1. Įvadas

Stibis, kaip svarbus spalvotasis metalas, yra plačiai naudojamas antipirenuose, lydiniuose, puslaidininkiuose ir kitose srityse. Tačiau gamtoje antimono rūdos dažnai egzistuoja kartu su arsenu, todėl neapdorotame antimone yra didelis arseno kiekis, kuris labai veikia antimono produktų veikimą ir pritaikymą. Šiame straipsnyje sistemingai pristatomi įvairūs arseno šalinimo metodai valant neapdorotą antimoną, įskaitant pirometalurginį rafinavimą, hidrometalurginį rafinavimą ir elektrolizinį rafinavimą, išsamiai aprašant jų principus, procesų eigas, veikimo sąlygas ir privalumus / trūkumus.

2. Pirometalurginis rafinavimas arsenui pašalinti

2.1 Šarminio rafinavimo metodas

2.1.1 Principas

Šarminio rafinavimo metodu arsenas pašalinamas reaguojant su šarminių metalų junginiais, susidarant arsenatams. Pagrindinės reakcijos lygtys:
2As + 3Na₂CO3 → 2Na3AsO3 + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na2CO3 → 4Na3AsO4 + 6CO₂↑

2.1.2 Proceso srautas

1. Žaliavos paruošimas: Neapdorotą antimoną susmulkinkite į 5–10 mm daleles ir sumaišykite su soda (Na₂CO₃) masės santykiu 10:1.
2. Lydymas: Kaitinkite reverberacinėje krosnyje iki 850–950 °C, palaikykite 2–3 valandas
3. Oksidacija: Įleiskite suslėgtą orą (slėgis 0,2–0,3 MPa), srautas 2–3 m³/(h·t)
4. Šlako susidarymas: įpilkite reikiamą kiekį salietros (NaNO₃) kaip oksidatoriaus, dozė 3–5 % stibio svorio
5. Šlako šalinimas: Palaikius 30 minučių, pašalinkite paviršinį šlaką.
6. Pakartokite operaciją: pakartokite aukščiau aprašytą procesą 2–3 kartus

2.1.3 Proceso parametrų valdymas

• Temperatūros valdymas: optimali temperatūra 900 ± 20 °C
• Šarmų dozė: koreguokite pagal arseno kiekį, paprastai 8–12 % antimono svorio
• Oksidacijos laikas: 1–1,5 valandos per oksidacijos ciklą

2.1.4 Arseno šalinimo efektyvumas

Gali sumažinti arseno kiekį nuo 2–5 % iki 0,1–0,3 %

2.2 Oksidacinio lakumo metodas

2.2.1 Principas

Išnaudojama arseno oksido (As₂O₃) savybė, kad jis yra lakesnis nei antimono oksidas. As₂O₃ išgaruoja jau esant 193 °C temperatūrai, o Sb₂O₃ – 656 °C.

2.2.2 Proceso srautas

1. Oksidacinis lydymas: kaitinimas rotacinėje krosnyje iki 600–650 °C, įvedant orą
2. Dūmtakių dujų valymas: kondensuoti ir atgauti lakias As₂O₃
3. Redukcinis lydymas: likusios medžiagos redukavimas 1200 °C temperatūroje naudojant koksą
4. Rafinavimas: Įpilkite nedidelį kiekį sodos pelenų tolesniam valymui

2.2.3 Pagrindiniai parametrai

• Deguonies koncentracija: 21–28 %
• Rezidavimo laikas: 4–6 valandos
• Krosnies sukimosi greitis: 0,5–1 aps./min.

3. Hidrometalurginis rafinavimas arsenui pašalinti

3.1 Šarminių sulfidų išplovimo metodas

3.1.1 Principas

Išnaudojama arseno sulfido savybė, kad jis geriau tirpsta šarmų sulfidų tirpaluose nei antimono sulfidas. Pagrindinė reakcija:
As₂S3 + 3Na2S → 2Na3AsS3
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Netirpus

