Кислотные способы требуют применения больших избытков реагентов, они длительны и сложны в аппаратурном оформлении. Кроме того, разложение кислотами приводит к переходу в растворимое состояние не только цезия, но и алюминия и других примесей. Все это затрудняет применение кислотных способов в промышленности, однако они продолжают совершенствоваться.

Способы спекания. Способы спекания разработаны менее детально, чем кислотные, но в настоящее время они получили всеобщее признание. В качестве флюсов были опробованы: карбонат кальция, смесь карбонатов натрия и калия, окись и хлорид кальция, смесь карбоната и хлорида натрия.

Хорошие показатели были достигнуты по способу, предложенному Арендой В его основе лежит спекание поллуцита с СаО и СаС1₂. Взаимодействие.протекает по следующей суммарной реакции:

Сs₂О-А1₂О_а-4SiO₂-Н₂О + СаС1₂ + 5СаО -

=2СsС1 + СаО.А1₂0₃.2SiO₂ + ЗСаО-SO₂ + 2СаО-SO₂ + Н₂0.

Отсутствие кремния и алюминия в растворах после выщелачивания спеков - большое достоинство метода Аренда. При оптимальных условиях всегда можно добиться практически полного разложения минерала (не менее 98%) и высокой степени чистоты этой соли (99,9%). Метод экономичен и сравнительно прост. Все другие методы переработки поллуцита не обеспечивают в настоящее время столь высоких показателей.

Исследования показали, что основным реагентом при спекании является хлорид кальция, который в расплавленном состоянии действует энергичнее соляной кислоты. Окись же кальция нужна для связывания кремнезема и глинозема. Полученный спек охлаждают, измельчают и обрабатывают горячей водой. Полученную пульпу фильтруют, остаток от фильтрации направляют в отвал. Фильтрат, содержащий сульфаты цезия, рубидия и других щелочных металлов, обрабатывают соляной кислотой и цезий осаждают в виде комплексной соли Сs₃ [Sb₂С1₉] по способу, описанному ранее. Для получения соли более высокой чистоты проводят ее перекристаллизацию.

Известны также исследования по разложению поллуцитового концентрата путем спекания его с известью без добавок хлористого кальция. Вещественный состав полученного спека следующий, %: 10,5 С5₂0-А1₂О_я; 74,3 2СаО-5Ю₂; 7,5СаО-А1₈0₃; 7,5% суммы Ме₂0-А1₂0₃.

В промышленности также нашел применение вариант сублимирующего обжига. При этом состав шихты следующий: на 1 ч. по массе концентрата, 2 ч. известняка, 0,23 ч. хлористого кальция. Температуру повышают до 1300° С. Все щелочные металлы возгоняются; при улавливании их образуется конденсат следующего состава, %: 60 Cs; 1,8 Кd; 3,4 К; 2,5 Nа; 25,3 - С1₃.

Если добавку хлорида кальция заменить фторидом кальция в количестве 2,5% к массе шихты, температуру спекания можно снизить до 1200? С. Извлечение цезия в сублимат в обоих случаях составляет 98%. Для получения из него цезия применяют один из описанных способов очистки от щелочей. Например, возгон окисей щелочных металлов вымывают из конденсата водой и нейтрализуют полученный раствор соляной кислотой. Из этого раствора цезий осаждают концентрированной соляной кислотой и хлоридом сурьмы, получая осадок соли состава Сs₃Sb₄С1₉).

Цезий, находящийся в возгонах, можно отделить от других щелочей жидким бромом, в котором растворим только бромистый цезий. Из бромистого цезия можно получить другие нужные соли цезия.

Преимущество способов с возгонкой щелочей перед изложенными ранее - сокращение числа переделов и отсутствие громоздкой гидрометаллургической аппаратуры.

На извлечение цезия из лепидолитового концентрата поступает не сам концентрат, а остаток после извлечения из него лития. Примером может служить способ, предложенный Е.С. Бурксером в 1935 г. По этому методу лепидолит спекают с К₂50₄ при 1090° С, и спек обрабатывают водой; в раствор при этом переходит литий и частично рубидий, цезий и калий. Основная же часть цезия остается в осадке, который разлагают при 100° С серной кислотой. Далее осадок обрабатывают водой, а затем из концентрированного раствора при охлаждении выкристаллизовывают смесь квасцов калия, рубидия и цезия.

