Διαδικασία απόσταξης και καθαρισμού αρσενικού

Η διαδικασία απόσταξης και καθαρισμού αρσενικού είναι μια μέθοδος που χρησιμοποιεί τη διαφορά στην πτητικότητα του αρσενικού και των ενώσεών του για τον διαχωρισμό και τον καθαρισμό, ιδιαίτερα κατάλληλη για την αφαίρεση θείου, σεληνίου, τελλουρίου και άλλων ακαθαρσιών στο αρσενικό.Ακολουθούν τα βασικά βήματα και οι σκέψεις:

1.Προεπεξεργασία πρώτων υλών

• Πηγές ακατέργαστου αρσενικού: συνήθως ως υποπροϊόν της τήξης ορυκτών που περιέχουν αρσενικό (π.χ. αρσενίτης, ρεαλγκάρ) ή ανακυκλωμένων αποβλήτων που περιέχουν αρσενικό.
• Οξειδωτικό ψήσιμο(προαιρετικά): Εάν η πρώτη ύλη είναι θειούχο αρσενικό (π.χ. As₂S₃), πρέπει πρώτα να καβουρδιστεί για να μετατραπεί σε πτητικό As₂O₃

As2S3+9O2→As2O3+3SO2As2​S3​+9O2​→As2O3+3SO2

2.Μονάδα απόσταξης

• Εξοπλισμός: Αποστακτήρας χαλαζία ή κεραμικός (ανθεκτικός στη διάβρωση, ανθεκτικός σε υψηλές θερμοκρασίες), εξοπλισμένος με σωλήνα συμπυκνωτή και φιάλη υποδοχής.
• Αδρανή προστασίαΕισάγεται άζωτο ή διοξείδιο του άνθρακα για την πρόληψη της οξείδωσης του αρσενικού ή του κινδύνου έκρηξης (οι ατμοί αρσενικού είναι εύφλεκτοι).

3.Διαδικασία απόσταξης

• Έλεγχος θερμοκρασίας:
  • Εξάχνωση αρσενικού: Εξάχνωση As₂O₃ στους 500-600 °C (εξάχνωση καθαρού αρσενικού στους περίπου 615 °C)).
  • Διαχωρισμός ακαθαρσιών: οι ακαθαρσίες χαμηλού σημείου βρασμού, όπως το θείο και το σελήνιο, εξατμίζονται κατά προτίμηση και μπορούν να διαχωριστούν με τμηματοποιημένη συμπύκνωση.
• Συλλογή συμπυκνωμάτων: Οι ατμοί αρσενικού συμπυκνώνονται σε As₂O₃ υψηλής καθαρότητας ή στοιχειακό αρσενικό στη ζώνη συμπύκνωσης (100-200°C).

4.Μετα-επεξεργασία

• Μείωση(εάν απαιτείται στοιχειακό αρσενικό): Αναγωγή του As₂O₃ με άνθρακα ή υδρογόνο

As2O3+3H2→2As+3H2OAs2​O3​+3H2​→2As+3H2Ο

• Απόσταξη κενού: περαιτέρω καθαρισμός του στοιχειακού αρσενικού για την απομάκρυνση των υπολειμματικών πτητικών ακαθαρσιών.

5.Προφυλάξεις

• Προστασία από τοξικότηταΟλόκληρη η διαδικασία είναι κλειστής λειτουργίας, εξοπλισμένη με εξοπλισμό ανίχνευσης διαρροής αρσενικού και επείγουσας επεξεργασίας.
• Επεξεργασία αερίων ουράςΜετά τη συμπύκνωση, το αέριο ουράς πρέπει να απορροφηθεί από διάλυμα αλκαλικής αλκοόλης (όπως NaOH) ή προσρόφηση ενεργού άνθρακα για να αποφευχθεί η προσρόφηση As₂O₃.εκπομπές.
• Αποθήκευση μεταλλικού αρσενικού: αποθηκεύεται σε αδρανή ατμόσφαιρα για την αποφυγή οξείδωσης ή υγροποίησης.

6. ΚαθαρότηταΑπορρόφηση

• Πολυβάθμια απόσταξηΗ επαναλαμβανόμενη απόσταξη μπορεί να βελτιώσει την καθαρότητα σε ποσοστό άνω του 99,99%.
• Τήξη ζώνης (προαιρετικά): Ζωνική διύλιση του στοιχειακού αρσενικού για περαιτέρω μείωση των μεταλλικών ακαθαρσιών.

Πεδία εφαρμογής

Το αρσενικό υψηλής καθαρότητας χρησιμοποιείται σε ημιαγωγικά υλικά (π.χ. GaAsκρύσταλλοι), πρόσθετα κραμάτων ή στην κατασκευή ειδικών γυαλιών. PΟι διεργασίες πρέπει να συμμορφώνονται με αυστηρούς περιβαλλοντικούς κανονισμούς για να διασφαλίζεται η ασφάλεια και η συμβατή διάθεση των αποβλήτων.