1. Ievads

Antimons kā svarīgs krāsainais metāls tiek plaši izmantots liesmas slāpētāju, sakausējumu, pusvadītāju un citās jomās. Tomēr dabā antimona rūdas bieži vien pastāv līdzās arsēnam, kā rezultātā neapstrādātā antimonā ir augsts arsēna saturs, kas būtiski ietekmē antimona produktu veiktspēju un pielietojumu. Šajā rakstā sistemātiski tiek iepazīstinātas ar dažādām arsēna atdalīšanas metodēm neapstrādāta antimona attīrīšanā, tostarp pirometalurģisko rafinēšanu, hidrometalurģisko rafinēšanu un elektrolītisko rafinēšanu, detalizēti aprakstot to principus, procesa plūsmas, darbības apstākļus un priekšrocības/trūkumus.

2. Pirometalurģiskā rafinēšana arsēna atdalīšanai

2.1 Sārmainā rafinēšanas metode

2.1.1 Princips

Sārmainās rafinēšanas metode atdala arsēnu, pamatojoties uz reakciju starp arsēnu un sārmu metālu savienojumiem, veidojot arsenātus. Galvenie reakcijas vienādojumi:
2As + 3Na₂CO3 → 2Na3AsO3 + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na2CO3 → 4Na3AsO4 + 6CO₂↑

2.1.2 Procesa plūsma

1. Izejvielu sagatavošana: Sasmalciniet neattīrītu antimonu 5–10 mm daļiņās un sajauciet ar sodu (Na₂CO₃) masas attiecībā 10:1.
2. Kausēšana: Uzkarsē reverberācijas krāsnī līdz 850–950 °C, turiet 2–3 stundas
3. Oksidēšana: Ievadīt saspiestu gaisu (spiediens 0,2–0,3 MPa), plūsmas ātrums 2–3 m³/(h·t)
4. Izdedžu veidošanās: pievienojiet atbilstošu daudzumu salpetra (NaNO₃) kā oksidētāju, deva 3–5% no antimona svara
5. Izdedžu noņemšana: Pēc 30 minūšu nostādināšanas noņemiet virsmas izdedžus
6. Atkārtojiet darbību: atkārtojiet iepriekš minēto procesu 2–3 reizes

2.1.3 Procesa parametru kontrole

• Temperatūras kontrole: optimālā temperatūra 900±20°C
• Sārmu deva: Pielāgojiet atkarībā no arsēna satura, parasti 8–12% no antimona svara
• Oksidācijas laiks: 1–1,5 stundas vienā oksidācijas ciklā

2.1.4 Arsēna atdalīšanas efektivitāte

Var samazināt arsēna saturu no 2–5 % līdz 0,1–0,3 %

2.2 Oksidatīvās iztvaikošanas metode

2.2.1 Princips

Izmanto arsēna oksīda (As₂O₃) īpašību, ka tas ir gaistošāks nekā antimona oksīds. As₂O₃ iztvaiko tikai 193 °C temperatūrā, savukārt Sb₂O₃ iztvaikošanai nepieciešama 656 °C temperatūra.

2.2.2 Procesa plūsma

1. Oksidatīvā kausēšana: karsēšana rotācijas krāsnī līdz 600–650 °C ar gaisa ieplūšanu
2. Dūmgāzu attīrīšana: kondensēt un atgūt iztvaikojušo As₂O₃
3. Redukcija kausēšanā: atlikušā materiāla reducēšana 1200°C temperatūrā ar koksu
4. Rafinēšana: pievienojiet nelielu daudzumu sodas pelnu tālākai attīrīšanai

2.2.3 Galvenie parametri

• Skābekļa koncentrācija: 21–28 %
• Uzturēšanās laiks: 4–6 stundas
• Krāsns rotācijas ātrums: 0,5–1 apgr./min

3. Hidrometalurģiskā rafinēšana arsēna atdalīšanai

3.1 Sārmu sulfīdu izskalošanas metode

3.1.1 Princips

Izmanto arsēna sulfīda īpašību, ka tam ir augstāka šķīdība sārmu sulfīda šķīdumos nekā antimona sulfīdam. Galvenā reakcija:
As₂S3 + 3Na₂S → 2Na3AsS3
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Nešķīstošs