При любом, способе разложения лепидолитового концентрата рубидий и цезий на определенной стадии процесса осаждаются в виде квасцов. При многократной фракционной перекристаллизации квасцов цезий и рубидий отделяются как один от другого, так и от сопутствующего калия. Фракционная перекристаллизация основана на различной растворимости, компонентов. Процесс перекристаллизации длителен и кропотлив. Эмпирическим путем найдено, что для освобождения цезиевых и рубидиевых квасцов от калия необходимо шесть перекристаллизации, а окончательное разделение цезия достигается через 22 перекристаллизации. Существует мнение, что путем перекристаллизации можно получить 90-95%-ную цезиевую соль, затем после растворения в воде вести дальнейшую очистку другими способами.

Применение

Цезий - один из редчайших элементов, но все же следы его можно найти во многих горных породах, в морской воде, а его «связи» с минеральной водой вам уже известны (правда, чтобы получить несколько граммов цезиевых солей, Бунзену пришлось выпарить «всего-навсего» 40 тонн целебного напитка). Любопытно, что «крохи» цезия обнаружены в сахарной свекле, зернах кофе, чайных листьях. Знаком с ним и каждый курильщик: об этом свидетельствуют две голубые линии в спектре табачного пепла. Если бы металлы, подобно спортсменам, могли рассчитывать на приз «За активность», то судейская коллегия из самых авторитетных химиков без колебаний присудила бы его цезию. И дело не только в том, что этот элемент занимает самое «металлическое» место в периодической системе (если не считать франция, которого практически нет в природе), но и в том, что он полностью оправдывает свое «особое положение». Действительно, чистый цезий чрезвычайно активный металл. Оказавшись на воздухе, он немедленно воспламеняется и сгорает. Попадая в компанию с серой или фосфором (не говоря уже об «идейных противниках» всех металлов-галогенах), он тут же начинает бурно «возмущаться», и это всегда приводит к взрыву. Общение цезия с водой также чревато конфликтной ситуацией, сопровождающейся взрывом и пожаром - горит выделяющийся в ходе реакции водород. Даже скромный и смирный (в химическом отношении) лед, который весьма индифферентен к окружающей действительности, не выдерживает нападок цезия и вступает с ним в шумную «перепалку», причем разнять их не может и лютый холод (до -116⁰С) - известный «укротитель» химических реакций. Немудрено, что при таком буйном нраве цезия получить его в чистом виде очень сложно.

Сейчас для этой цели используют обычно способ, предложенный еще в 1911 году французским химиком А. Акспилем: цезий вытесняется из его хлорида металлическим кальцием в вакууме при температуре около 700⁰С (как видно, кальций-не из робкого десятка). Но вот чистый цезий получен. А как его хранить? Вопрос этот, как вы понимаете, далеко не праздный, а ответ на него - просто парадоксален: чистый цезий нужно… загрязнить, т.е. сплавить с другими металлами. Сплавы цезия не столь «задиристы», как он сам, и хранятся тихо и спокойно, сколько требуется. Выделить же из них цезий помогает отгонка в вакууме. «Свежеприготовленный» цезий - блестящий светлый металл с бледно-золотистым оттенком; он мягкий, как воск, и легкий, как магний или бериллий. Всем известно, что самый легкоплавкий металл - ртуть; в этом отношении у нее нет соперников. Но из всех прочих металлов наиболее «покладист» цезий: он легко переходит в жидкое состояние, так как температура плавления его всего 28,5?С. Чтобы он растаял, достаточно теплоты человеческих ладоней (надеемся, что помня об опасном характере этого металла, вы не будете проводить такой эксперимент, поскольку он может иметь печальные последствия). Само собой разумеется, изготовлять из цезия детали или изделия, которые должны подвергаться механическим нагрузкам, работать в жарких условиях или находиться в контакте с химическими «агрессорами», занятие, мягко выражаясь, неблагодарное. Так, может быть, этот недотрога «голубых кровей» вообще ни на что не пригоден и представляет интерес лишь сугубо с научной точки зрения? Железу, титану, алюминию он и впрямь не конкурент, зато у него есть такие свойства, какими, кроме него, не обладает ни один металл. А чтобы стало понятно, о чем идет речь, снова совершим небольшой экскурс в прошлый век. В 1887 году известный немецкий физик Генрих Герц открыл явление внешнего фотоэффекта, т.е. «испарения» электронов с поверхности металлов под действием света.

