1. Sissejuhatus

Antimoni kui olulist mitteraudmetalli kasutatakse laialdaselt leegiaeglustites, sulamites, pooljuhtides ja muudes valdkondades. Looduses esinevad antimonimaagid aga sageli koos arseeniga, mille tulemuseks on toorantimoni kõrge arseenisisaldus, mis mõjutab oluliselt antimonitoodete toimivust ja rakendusi. See artikkel tutvustab süstemaatiliselt erinevaid arseeni eemaldamise meetodeid toorantimoni puhastamisel, sealhulgas pürometallurgilist rafineerimist, hüdrometallurgilist rafineerimist ja elektrolüütilist rafineerimist, kirjeldades üksikasjalikult nende põhimõtteid, protsessivooge, töötingimusi ning eeliseid/puudusi.

2. Pürometallurgiline rafineerimine arseeni eemaldamiseks

2.1 Leeliseline rafineerimismeetod

2.1.1 Põhimõte

Leeliselise rafineerimise meetod eemaldab arseeni arseeni ja leelismetalliühendite vahelise reaktsiooni põhjal, moodustades arsenaate. Peamised reaktsioonivõrrandid:
2As + 3Na₂CO3 → 2Na3AsO3 + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na2CO3 → 4Na3AsO4 + 6CO₂↑

2.1.2 Protsessi voog

1. Tooraine ettevalmistamine: purustage toorantimon 5–10 mm suurusteks osakesteks ja segage soodaga (Na₂CO₃) massisuhtes 10:1.
2. Sulatamine: Kuumutada järelkuumutusahjus temperatuurini 850–950 °C, hoida 2–3 tundi
3. Oksüdeerimine: sisestage suruõhk (rõhk 0,2–0,3 MPa), voolukiirus 2–3 m³/(h·t)
4. Räbu moodustumine: Lisage oksüdeerijana sobiv kogus salpeetrit (NaNO₃), annus 3–5% antimoni massist
5. Räbu eemaldamine: Pärast 30-minutilist settimist eemaldage pinnaräbu
6. Korda toimingut: Korda ülaltoodud protsessi 2-3 korda

2.1.3 Protsessi parameetrite juhtimine

• Temperatuuri reguleerimine: optimaalne temperatuur 900±20°C
• Leelise annus: kohandage vastavalt arseeni sisaldusele, tavaliselt 8–12% antimoni massist
• Oksüdatsiooniaeg: 1–1,5 tundi oksüdatsioonitsükli kohta

2.1.4 Arseeni eemaldamise efektiivsus

Võib vähendada arseeni sisaldust 2–5%-lt 0,1–0,3%-le

2.2 Oksüdatiivse lenduvuse meetod

2.2.1 Põhimõte

Kasutab ära arseenoksiidi (As₂O₃) omadust, et see on antimonoksiidist lenduvam. As₂O₃ lendub juba 193 °C juures, samas kui Sb₂O₃ lendumiseks on vaja 656 °C.

2.2.2 Protsessi voog

1. Oksüdatiivne sulatamine: kuumutamine pöördahjus õhu sissejuhtimisega temperatuurini 600–650 °C
2. Suitsugaaside töötlemine: kondenseerige ja eraldage lenduv As₂O₃
3. Redutseeriv sulatamine: redutseerige järelejäänud materjali koksi abil temperatuuril 1200 °C
4. Rafineerimine: Edasiseks puhastamiseks lisage väike kogus sooda.

2.2.3 Põhiparameetrid

• Hapniku kontsentratsioon: 21–28%
• Viibimisaeg: 4-6 tundi
• Ahju pöörlemiskiirus: 0,5-1 p/min

3. Hüdrometallurgiline rafineerimine arseeni eemaldamiseks

3.1 Leeliselise sulfiidi leostumismeetod

3.1.1 Põhimõte

Kasutab ära arseensulfiidi omadust, et sellel on leeliselise sulfiidi lahustes parem lahustuvus kui antimonsulfiidil. Peamine reaktsioon:
As₂S₃ + ​​3Na2S → 2Na3AsS3
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Lahustumatu

