1. Εισαγωγή

Το αντιμόνιο, ως σημαντικό μη σιδηρούχο μέταλλο, χρησιμοποιείται ευρέως σε επιβραδυντικά φλόγας, κράματα, ημιαγωγούς και άλλους τομείς. Ωστόσο, τα μεταλλεύματα αντιμονίου στη φύση συχνά συνυπάρχουν με αρσενικό, με αποτέλεσμα υψηλή περιεκτικότητα σε αρσενικό στο ακατέργαστο αντιμόνιο, η οποία επηρεάζει σημαντικά την απόδοση και τις εφαρμογές των προϊόντων αντιμονίου. Αυτό το άρθρο εισάγει συστηματικά διάφορες μεθόδους για την απομάκρυνση αρσενικού στον καθαρισμό του ακατέργαστου αντιμονίου, συμπεριλαμβανομένου του πυρομεταλλουργικού καθαρισμού, του υδρομεταλλουργικού καθαρισμού και του ηλεκτρολυτικού καθαρισμού, περιγράφοντας λεπτομερώς τις αρχές, τις ροές διεργασίας, τις συνθήκες λειτουργίας και τα πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα.

2. Πυρομεταλλουργική Διύλιση για την Αφαίρεση Αρσενικού

2.1 Μέθοδος αλκαλικής διύλισης

2.1.1 Αρχή

Η αλκαλική μέθοδος εξευγενισμού απομακρύνει το αρσενικό με βάση την αντίδραση μεταξύ αρσενικού και ενώσεων αλκαλιμετάλλων για τον σχηματισμό αρσενικικών αλάτων. Κύριες εξισώσεις αντίδρασης:
2As + 3Na2CO3 → 2Na3AsO3 + 3CO↑
4As + 5O2 + 6Na2CO3 → 4Na3AsO4 + 6CO2↑

2.1.2 Ροή Διαδικασίας

1. Προετοιμασία πρώτης ύλης: Θρυμματίστε το ακατέργαστο αντιμόνιο σε σωματίδια 5-10 mm και αναμίξτε το με ανθρακικό νάτριο (Na₂CO₃) σε αναλογία μάζας 10:1.
2. Τήξη: Θέρμανση σε αντηχητικό κλίβανο στους 850-950°C, διατήρηση για 2-3 ώρες
3. Οξείδωση: Εισαγωγή πεπιεσμένου αέρα (πίεση 0,2-0,3MPa), ρυθμός ροής 2-3m³/(h·t)
4. Σχηματισμός σκωρίας: Προσθέστε κατάλληλη ποσότητα νιτρικού άλατος (NaNO₃) ως οξειδωτικό, δοσολογία 3-5% του βάρους του αντιμονίου
5. Αφαίρεση σκωρίας: Αφού καθιζάνει για 30 λεπτά, αφαιρέστε την επιφανειακή σκωρία
6. Επανάληψη λειτουργίας: Επαναλάβετε την παραπάνω διαδικασία 2-3 φορές

2.1.3 Έλεγχος παραμέτρων διεργασίας

• Έλεγχος θερμοκρασίας: Βέλτιστη θερμοκρασία 900±20°C
• Δοσολογία αλκαλίων: Προσαρμόστε ανάλογα με την περιεκτικότητα σε αρσενικό, συνήθως 8-12% του βάρους του αντιμονίου
• Χρόνος οξείδωσης: 1-1,5 ώρες ανά κύκλο οξείδωσης

2.1.4 Αποδοτικότητα απομάκρυνσης αρσενικού

Μπορεί να μειώσει την περιεκτικότητα σε αρσενικό από 2-5% σε 0,1-0,3%

2.2 Μέθοδος Οξειδωτικής Πτητικής Εξάτμισης

2.2.1 Αρχή

Αξιοποιεί το χαρακτηριστικό ότι το οξείδιο του αρσενικού (As₂O₃) είναι πιο πτητικό από το οξείδιο του αντιμονίου. Το As₂O₃ εξατμίζεται μόνο στους 193°C, ενώ το Sb₂O₃ απαιτεί 656°C.

2.2.2 Ροή Διαδικασίας

1. Οξειδωτική τήξη: Θέρμανση σε περιστροφικό κλίβανο στους 600-650°C με εισαγωγή αέρα
2. Επεξεργασία καυσαερίων: Συμπύκνωση και ανάκτηση εξατμισμένου As₂O₃
3. Αναγωγική τήξη: Μειώστε το υπόλοιπο υλικό στους 1200°C με οπτάνθρακα
4. Ραφινάρισμα: Προσθέστε μια μικρή ποσότητα ανθρακικού νατρίου για περαιτέρω καθαρισμό

2.2.3 Βασικές παράμετροι

• Συγκέντρωση οξυγόνου: 21-28%
• Χρόνος παραμονής: 4-6 ώρες
• Ταχύτητα περιστροφής κλιβάνου: 0,5-1r/min

3. Υδρομεταλλουργική Διύλιση για την Αφαίρεση Αρσενικού

3.1 Μέθοδος έκπλυσης αλκαλικών σουλφιδίων

3.1.1 Αρχή

Αξιοποιεί το χαρακτηριστικό ότι το θειούχο αρσενικό έχει υψηλότερη διαλυτότητα σε διαλύματα αλκαλικών θειούχων από το θειούχο αντιμόνιο. Κύρια αντίδραση:
As2S3 + 3Na2S → 2Na3AsS3
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Αδιάλυτο