Вскоре профессор Московского университета А.Г. Столетов, заинтересовавшийся этим явлением, провел ряд опытов и на их основе сформулировал теоретические законы фотоэффекта. В чем же его суть? Оказывается, невесомый луч несет с собой энергию, вполне достаточную для того, чтобы выбить из атомов некоторых металлов наиболее удаленный от ядра электрон. Если в разрыв электрической цепи направить вереницу вырвавшихся на волю «узников», то их поток способен замкнуть цепь и в ней появится ток. Говорят, сколько людей - столько мнений. Так и у каждого металла есть свое «мнение» в отношении фотоэффекта. Одни не считают нужным идти на поводу у света: их хоть прожектором «обстреливай», но электронов из них не выбьешь Другие, напротив, без сожаления расстаются с ними, как только на них попадает едва заметный луч. Самый щедрый на электроны металл - цезий, и эта щедрость отнюдь не случайна. У всех щелочных металлов, а цезий - их типичный представитель, на внешней орбите «разгуливает» всего один электрон. Но один в поле не воин, и свет расправляется с ним без особого труда. У цезия к тому же этот одинокий скиталец находится дальше от ядра, чем у его родственников по «щелочной линии». Поэтому работа выхода электрона (так называется тот «труд», который должен затратить световой луч, чтобы отнять у атома электрон) у цезия минимальна, а это значит, что он - самый подходящий материал для фотоэлементов - приборов, превращающих лучи света в электрический ток. Службу в фотоэлементах цезий несет не в одиночку, а, например, в сплаве с сурьмой, причем толщина светочувствительного слоя настолько мала, что одним граммом сплава можно покрыть поверхность примерно в 10 квадратных метров.

Все, кто пользуется услугами метрополитена, каждый день проходят мимо фотоэлементов. Они вмонтированы в контрольные турникеты, устроенные очень просто: с одной стороны - фотоэлемент, с другой - источник света, направляющий луч на своего «визави». Стоит вам, не опустив предварительно пятака, пересечь луч, фотоэлемент включит механизм рычагов и они с грозным лязгом преградят вам путь. Если же вы дадите турникету пятикопеечную «взятку», он сделает вид, что вас не заметил: механизм автоматически отключается, и рычаги не срабатывают. Фотоэлемент - прибор несложный, но очень способный: его можно обучить любой работе. Как только в городе стемнеет, фотоэлемент включает фонари. Если рука рабочего окажется в опасной зоне, этот контролер тут же остановит станок. Фотоэлемент умеет сортировать сигареты, подсчитывать число деталей, проплывающих мимо него на конвейере, проверять, достаточно ли хорошо отшлифована поверхность шариков для подшипников, читать запись на звуковой дорожке киноленты. Надежнее любого сторожа эти чуткие приборы охраняют ночью магазины, банки, склады.
Без фотоэлементов немыслима была бы сама идея передачи изображения на сотни и тысячи километров. Если вы вчера с интересом смотрели по телевизору хоккейный матч, концерт или очередную «порцию» захватывающего многосерийного фильма, то не грех поблагодарить за это цезий: без него ваш телевизор имел бы не больше шансов на передачу изображения, чем ящик из-под макарон. С помощью фотоэлементов удалось «снять копию» обратной стороны Луны. А разве можно было бы передать по проводам чертежи, схемы, портреты, письма, если бы фототелеграфная связь не пользовалась услугами не равнодушных к свету электронов? Конечно, нет. Фотоэлектрические свойства цезия позволили создать интроскоп - прибор, позволяющий заглянуть внутрь непрозрачных тел и заметить в них возможные дефекты.

Чувствительность цезия к инфракрасным лучам лежит в основе конструкции «ночезрительных труб» - так М.В. Ломоносов называл приборы, о которых он мог только мечтать. А сегодня оптический «глаз», способный видеть в темноте, помогает человеку ночью вести автомобиль, прицельно стрелять, обнаруживать различные объекты. До сих пор речь шла о фотоэлектрическом эффекте, но цезий готов поделиться своими электронами «по просьбе» не только света, но и тепла. Благодаря этому свойству он охотнее многих других химических элементов переходит в состояние ионизированного газа - плазмы. Цезиевая плазма представляет огромный научный и практический интерес. В космическом пространстве, например, где степень разрежения очень высока, поток электронов, выделяемых атомами цезия, способен создавать мощную реактивную тягу и придавать ракетам колоссальную скорость - по расчетам некоторых зарубежных ученых, до 44 километров в секунду! Возможно, недалек уже тот час, когда межпланетные корабли на цезиевом «топливе» будут заходить в самые далекие порты и гавани Вселенной. Но цезиевая плазма не теряет времени даром и уже вовсю трудится на Земле. С ее помощью магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы) преобразуют тепловую энергию в электрическую. Одно из многих достоинств этих генераторов - их простота: единственная движущаяся «часть» в них - поток ионизированного газа, как бы исполняющего обязанности вращающегося ротора. Без цезия не обходятся и термоэмиссионные преобразователи (ТЭП), в которых тепловая энергия ядерного реактора без задержки превращается в электрический ток. Первая мощная установка такого типа - «Топаз» действует в нашей стране.

