1. Uvod

Antimon, kot pomembna neželezna kovina, se pogosto uporablja v zaviralcih gorenja, zlitinah, polprevodnikih in drugih področjih. Vendar pa antimonove rude v naravi pogosto sobivajo z arzenom, kar ima za posledico visoko vsebnost arzena v surovem antimonu, kar pomembno vpliva na delovanje in uporabo antimonovih izdelkov. Ta članek sistematično predstavlja različne metode za odstranjevanje arzena pri čiščenju surovega antimona, vključno s pirometalurško rafinacijo, hidrometalurško rafinacijo in elektrolitsko rafinacijo, ter podrobno opisuje njihova načela, procesne poteke, obratovalne pogoje ter prednosti/slabosti.

2. Pirometalurško rafiniranje za odstranjevanje arzena

2.1 Metoda alkalnega rafiniranja

2.1.1 Načelo

Metoda alkalne rafinacije odstrani arzen na podlagi reakcije med arzenom in alkalijskimi kovinskimi spojinami, pri čemer nastanejo arzenati. Glavne reakcijske enačbe:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na3AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO3 → 4Na3AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Potek procesa

1. Priprava surovine: Surovi antimon zdrobimo na delce velikosti 5–10 mm in ga zmešamo s sodo (Na₂CO₃) v masnem razmerju 10:1.
2. Taljenje: Segrejte v odmevni peči na 850-950 °C, zadržite 2-3 ure
3. Oksidacija: Dovod stisnjenega zraka (tlak 0,2–0,3 MPa), pretok 2–3 m³/(h·t)
4. Nastanek žlindre: Dodajte ustrezno količino solitra (NaNO₃) kot oksidant, odmerek 3–5 % teže antimona
5. Odstranjevanje žlindre: Po 30 minutah usedanja odstranite površinsko žlindro
6. Ponovitev operacije: Zgornji postopek ponovite 2-3 krat

2.1.3 Nadzor procesnih parametrov

• Nadzor temperature: Optimalna temperatura 900±20°C
• Odmerjanje alkalije: Prilagodite glede na vsebnost arzena, običajno 8–12 % teže antimona
• Čas oksidacije: 1–1,5 ure na oksidacijski cikel

2.1.4 Učinkovitost odstranjevanja arzena

Lahko zmanjša vsebnost arzena z 2–5 % na 0,1–0,3 %

2.2 Metoda oksidativne volatilizacije

2.2.1 Načelo

Izkorišča značilnost, da je arzenov oksid (As₂O₃) bolj hlapljiv kot antimonov oksid. As₂O₃ izhlapi že pri 193 °C, medtem ko Sb₂O₃ zahteva 656 °C.

2.2.2 Potek procesa

1. Oksidativno taljenje: Segrevanje v rotacijski peči na 600–650 °C z dovodom zraka
2. Čiščenje dimnih plinov: Kondenzacija in rekuperacija hlapnega As₂O₃
3. Redukcijsko taljenje: Preostali material reducirajte pri 1200 °C s koksom
4. Rafiniranje: Za nadaljnje čiščenje dodajte majhno količino sode

2.2.3 Ključni parametri

• Koncentracija kisika: 21–28 %
• Čas zadrževanja: 4–6 ur
• Hitrost vrtenja peči: 0,5-1 vrt/min

3. Hidrometalurško rafiniranje za odstranjevanje arzena

3.1 Metoda izpiranja alkalijskih sulfidov

3.1.1 Načelo

Izkorišča značilnost, da ima arzenov sulfid večjo topnost v raztopinah alkalijskih sulfidov kot antimonov sulfid. Glavna reakcija:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na3AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Netopen

3.1.2 Potek procesa

1. Sulfidacija: Surovi antimonov prah zmešajte z žveplom v masnem razmerju 1:0,3 in sulfidizirajte pri 500 °C 1 uro.
2. Izluževanje: Uporabite 2 mol/L raztopine Na₂S, razmerje med tekočino in trdno snovjo 5:1, mešajte pri 80 °C 2 uri
3. Filtracija: Filtriranje s filtrirno stiskalnico, ostanek je koncentrat antimona z nizko vsebnostjo arzena
4. Regeneracija: V filtrat vnesite H₂S za regeneracijo Na₂S.