3.1.2 Ροή Διαδικασίας

1. Σουλφιδίωση: Αναμίξτε ακατέργαστη σκόνη αντιμονίου με θείο σε αναλογία μάζας 1:0,3, σουλφιδοποιήστε στους 500°C για 1 ώρα.
2. Έκπλυση: Χρησιμοποιήστε διάλυμα Na₂S 2mol/L, αναλογία υγρού-στερεού 5:1, αναδεύστε στους 80°C για 2 ώρες.
3. Διήθηση: Διηθείται με πρέσα φίλτρου, το υπόλειμμα είναι συμπύκνωμα αντιμονίου χαμηλής περιεκτικότητας σε αρσενικό
4. Αναγέννηση: Εισαγωγή H₂S στο διήθημα για την αναγέννηση του Na₂S

3.1.3 Συνθήκες Διεργασίας

• Συγκέντρωση Na2S: 1,5-2,5 mol/L
• pH έκπλυσης: 12-13
• Απόδοση έκπλυσης: As>90%, απώλεια Sb <5%

3.2 Μέθοδος όξινης οξειδωτικής έκπλυσης

3.2.1 Αρχή

Αξιοποιεί την ευκολότερη οξείδωση του αρσενικού σε όξινες συνθήκες, χρησιμοποιώντας οξειδωτικά όπως FeCl₃ ή H₂O₂ για επιλεκτική διάλυση.

3.2.2 Ροή Διαδικασίας

1. Έκπλυση: Σε διάλυμα HCl 1,5mol/L, προσθέστε 0,5mol/L FeCl₃, αναλογία υγρού-στερεού 8:1
2. Έλεγχος δυναμικού: Διατηρήστε το δυναμικό οξείδωσης στα 400-450mV (έναντι SHE)
3. Διαχωρισμός στερεού-υγρού: Διήθηση κενού, αποστολή διηθήματος για ανάκτηση αρσενικού
4. Πλύσιμο: Πλύνετε τα υπολείμματα του φίλτρου 3 φορές με αραιό υδροχλωρικό οξύ

4. Μέθοδος ηλεκτρολυτικής διύλισης

4.1 Αρχή

Αξιοποιεί τη διαφορά δυναμικού εναπόθεσης μεταξύ αντιμονίου (+0,212V) και αρσενικού (+0,234V).

4.2 Ροή Διαδικασίας

1. Προετοιμασία ανόδου: Χύστε ακατέργαστο αντιμόνιο σε πλάκες ανόδου 400×600×20mm
2. Σύνθεση ηλεκτρολυτών: Sb³⁺ 80g/L, HCl 120g/L, πρόσθετο (ζελατίνη) 0,5g/L
3. Συνθήκες ηλεκτρόλυσης:
   • Πυκνότητα ρεύματος: 120-150A/m²
   • Τάση κυψέλης: 0,4-0,6V
   • Θερμοκρασία: 30-35°C
   • Απόσταση ηλεκτροδίων: 100mm
4. Κύκλος: Αφαιρέστε από το κελί κάθε 7-10 ημέρες

4.3 Τεχνικοί Δείκτες

• Καθαρότητα αντιμονίου καθόδου: ≥99,85%
• Ποσοστό απομάκρυνσης αρσενικού: >95%
• Τρέχουσα απόδοση: 85-90%

5. Αναδυόμενες τεχνολογίες απομάκρυνσης αρσενικού

5.1 Απόσταξη κενού

Υπό κενό 0,1-10Pa, χρησιμοποιεί διαφορά τάσης ατμών (Όπως: 133Pa στους 550°C, το Sb απαιτεί 1000°C).

5.2 Οξείδωση πλάσματος

Χρησιμοποιεί πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας (5000-10000K) για επιλεκτική οξείδωση αρσενικού, σύντομο χρόνο επεξεργασίας (10-30 λεπτά), χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.

6. Σύγκριση Διαδικασιών και Συστάσεις Επιλογής

Συστάσεις επιλογής:

• Τροφοδοσία υψηλής περιεκτικότητας σε αρσενικό (As>3%): Προτιμάται η έκπλυση με αλκαλικά σουλφίδια
• Μέτριο αρσενικό (0,5-3%): Αλκαλική διύλιση ή ηλεκτρόλυση
• Απαιτήσεις υψηλής καθαρότητας με χαμηλή περιεκτικότητα σε αρσενικό: Συνιστάται ηλεκτρολυτικός καθαρισμός

7. Συμπέρασμα

Η απομάκρυνση αρσενικού από το ακατέργαστο αντιμόνιο απαιτεί ολοκληρωμένη εξέταση των χαρακτηριστικών της πρώτης ύλης, των απαιτήσεων του προϊόντος και των οικονομικών στοιχείων. Οι παραδοσιακές πυρομεταλλουργικές μέθοδοι έχουν μεγάλη χωρητικότητα αλλά σημαντική περιβαλλοντική πίεση. Οι υδρομεταλλουργικές μέθοδοι έχουν λιγότερη ρύπανση αλλά μεγαλύτερες σε διάρκεια διαδικασίες. Οι ηλεκτρολυτικές μέθοδοι παράγουν υψηλή καθαρότητα αλλά καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια. Οι μελλοντικές κατευθύνσεις ανάπτυξης περιλαμβάνουν:

1. Ανάπτυξη αποτελεσματικών σύνθετων προσθέτων
2. Βελτιστοποίηση συνδυασμένων διαδικασιών πολλαπλών σταδίων
3. Βελτίωση της αξιοποίησης των πόρων αρσενικού
4. Μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και των εκπομπών ρύπων