Цезий отнюдь не обделен вниманием науки: ученые различных стран проводят множество исследований, главный объект которых - цезий. Несколько лет назад физики Билефельдского университета (ФРГ) проделали любопытный эксперимент. Длился он всего десятую долю секунды, а на его подготовку понадобилось… два года. В чем же он заключался? На специальной установке атом цезия был подвергнут бомбардировке сфокусированным импульсом мощного лазера. В результате такого обстрела атом цезия пришел в состояние «крайнего возбуждения»: орбиты электронов растянулись и размеры атома увеличились в десятки тысяч раз. Группа американских физиков из Ок-Риджа (одного из важнейших центров атомной промышленности США) разработала методику, позволяющую пересчитать поштучно атомы некоторых элементов. В основе этой методики также лежит возбуждение атомов с помощью мощных лазерных импульсов. При первой демонстрации нового способа подсчитывались атомы цезия. Ученые из индийского Института геофизических исследований, изучившие воду 60 горячих источников в Гималаях, пришли к выводу, что высокая концентрация цезия в воде может быть признаком магматической активности недр.

Повышенная концентрация радиоактивного изотопа цезия-137 обнаружена в деревьях, сохранившихся в районе знаменитого Тунгусского взрыва, причем химическая аномалия характерна как раз для тех слоев ствола, которые относятся к 1908 году, когда произошло это событие. Нельзя не упомянуть еще об одном очень важном «амплуа» этого элемента. В 1967 году Международная генеральная конференция по мерам и весам установила: «Секунда - время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133». Коротко и ясно! Хотите отсчитать секунду, так это проще пареной репы: нужно только подождать, пока электрон цезия перепрыгнет с одной своей орбиты на другую указанное число раз. Конечно, человеку такой подсчет проделать, мягко выражаясь, трудновато, а вот атомные часы на этом принципе уже работают и, надо сказать, неплохо: за три тысячелетия точность их хода может измениться всего на одну секунду. Это возможно благодаря необыкновенной стабильности основных свойств атомов цезия.

О цезии можно рассказывать тысячу и одну ночь: о его каталитических способностях и умении создавать вакуум в радиолампах, о его изотопах, применяемых в медицине, дефектоскопии, измерительной технике, о получении с помощью этого элемента сцинтилляционных монокристаллов, способных светиться холодным голубоватым или зеленоватым светом под действием любого излучения - рентгеновского, ультрафиолетового, радиоактивного. Словом, областям применения цезия, как говорится, несть числа. А перспективы его поистине безграничны!

Сколько цезия в наших продуктах

Ягоды и грибы из чернобыльской зоны, рыбу, выловленную в реке Припять, и много других «даров» чернобыльской природы сегодня можно без проблем приобрести в столице. Издание 24.ua захотело проверить, сколько стронция и цезия содержится в купленной рыбе, колбасе, молоке и твороге. Сделать это было нетрудно: столичная СЭС бесплатно проверяет купленные вами продукты, а за 205 гривен - стройматериалы.

Инженер радиологического отдела рассказал, что «как-то мы проверяли сосиски, и, представьте, количество цезия-137 и стронция-90 в них в несколько раз превышало норму». «Хорошо, что сосиски еще до проверки изъяли из продажи», - отметил он.

