Спосіб одержання арсину

Изобретение относится к технологии электрохимического производства неорганических соединений мышьяка, конкретно, к способу получения мышьяковистого водорода (арсина), который применяется для получения эпитаксиальных структур различного состава. Известен способ получения арсина электролизом кислых раствором 3х-валентного мышьяка [1] с применением катодов с высоким перенапряжением для выделения водорода. В качестве катодного материала используют ртуть, амальгамы, свинец, кадмий, графит. Выход по току арсина составляет 60-65%. Недостатком способа является необходимость приготовления электролитов, содержащих соединения мышьяка, а также использование в качестве катодных структур материалов ртути, амальгам, которые являются ядовитыми веществами. Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является способ получения арсина электрохимическим синтезом на мышьяковом катоде в растворах нейтральной соли [2]. Для осуществления этого способа мышьяковые катоды были изготовлены путем осаждения мышьяка из концентрированных растворов AsCl3 в ледяной уксусной кислоте. Недостатком данного способа является низкая эффективность образования арсина (выход по току арсина составляет 10 - 15%). Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка высокопродуктивной технологии производства арсина. Способ получение арсина, созданный для решения поставленной задачи, позволяет достичь технического результата, заключающегося в получении арсина с максимальным, близким к 100%, выходом потоку. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в известном способе получения арсина электрохимическим синтезом на мышьяковом катоде, включающем гидрирование мышьяка в термостатированном концентрированном растворе нейтральной соли с последующим удалением арсина из зоны реакции, гидрирование осуществляют электрохимическим растворением монолитного мышьякового катода, причем катодную плотность тока выбирают не менее чем 0,06 А/см2. В качестве нейтральной соли берут соли Na2SO4, K2SO4 или Na3РО4 марки "хч". Температуру электролита выбирают в диапазоне 10 - 35°С и поддерживают ее посредством термостатирования с точностью ± 2°С. Применение монолитного мышьякового катода вместо изготовленного путем осаждения мышьяка и выбор катодного тока не менее 0,06 А/см2 являюся отличительными от прототипа признаками во всех случаях выполнения способа. Выбор вышеупомянутых растворов нейтральных солей для электролита, а также температуры электролита характеризуют способ в частных случаях его выполнения. Заявляемый способ осуществляют следующим образом. Электрохимический синтез арсина проводят в термостатируемом электролизере, анодное и катодное пространства которого разделены катионообменной диафрагмой. Анодом служит титановая пластина, покрытая окисью рутения. В качестве катода используют слиток мышьяка марки ОСЧ 17 - 4 в виде цилиндра. Катод закреплен в тефлоновом держателе с внутренним токоподводом. Электролиты готовят из воды, дважды перегнанной в кварцевом аппарате, используя нейтральные соли (Na2SO4 марки "хч", либо K2SO4 марки "хч", либо Na2РО4 марки "хч"). В электролизер заливают концентрированный водный раствор нейтральной соли (например, Na2SO4 концентрации 0,8 - 1,1 моль/л) закрепляют катод и анод в крышках катодного и анодного отделений электролизера, герметизируют катодное отделение, включают термостатирование (рабочую температуру электролита поддерживают в диапазоне 20 - 24°С) и включают ток, соответствующий катодной плотности тока 0,07-0,08 А/см2. При этом в катодном отделении электролизера образуется арсин. Электролизер выполнен с возможностью подвода инертного газа к зоне реакции и удаления образующегося мышьяковистого водорода из зоны реакции током инертного газа в сборник, охлаждаемый жидким азотом, где происходит конденсация арсина. Катодное пространство продувают током инертного газа, как перед электролизом для удаления кислорода, так и во время электролиза для отвода арсина. Ниже приведены примеры, подтверждающие возможность осуществления заявляемого способа. Пример 1. Процесс электрохимического синтеза арсина проводят в водном растворе Na2SO4 0,1 моль/л, при температуре 20°С и катодной плотности тока - 0,070 А/см2. Катод монолитный, выполнен из мышьяка марки ОСЧ 17-4. Выход по току арсина, определенный монометрическим титрованием, составил 20%. Пример 2. Процесс электрохимического синтеза арсина проводят в водном растворе Na2SO4 1,0 моль/л при температуре 20°С и катодной плотности тока 0,070 А/см2. Катод выполнен из мышьяка марки ОСЧ 17-4, монолитный. Выход по току арсина, определенным способом, упомянутом в примере 1, составил 99,9%. Пример 3. Процесс электрохимического синтеза арсина проводят в водном растворе высокочистого K2SO4 1,0 моль/л, при температуре 20°С, катодной плотности тока 0,070 А/см2. Катод выполнен из монолитного мышьяка марки ОСЧ 17 - 4. Выход по току арсина составил 99,7%. Пример 4. Процесс электрохимического синтеза арсина проводят в водном растворе Na2РO4 1,0 моль/л при температуре 20°С и катодной плотности тока 0,07 А/см2. Материал катода - мышьяк марки ОСЧ 17-4. Выходило току арсина - 99,8%. Сведения о примерах осуществления заявляемого способа 1-4, а также об остальных примерах 5-17 и способе-прототипе 18 приведены в таблице, из которой оидно, что наилучший технический результат (выход по току арсина, близкий к 100%) получают при следующих условиях: - концентрация нейтральной соли - 0,8 -1,1 моль/л - температура электролита - 20 - 24°С катодная плотность тока - 0,07 - 0,08 А/см2.