3.1.3 Procesni pogoji

• Koncentracija Na₂S: 1,5-2,5mol/L
• pH izpiranja: 12–13
• Učinkovitost izpiranja: As > 90 %, izguba Sb < 5 %

3.2 Metoda kislega oksidativnega izpiranja

3.2.1 Načelo

Izkorišča lažjo oksidacijo arzena v kislih pogojih, pri čemer se za selektivno raztapljanje uporabljajo oksidanti, kot sta FeCl₃ ali H₂O₂.

3.2.2 Potek procesa

1. Izluževanje: V 1,5 mol/L raztopino HCl dodajte 0,5 mol/L FeCl₃, razmerje med tekočino in trdno snovjo 8:1
2. Nadzor potenciala: Vzdrževanje oksidacijskega potenciala pri 400–450 mV (v primerjavi s SHE)
3. Ločevanje trdnih snovi od tekočine: vakuumska filtracija, pošiljanje filtrata v rekuperacijo arzena
4. Pranje: Ostanke filtra sperite 3-krat z razredčeno klorovodikovo kislino

4. Metoda elektrolitskega rafiniranja

4.1 Načelo

Izkorišča razliko v potencialih odlaganja med antimonom (+0,212 V) in arzenom (+0,234 V).

4.2 Potek procesa

1. Priprava anode: Surovi antimon se vlije v anodne plošče velikosti 400 × 600 × 20 mm.
2. Sestava elektrolitov: Sb³⁺ 80 g/L, HCl 120 g/L, dodatek (želatina) 0,5 g/L
3. Pogoji elektrolize:
   • Gostota toka: 120–150 A/m²
   • Napetost celice: 0,4–0,6 V
   • Temperatura: 30–35 °C
   • Razdalja elektrod: 100 mm
4. Cikel: Odstranite iz celice vsakih 7-10 dni

4.3 Tehnični kazalniki

• Čistost katodnega antimona: ≥99,85 %
• Stopnja odstranjevanja arzena: >95 %
• Trenutni izkoristek: 85–90 %

5. Nove tehnologije za odstranjevanje arzena

5.1 Vakuumska destilacija

Pri vakuumu 0,1–10 Pa se uporablja razlika parnega tlaka (As: 133 Pa pri 550 °C, Sb zahteva 1000 °C).

5.2 Oksidacija v plazmi

Uporablja nizkotemperaturno plazmo (5000–10000 K) za selektivno oksidacijo arzena, kratek čas obdelave (10–30 min), nizka poraba energije.

6. Primerjava procesov in priporočila za izbiro

Priporočila za izbiro:

• Dovod z visoko vsebnostjo arzena (As>3%): Prednostno luženje z alkalijskim sulfidom
• Srednji arzen (0,5–3 %): Alkalna rafinacija ali elektroliza
• Zahteve za nizko vsebnost arzena in visoko čistost: priporočena elektrolitska rafinacija

7. Zaključek

Odstranjevanje arzena iz surovega antimona zahteva celovito obravnavo značilnosti surovine, zahtev glede izdelka in ekonomije. Tradicionalne pirometalurške metode imajo veliko zmogljivost, vendar znaten pritisk na okolje; hidrometalurške metode imajo manj onesnaževanja, vendar trajajo dlje; elektrolitske metode proizvajajo visoko čistost, vendar porabijo več energije. Prihodnje smeri razvoja vključujejo:

1. Razvoj učinkovitih kompozitnih dodatkov
2. Optimizacija večstopenjskih kombiniranih procesov
3. Izboljšanje izkoriščanja virov arzena
4. Zmanjšanje porabe energije in emisij onesnaževal