Летом торговые точки санитарные врачи проверяют не реже трех раз в неделю. Говорят, что иногда приходится ходить с милицией, поскольку добровольно ни один продавец на рынке не хочет отдавать даже чуть-чуть своего товара на проверку. Больше всего радионуклидов медики находят в грибах и чернике. Но бывают они и в мясе. По данным издания, недавно в СЭС привезли тушу подстреленного на охоте кабана. Вердикт проверки: есть свинину строго запрещено. В прошлом году СЭС вместе с управлением ветеринарной медицины взяла немногим более 576 тысяч проб. В 19 из них цезий и стронций просто зашкаливал. Это были ягоды из пгт Малина и города Овруча Житомирской области, сел Немишаево Киевской области, Киверцы Волынской области, а также грибы и дичь из Вышгородского и Полесского районов Киевщины.

Инженер радиологического отдела по собственному опыту знает, что среди тех даров леса, которые вскоре наполнят рынки и супермаркеты, будут радиоактивные продукты. Именно поэтому врачи призывают горожан проверять купленное - особенно на стихийных рынках. Тем более что все анализы в СЭС сделают абсолютно бесплатно. Для этого нужно только взять килограмм или литр продукции и написать заявление на имя главного санитарного врача Киева.

Поэтому корреспонденты рано утром отправились на стихийные рынки за покупками (им врачи посоветовали брать домашнее мясо и молоко, речную рыбу, свеклу, редиску, лесные ягоды и грибы - именно в этих продуктах может быть повышенное содержание радиоактивных изотопов). Первая покупка была сделана недалеко от метро «Позняки» - купили домашнее молоко. Бабушка-продавец уверяла в его экологической чистоте. Товар она привезла из села Рожев Макаровского района, в пятидесяти километрах от столицы. Далее возле Дарницкого вокзала журналисты взяли килограмм свежего творога из поселка Бабинцы Бородянского района - около тридцати километров на северо-запад от Киева. Продавец никак не могла понять, почему мы решили брать ее товар не попробовав. Женщина даже обиделась и отказалась продавать, пока мы не попробуем кусочек и не похвалим. Пришлось уступить. Возле станции метро «Лесная» купили две палки подозрительно дешевой колбасы якобы из Хмельницкой области - полкило всего 10 грн. На стихийном рынке возле станции «Лукьяновская» взяли три свеклы, выращенные в Мотижине, - село в тридцати километрах от Киева в западном направлении. Возле метро «Нивки» купили редиску, привезенную с огорода возле Броваров. А вот найти свежую рыбу на стихийных рынках не удалось - пришлось брать на стационарном базаре на улице Щербакова. Покупки обошлись в 100 гривен и все продукты отправили в городскую СЭС.

Газета пишет, что лаборатория, где проверяют продукты, - это небольшая комната, заставленная старыми компьютерами и различными устройствами. Тестирование начали с творога. В первую очередь его взвесили: продавец не обманула - продала ровно килограмм. Потом продукт высыпали в специальный лоток, который установили в гамма-спектрометр - аппарат для измерения спектра гамма-излучения. Попутно поинтересовались, можно ли ходить с дозиметром в руках по рынку и сразу на месте проверять продукты. Посмеявшись, Журавлев объяснил, что это бессмысленно - дозиметр не в состоянии уловить такую слабую активность, которую могут проявлять продукты. На компьютере лаборант запустил специальную программу, которая расшифровывает сигналы со спектрометра. Через пятьдесят минут Журавлев показывает результаты - образец содержит только естественный радионуклид калий-40, который есть во всех продуктах. В молоке также не оказалось радиоактивных добавок, хотя именно молоко - основной показатель радиационной зараженности местности.

По словам специалиста, «коровы пасутся на большой территории, если хоть где-то трава содержит цезий-137 и стронций-90, то они обязательно проявятся». «Если с молоком из Рожева все нормально, то, скорее всего, и в других продуктах из села Рожев не будет отклонений», - отметил он.

В подозрительно дешевой колбасе и свекле техногенных радионуклидов также не оказалось. Зато, как только изрубленные тушки судака попали в спектрометр, компьютер выдал наличие цезия-137 - 16,1 Бк/кг. Эта доза в девять раз меньше максимально допустимой, но ведь и норма в Украине - понятие относительное. По словам Журавлева, у нас никто никогда не изучал влияния небольших доз техногенных радионуклидов на человека. Поэтому не исключено, что после того как вы съедите эту рыбу, в организме начнутся необратимые процессы. Хотя выход есть - перед приготовлением рыбу можно замочить на полчаса в уксусе, это поможет очистить ее от части опасных радионуклидов.

Цезий и стронций - радиоактивные изотопы. Попав в организм, они повреждают костную ткань, приводят к химическим нарушениям в клетках, а потом - к раку крови и костей.