1. Johdanto

Antimonia, tärkeänä ei-rautametallina, käytetään laajalti palonestoaineissa, metalliseoksissa, puolijohteissa ja muilla aloilla. Luonnossa antimonimalmeja esiintyy kuitenkin usein rinnakkain arseenin kanssa, mikä johtaa raaka-antimonin korkeaan arseenipitoisuuteen. Tämä vaikuttaa merkittävästi antimonituotteiden suorituskykyyn ja sovelluksiin. Tässä artikkelissa esitellään systemaattisesti erilaisia ​​menetelmiä arseenin poistamiseksi raaka-antimonin puhdistuksessa, mukaan lukien pyrometallurginen puhdistus, hydrometallurginen puhdistus ja elektrolyyttinen puhdistus, ja esitetään yksityiskohtaisesti niiden periaatteet, prosessit, toimintaolosuhteet sekä edut ja haitat.

2. Pyrometallurginen puhdistus arseenin poistamiseksi

2.1 Alkalinen jalostusmenetelmä

2.1.1 Periaate

Emäksinen puhdistusmenetelmä poistaa arseenin arseenin ja alkalimetalliyhdisteiden välisen reaktion perusteella, jolloin muodostuu arsenaatteja. Pääreaktioyhtälöt:
2As + 3Na2CO3 → 2Na3AsO3 + 3CO↑
4As + 5O2 + 6Na2CO3 → 4Na3AsO4 + 6CO₂↑

2.1.2 Prosessin kulku

1. Raaka-aineen valmistus: Murskaa raaka antimoni 5–10 mm:n hiukkasiksi ja sekoita soodan (Na₂CO₃) kanssa massasuhteessa 10:1.
2. Sulatus: Kuumenna jälkihehkulampussa 850–950 °C:een, pidä lämpötila 2–3 tuntia
3. Hapettuminen: Syötä paineilmaa (paine 0,2–0,3 MPa), virtausnopeus 2–3 m³/(h·t)
4. Kuonan muodostuminen: Lisää sopiva määrä salpietaria (NaNO₃) hapettimena, annos 3–5 % antimonin painosta
5. Kuonan poisto: Poista pintakuona 30 minuutin laskeutumisen jälkeen
6. Toistotoimenpide: Toista yllä oleva prosessi 2–3 kertaa

2.1.3 Prosessiparametrien hallinta

• Lämpötilan säätö: Optimaalinen lämpötila 900±20°C
• Alkalin annostus: Säädä arseenipitoisuuden mukaan, tyypillisesti 8–12 % antimonin painosta
• Hapettumisaika: 1–1,5 tuntia hapetussykliä kohden

2.1.4 Arseenin poistotehokkuus

Voi vähentää arseenipitoisuutta 2–5 prosentista 0,1–0,3 prosenttiin

2.2 Oksidatiivinen haihdutusmenetelmä

2.2.1 Periaate

Hyödyntää arseenioksidin (As₂O₃) ominaisuutta, joka on haihtuvammalla tasolla kuin antimonioksidi. As₂O₃ haihtuu jo 193 °C:ssa, kun taas Sb₂O₃ vaatii haihtumiseen 656 °C:n lämpötilan.

2.2.2 Prosessin kulku

1. Oksidatiivinen sulatus: Kuumenna pyörivässä uunissa 600–650 °C:een ilman syötöllä
2. Savukaasujen käsittely: Haihtuneen As₂O₃:n tiivistäminen ja talteenotto
3. Pelkistyssulatus: Jäljelle jääneen materiaalin pelkistäminen koksilla 1200 °C:ssa
4. Puhdistus: Lisää pieni määrä soodaa lisäpuhdistusta varten

2.2.3 Keskeiset parametrit

• Happipitoisuus: 21–28 %
• Viipymäaika: 4–6 tuntia
• Uunin pyörimisnopeus: 0,5-1r/min

3. Hydrometallurginen puhdistus arseenin poistamiseksi

3.1 Alkalisulfidiliuotusmenetelmä

3.1.1 Periaate

Hyödyntää arseenisulfidin ominaisuutta, jonka liukoisuus alkalisulfidiliuoksiin on parempi kuin antimonisulfidin. Pääreaktio:
As2S3 + 3Na2S → 2Na3AsS3
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Liukenematon

