag + (Галл),
Где hγ – квант света.
В современном фотографическом процессе для получения негативов используется слой фотографической эмульсии – смеси мельчайших кристалликов Йодистого или бромистого серебра с желатиной (белковым веществом, «животным клеем»), - нанесённый на прозрачную подложку из стекла или полимерной плёнки. Под действием света в этой эмульсии образуется лишь ничтожное количество металлического серебра. При последующем проявлении, т.е. при обработке фоточувствительного материала водным раствором органического восстановителя, реакция восстановления ускоряется под действием первичных частиц металлического серебра, она идёт преимущественно в тех местах, куда падал свет. Затем с помощью тиосульфта натрия (Na2S2O3 * 5H2O
), образующего водорастворимую комплексную соль с галогенидом серебра, фотографии удаляют невосстановленный избыток галогенида. Эта стадия называется закреплением или фиксацией изображения. Промывка, сушка – и негатив готов.
В аналитической химии и органическом синтезе йод и его соединения используются в лабораторной практике для анализа и в хемотронных приборах, действие которых основано на окислительно-восстановительных реакциях йода. Как катализатор (ускоритель реакций) йод используется в производстве всех видов искусственных каучуков. Подобно другим галогенам йод образует многочисленные йодоорганические соединения, которые входят в состав некоторых синтетических красителей.