3.1.2 Proceso srautas

1. Sulfidacija: Neapdorotų antimono miltelių sumaišymas su siera santykiu 1:0,3, sulfidinimas 500 °C temperatūroje 1 valandą
2. Išplovimas: Naudokite 2 mol/l Na₂S tirpalą, skysčio ir kietosios medžiagos santykis 5:1, maišykite 80 °C temperatūroje 2 valandas.
3. Filtravimas: Filtras su filtro presu, likučiai yra mažai arseno turintis antimono koncentratas
4. Regeneracija: Į filtratą įpilkite H₂S, kad regeneruotumėte Na₂S

3.1.3 Proceso sąlygos

• Na₂S koncentracija: 1,5-2,5 mol/L
• Išplovimo pH: 12–13
• Išplovimo efektyvumas: As> 90%, Sb nuostoliai<5%

3.2 Rūgštinis oksidacinis išplovimo metodas

3.2.1 Principas

Pasinaudoja lengvesne arseno oksidacija rūgštinėje aplinkoje, selektyviam tirpimui naudodamas oksidatorius, tokius kaip FeCl₃ arba H₂O₂.

3.2.2 Proceso srautas

1. Išplovimas: Į 1,5 mol/l HCl tirpalą įpilkite 0,5 mol/l FeCl₃, skysčio ir kietosios medžiagos santykis 8:1
2. Potencialo kontrolė: Palaikykite oksidacijos potencialą 400–450 mV (palyginti su SHE)
3. Kietojo ir skystojo atskyrimas: vakuuminis filtravimas, filtrato siuntimas į arseno regeneravimo įrenginį
4. Plovimas: filtro likučius 3 kartus plaukite praskiesta druskos rūgštimi

4. Elektrolitinis rafinavimo metodas

4.1 Principas

Išnaudoja nusodinimo potencialų skirtumą tarp antimono (+0,212 V) ir arseno (+0,234 V).

4.2 Proceso srautas

1. Anodo paruošimas: Neapdoroto antimono liejimas į 400 × 600 × 20 mm anodo plokštes
2. Elektrolitų sudėtis: Sb³⁺ 80 g/l, HCl 120 g/l, priedas (želatina) 0,5 g/l
3. Elektrolizės sąlygos:
   • Srovės tankis: 120–150 A/m²
   • Elemento įtampa: 0,4–0,6 V
   • Temperatūra: 30–35 °C
   • Elektrodų atstumas: 100 mm
4. Ciklas: Išimkite iš ląstelės kas 7–10 dienų

4.3 Techniniai rodikliai

• Katodo antimono grynumas: ≥99,85%
• Arseno pašalinimo greitis: >95%
• Srovės efektyvumas: 85–90 %

5. Naujos arseno šalinimo technologijos

5.1 Vakuuminis distiliavimas

Esant 0,1–10 Pa vakuumui, naudojamas garų slėgio skirtumas (As: 133 Pa esant 550 °C, Sb reikia 1000 °C).

5.2 Plazmos oksidacija

Naudoja žemos temperatūros plazmą (5000–10000 K) selektyviam arseno oksidavimui, trumpas apdorojimo laikas (10–30 min.), mažos energijos sąnaudos.

6. Procesų palyginimas ir atrankos rekomendacijos

Pasirinkimo rekomendacijos:

• Didelės arseno koncentracijos pašarai (As > 3 %): pirmenybė teikiama šarminiam sulfido išplovimui
• Vidutinio arseno (0,5–3 %): šarminis rafinavimas arba elektrolizė
• Mažo arseno kiekio ir didelio grynumo reikalavimai: rekomenduojamas elektrolitinis rafinavimas

7. Išvada

Arseno šalinimas iš neapdoroto antimono reikalauja išsamiai apsvarstyti žaliavų savybes, produkto reikalavimus ir ekonominius aspektus. Tradiciniai pirometalurginiai metodai pasižymi dideliais pajėgumais, tačiau daro didelį poveikį aplinkai; hidrometalurginiai metodai mažiau teršia, bet procesai trunka ilgiau; elektrolizės metodai užtikrina didelį grynumą, bet sunaudoja daugiau energijos. Būsimos plėtros kryptys:

1. Kuriami efektyvūs sudėtiniai priedai
2. Daugiapakopių kombinuotų procesų optimizavimas
3. Arseno išteklių panaudojimo gerinimas
4. Energijos suvartojimo ir taršos mažinimas