3.1.2 Prosessin kulku

1. Sulfidointi: Sekoita raaka antimonijauhe rikin kanssa massasuhteessa 1:0,3, sulfidoi 500 °C:ssa 1 tunnin ajan.
2. Liuotus: Käytä 2 mol/l Na₂S-liuosta, neste-kiinteä-suhde 5:1, sekoita 80 °C:ssa 2 tuntia
3. Suodatus: Suodatin suodatinpuristimella, jäännös on vähäarseenista antimonikonsentraattia
4. Regenerointi: Lisää H₂S suodokseen Na₂S:n regeneroimiseksi

3.1.3 Prosessiehdot

• Na2S-pitoisuus: 1,5-2,5 mol/l
• Liuotus-pH: 12–13
• Liuotustehokkuus: As> 90%, Sb-häviö<5%

3.2 Hapan oksidatiivinen liuotusmenetelmä

3.2.1 Periaate

Hyödyntää arseenin helpompaa hapettumista happamissa olosuhteissa käyttämällä hapettimia, kuten FeCl₃:a tai H₂O₂:ta, selektiiviseen liuottamiseen.

3.2.2 Prosessin kulku

1. Liuotus: Lisää 1,5 mol/l HCl-liuokseen 0,5 mol/l FeCl₃:a, neste-kiinteä-suhde 8:1
2. Potentiaalinhallinta: Pidä hapetuspotentiaali 400–450 mV:ssa (vs.SHE)
3. Kiinteän ja nesteen erotus: Tyhjiösuodatus, suodoksen lähettäminen arseenin talteenottoon
4. Pesu: Pese suodatinjäännös 3 kertaa laimealla suolahapolla

4. Elektrolyyttinen puhdistusmenetelmä

4.1 Periaate

Hyödyntää antimonin (+0,212 V) ja arseenin (+0,234 V) välisen laskeumapotentiaalien eroa.

4.2 Prosessin kulku

1. Anodin valmistus: Vala raaka antimoni 400 × 600 × 20 mm:n anodilevyihin
2. Elektrolyyttikoostumus: Sb³⁺ 80 g/l, HCl 120 g/l, lisäaine (gelatiini) 0,5 g/l
3. Elektrolyysiolosuhteet:
   • Virrantiheys: 120–150 A/m²
   • Kennojännite: 0,4–0,6 V
   • Lämpötila: 30–35 °C
   • Elektrodien etäisyys: 100 mm
4. Sykli: Poista solusta 7–10 päivän välein

4.3 Tekniset indikaattorit

• Katodin antimonipuhtaus: ≥99,85%
• Arseenin poistoaste: >95%
• Virtahyötysuhde: 85–90 %

5. Uudet arseeninpoistotekniikat

5.1 Tyhjiötislaus

0,1–10 Pa:n tyhjiössä käytetään höyrynpaine-eroa (As: 133 Pa 550 °C:ssa, Sb vaatii 1000 °C).

5.2 Plasman hapettuminen

Käyttää matalan lämpötilan plasmaa (5000–10000 K) selektiiviseen arseenin hapetukseen, lyhyt käsittelyaika (10–30 min) ja alhainen energiankulutus.

6. Prosessien vertailu ja valintasuositukset

Valintasuositukset:

• Runsasarseeninen syöttö (As > 3 %): Suosi alkalisulfidiliuotusta
• Keskipitoinen arseeni (0,5–3 %): Alkalinen puhdistus tai elektrolyysi
• Vähäarseeninen ja erittäin puhdas: Elektrolyyttinen puhdistus suositeltavaa

7. Johtopäätös

Arseenin poistaminen raaka-antimonista vaatii raaka-aineiden ominaisuuksien, tuotevaatimusten ja taloudellisuuden kokonaisvaltaista huomioon ottamista. Perinteisillä pyrometallurgisilla menetelmillä on suuri kapasiteetti, mutta merkittävä ympäristöpaine; hydrometallurgisilla menetelmillä on vähemmän saasteita, mutta ne aiheuttavat pidempiä prosesseja; elektrolyyttiset menetelmät tuottavat korkeaa puhtautta, mutta kuluttavat enemmän energiaa. Tulevaisuuden kehityssuuntiin kuuluvat:

1. Tehokkaiden komposiittilisäaineiden kehittäminen
2. Monivaiheisten yhdistettyjen prosessien optimointi
3. Arseenivarojen hyödyntämisen parantaminen
4. Energiankulutuksen ja saastepäästöjen vähentäminen