3.1.2 Protsessi voog

1. Sulfiidimine: Toorantimonipulber segatakse väävliga massisuhtes 1:0,3 ja sulfiiditakse temperatuuril 500 °C 1 tund.
2. Leostumine: Kasutage 2 mol/l Na₂S lahust, vedeliku ja tahke aine suhe 5:1, segage temperatuuril 80 °C 2 tundi.
3. Filtreerimine: Filtreeri filterpressiga, jääk on madala arseenisisaldusega antimoni kontsentraat
4. Regenereerimine: Na₂S-i regenereerimiseks lisage filtraati H₂S

3.1.3 Protsessi tingimused

• Na2S kontsentratsioon: 1,5-2,5 mol/L
• Leostumis-pH: 12–13
• Leostumistõhusus: As> 90%, Sb kadu<5%

3.2 Happeline oksüdatiivne leostumismeetod

3.2.1 Põhimõte

Kasutab arseeni kergemat oksüdeerumist happelistes tingimustes, kasutades selektiivseks lahustamiseks oksüdeerijaid nagu FeCl₃ või H₂O₂.

3.2.2 Protsessi voog

1. Leostumine: 1,5 mol/l HCl lahusesse lisage 0,5 mol/l FeCl₃, vedeliku ja tahke aine suhe 8:1
2. Potentsiaali kontroll: hoida oksüdatsioonipotentsiaali 400–450 mV juures (võrreldes SHE-ga)
3. Tahke-vedeliku eraldamine: vaakumfiltreerimine, filtraadi saatmine arseeni kogumisse
4. Pesemine: Peske filtrijääki 3 korda lahjendatud soolhappega

4. Elektrolüütiline rafineerimismeetod

4.1 Põhimõte

Kasutab ära antimoni (+0,212 V) ja arseeni (+0,234 V) sadestumispotentsiaalide erinevust.

4.2 Protsessi voog

1. Anoodi ettevalmistamine: valage toorantimon 400 × 600 × 20 mm anoodiplaatidesse
2. Elektrolüütide koostis: Sb³⁺ 80 g/l, HCl 120 g/l, lisaaine (želatiin) 0,5 g/l
3. Elektrolüüsi tingimused:
   • Voolutihedus: 120–150 A/m²
   • Aku pinge: 0,4–0,6 V
   • Temperatuur: 30–35 °C
   • Elektroodide vahekaugus: 100 mm
4. Tsükkel: Eemaldage rakust iga 7–10 päeva järel

4.3 Tehnilised näitajad

• Katoodi antimoni puhtus: ≥99,85%
• Arseeni eemaldamise määr: >95%
• Voolutõhusus: 85–90%

5. Uued arseeni eemaldamise tehnoloogiad

5.1 Vaakumdestilleerimine

0,1–10 Pa vaakumis kasutatakse aururõhu erinevust (As: 133 Pa temperatuuril 550 °C, Sb vajab 1000 °C).

5.2 Plasma oksüdatsioon

Kasutab madala temperatuuriga plasmat (5000–10000 K) arseeni selektiivseks oksüdeerimiseks, lühike töötlemisaeg (10–30 min), väike energiatarve.

6. Protsesside võrdlus ja valiku soovitused

Valiku soovitused:

• Kõrge arseenisisaldusega sööde (As>3%): Eelistage leeliselist sulfiidileostust
• Keskmise kontsentratsiooniga arseen (0,5–3%): leeliseline rafineerimine või elektrolüüs
• Madala arseenisisaldusega ja kõrge puhtusastmega nõuded: soovitatav on elektrolüütiline rafineerimine

7. Kokkuvõte

Arseeni eemaldamine toorantimonist nõuab tooraine omaduste, tootenõuete ja majanduslike aspektide põhjalikku kaalumist. Traditsioonilistel pürometallurgilistel meetoditel on suur võimsus, kuid märkimisväärne keskkonnakoormus; hüdrometallurgilistel meetoditel on vähem saastet, kuid pikemad protsessid; elektrolüütilised meetodid annavad kõrge puhtusastme, kuid tarbivad rohkem energiat. Edasised arendussuunad hõlmavad järgmist:

1. Tõhusate komposiitlisandite väljatöötamine
2. Mitmeastmeliste kombineeritud protsesside optimeerimine
3. Arseeni ressursside kasutamise parandamine
4. Energiatarbimise ja saasteainete heitkoguste vähendamine