3.1.2 Procesa plūsma

1. Sulfidēšana: Sajauciet neattīrītu antimona pulveri ar sēru masas attiecībā 1:0,3, sulfidējiet 500°C temperatūrā 1 stundu.
2. Izskalošana: Izmantojiet 2 mol/l Na₂S šķīdumu, šķidruma un cietvielu attiecība 5:1, maisiet 80°C temperatūrā 2 stundas.
3. Filtrēšana: Filtrēšana ar filtra presi, atlikums ir antimona koncentrāts ar zemu arsēna saturu
4. Reģenerācija: Ievadiet H₂S filtrātā, lai reģenerētu Na₂S

3.1.3 Procesa nosacījumi

• Na₂S koncentrācija: 1,5-2,5 mol/L
• Izskalošanās pH: 12–13
• Izskalošanās efektivitāte: As>90%, Sb zudums<5%

3.2 Skābā oksidatīvā izskalošanas metode

3.2.1 Princips

Izmanto arsēna vieglāko oksidēšanos skābos apstākļos, selektīvai šķīdināšanai izmantojot oksidētājus, piemēram, FeCl₃ vai H₂O₂.

3.2.2 Procesa plūsma

1. Izskalošana: 1,5 mol/l HCl šķīdumā pievienojiet 0,5 mol/l FeCl₃, šķidruma un cietvielu attiecība 8:1
2. Potenciāla kontrole: uzturēt oksidācijas potenciālu 400–450 mV (attiecībā pret SHE)
3. Cietvielu un šķidrumu atdalīšana: vakuuma filtrācija, filtrāta nosūtīšana uz arsēna atgūšanu
4. Mazgāšana: Filtra atlikumus 3 reizes mazgājiet ar atšķaidītu sālsskābi.

4. Elektrolītiskās rafinēšanas metode

4.1 Princips

Izmanto nogulsnēšanās potenciālu atšķirību starp antimonu (+0,212 V) un arsēnu (+0,234 V).

4.2 Procesa plūsma

1. Anoda sagatavošana: Neapstrādāta antimona ieliešana 400 × 600 × 20 mm anoda plāksnēs
2. Elektrolītu sastāvs: Sb³⁺ 80 g/l, HCl 120 g/l, piedeva (želatīns) 0,5 g/l
3. Elektrolīzes apstākļi:
   • Strāvas blīvums: 120–150 A/m²
   • Šūnas spriegums: 0,4–0,6 V
   • Temperatūra: 30–35 °C
   • Elektrodu attālums: 100 mm
4. Cikls: Izņemt no šūnas ik pēc 7–10 dienām

4.3 Tehniskie rādītāji

• Katoda antimona tīrība: ≥99,85%
• Arsēna atdalīšanas ātrums: >95%
• Pašreizējā efektivitāte: 85–90%

5. Jaunās arsēna atdalīšanas tehnoloģijas

5.1 Vakuuma destilācija

0,1–10 Pa vakuumā izmanto tvaika spiediena starpību (As: 133 Pa pie 550 °C, Sb nepieciešams 1000 °C).

5.2 Plazmas oksidēšanās

Izmanto zemas temperatūras plazmu (5000–10000 K) selektīvai arsēna oksidēšanai, īss apstrādes laiks (10–30 min), zems enerģijas patēriņš.

6. Procesu salīdzināšanas un atlases ieteikumi

Izvēles ieteikumi:

• Augsta arsēna satura izejviela (As>3%): Priekšroka tiek dota sārmu sulfīdu izskalošanai
• Vidējs arsēns (0,5–3 %): sārmaina rafinēšana vai elektrolīze
• Prasības ar zemu arsēna saturu un augstu tīrības pakāpi: ieteicama elektrolītiskā rafinēšana

7. Secinājums

Arsēna atdalīšanai no neatjēlēta antimona ir nepieciešams vispusīgi apsvērt izejvielu īpašības, produkta prasības un ekonomiskos aspektus. Tradicionālajām pirometalurģiskajām metodēm ir liela jauda, ​​bet ievērojama ietekme uz vidi; hidrometalurģiskajām metodēm ir mazāks piesārņojums, bet ilgāki procesi; elektrolīzes metodes nodrošina augstu tīrības pakāpi, bet patērē vairāk enerģijas. Turpmākie attīstības virzieni ietver:

1. Efektīvu kompozītmateriālu piedevu izstrāde
2. Daudzpakāpju kombinēto procesu optimizācija
3. Arsēna resursu izmantošanas uzlabošana
4. Enerģijas patēriņa un piesārņojuma emisiju samazināšana