1. Въведение

Антимонът, като важен цветен метал, се използва широко в забавители на горенето, сплави, полупроводници и други области. Въпреки това, антимоновите руди в природата често съществуват едновременно с арсен, което води до високо съдържание на арсен в суровия антимон, което значително влияе върху производителността и приложенията на антимоновите продукти. Тази статия систематично представя различни методи за отстраняване на арсен при пречистване на суров антимон, включително пирометалургично рафиниране, хидрометалургично рафиниране и електролитно рафиниране, като подробно описва техните принципи, технологични потоци, условия на работа и предимства/недостатъци.

2. Пирометалургично рафиниране за отстраняване на арсен

2.1 Метод за алкален рафиниране

2.1.1 Принцип

Алкалният метод на рафиниране премахва арсена, базиран на реакцията между арсен и съединения на алкални метали, при която се образуват арсенати. Основни реакционни уравнения:
2As + 3Na₂CO3 → 2Na3AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO3 → 4Na3AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Процесен поток

1. Подготовка на суровината: Смачкайте суровия антимон на частици с размер 5-10 мм и го смесете с калцинирана сода (Na₂CO₃) в масово съотношение 10:1.
2. Топене: Загрява се в отражателна пещ до 850-950°C, задържа се 2-3 часа
3. Окисление: Подаване на сгъстен въздух (налягане 0,2-0,3 MPa), дебит 2-3 м³/(h·t)
4. Образуване на шлака: Добавете подходящо количество селитра (NaNO₃) като окислител, дозировка 3-5% от теглото на антимона
5. Отстраняване на шлаката: След утаяване в продължение на 30 минути, отстранете повърхностната шлака
6. Повторете операцията: Повторете горния процес 2-3 пъти

2.1.3 Контрол на параметрите на процеса

• Контрол на температурата: Оптимална температура 900±20°C
• Дозировка на алкали: Регулирайте според съдържанието на арсен, обикновено 8-12% от теглото на антимона
• Време за окисление: 1-1,5 часа на цикъл на окисление

2.1.4 Ефективност на отстраняване на арсен

Може да намали съдържанието на арсен от 2-5% до 0,1-0,3%

2.2 Метод за окислително изпаряване

2.2.1 Принцип

Използва характеристиката, че арсеновият оксид (As₂O₃) е по-летлив от антимоновия оксид. As₂O₃ се изпарява само при 193°C, докато Sb₂O₃ изисква 656°C.

2.2.2 Процесен поток

1. Окислително топене: Загряване във въртяща се пещ до 600-650°C с подаване на въздух
2. Пречистване на димни газове: Кондензиране и възстановяване на изпарения As₂O₃
3. Редукционно топене: Редуциране на останалия материал при 1200°C с кокс
4. Рафиниране: Добавете малко количество калцинирана сода за по-нататъшно пречистване

2.2.3 Ключови параметри

• Концентрация на кислород: 21-28%
• Време на престой: 4-6 часа
• Скорост на въртене на пещта: 0,5-1 об/мин

3. Хидрометалургично рафиниране за отстраняване на арсен

3.1 Метод за излужване на алкални сулфиди

3.1.1 Принцип

Използва характеристиката, че арсеновият сулфид има по-висока разтворимост в алкални сулфидни разтвори, отколкото антимоновият сулфид. Основна реакция:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na3AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Неразтворим

3.1.2 Процесен поток

1. Сулфидиране: Смесете суровия антимон на прах със сяра в масово съотношение 1:0,3, сулфидизирайте при 500°C за 1 час.
2. Излужване: Използвайте 2mol/L разтвор на Na₂S, съотношение течност-твърдо вещество 5:1, разбърквайте при 80°C в продължение на 2 часа
3. Филтрация: Филтриране с филтър-преса, остатъкът е нискоарсенов антимонов концентрат
4. Регенерация: Въвеждане на H₂S във филтрата за регенериране на Na₂S

3.1.3 Условия на процеса

• Концентрация на Na₂S: 1,5-2,5 mol/L
• pH на излужване: 12-13
• Ефективност на излужване: As>90%, загуба на Sb<5%

3.2 Метод на киселинно окислително излугване

3.2.1 Принцип

Използва по-лесното окисление на арсена в киселинни условия, като използва окислители като FeCl₃ или H₂O₂ за селективно разтваряне.

3.2.2 Процесен поток

1. Излужване: В 1,5 mol/L разтвор на HCl добавете 0,5 mol/L FeCl₃, съотношение течност-твърдо вещество 8:1
2. Контрол на потенциала: Поддържайте окислителния потенциал на 400-450mV (спрямо SHE)
3. Разделяне на твърдо вещество и течност: Вакуумна филтрация, изпращане на филтрата за възстановяване на арсен
4. Промиване: Промийте остатъка от филтъра 3 пъти с разредена солна киселина

4. Метод на електролитно рафиниране

4.1 Принцип

Използва разликата в потенциалите на отлагане между антимон (+0.212V) и арсен (+0.234V).

4.2 Процесен поток

1. Подготовка на анода: Изливане на суров антимон в анодни плочи с размери 400×600×20 мм
2. Състав на електролита: Sb³⁺ 80 г/л, HCl 120 г/л, добавка (желатин) 0,5 г/л
3. Условия на електролиза:
   • Плътност на тока: 120-150A/m²
   • Напрежение на клетката: 0.4-0.6V
   • Температура: 30-35°C
   • Разстояние между електродите: 100 мм
4. Цикъл: Отстранявайте от клетката на всеки 7-10 дни

4.3 Технически индикатори

• Чистота на катодния антимон: ≥99,85%
• Степен на отстраняване на арсен: >95%
• Текуща ефективност: 85-90%

5. Нови технологии за отстраняване на арсен

5.1 Вакуумна дестилация

Под вакуум от 0,1-10 Pa, използва разлика в налягането на парите (As: 133 Pa при 550°C, Sb изисква 1000°C).

5.2 Плазмено окисление

Използва нискотемпературна плазма (5000-10000K) за селективно окисление на арсен, кратко време за обработка (10-30 мин.), ниска консумация на енергия.

6. Сравнение на процесите и препоръки за избор

Препоръки за избор:

• Високо съдържание на арсен (As>3%): Предпочита се излужване с алкални сулфиди
• Средно съдържание на арсен (0,5-3%): Алкално рафиниране или електролиза
• Изисквания за висока чистота с ниско съдържание на арсен: Препоръчва се електролитно рафиниране

7. Заключение

Отстраняването на арсен от суровия антимон изисква цялостно разглеждане на характеристиките на суровината, изискванията към продукта и икономиката. Традиционните пирометалургични методи имат голям капацитет, но значително въздействие върху околната среда; хидрометалургичните методи замърсяват по-малко, но процесите са по-дълги; електролитните методи произвеждат висока чистота, но консумират повече енергия. Бъдещите насоки за развитие включват:

1. Разработване на ефективни композитни добавки
2. Оптимизиране на многоетапни комбинирани процеси
3. Подобряване на използването на арсеновите ресурси
4. Намаляване на потреблението на енергия и замърсяващите емисии