1. Introduktion

Antimon, som et vigtigt ikke-jernholdigt metal, anvendes i vid udstrækning i flammehæmmere, legeringer, halvledere og andre områder. Imidlertid eksisterer antimonmalme ofte i naturen side om side med arsen, hvilket resulterer i et højt arsenindhold i råantimon, der påvirker ydeevnen og anvendelserne af antimonprodukter betydeligt. Denne artikel introducerer systematisk forskellige metoder til fjernelse af arsen i forbindelse med rensning af råantimon, herunder pyrometallurgisk raffinering, hydrometallurgisk raffinering og elektrolytisk raffinering, og beskriver deres principper, processtrømme, driftsforhold og fordele/ulemper.

2. Pyrometallurgisk raffinering til fjernelse af arsenik

2.1 Alkalisk raffineringsmetode

2.1.1 Princip

Den alkaliske raffineringsmetode fjerner arsenik baseret på reaktionen mellem arsenik og alkalimetalforbindelser for at danne arsenater. Hovedreaktionsligninger:
2As + 3Na₂CO3 → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO3 → 4Na₃AsO4 + 6CO₂↑

2.1.2 Procesflow

1. Forberedelse af råmateriale: Knus rå antimon til 5-10 mm partikler og bland med sodavand (Na₂CO₃) i et masseforhold på 10:1.
2. Smeltning: Opvarm i en efterklangsovn til 850-950°C, hold i 2-3 timer
3. Oxidation: Indfør trykluft (tryk 0,2-0,3 MPa), flowhastighed 2-3 m³/(h·t)
4. Slaggedannelse: Tilsæt en passende mængde salpeter (NaNO₃) som oxidationsmiddel, dosering 3-5% af antimonvægten
5. Fjernelse af slagge: Fjern overfladeslagge efter bundfældning i 30 minutter
6. Gentag handlingen: Gentag ovenstående proces 2-3 gange

2.1.3 Procesparameterstyring

• Temperaturkontrol: Optimal temperatur 900±20°C
• Alkalidosis: Juster efter arsenindhold, typisk 8-12% af antimonvægten
• Oxidationstid: 1-1,5 timer pr. oxidationscyklus

2.1.4 Effektivitet af fjernelse af arsenik

Kan reducere arsenindholdet fra 2-5% til 0,1-0,3%

2.2 Oxidativ fordampningsmetode

2.2.1 Princip

Udnytter den egenskab, at arsenoxid (As₂O₃) er mere flygtigt end antimonoxid. As₂O₃ fordamper ved kun 193°C, mens Sb₂O₃ kræver 656°C.

2.2.2 Procesflow

1. Oxidativ smeltning: Opvarmning i en roterovn til 600-650 °C med luftindføring
2. Røggasbehandling: Kondensér og genvind fordampet As₂O₃
3. Reduktionssmeltning: Reducer resterende materiale ved 1200°C med koks
4. Raffinering: Tilsæt en lille mængde soda for yderligere rensning

2.2.3 Nøgleparametre

• Iltkoncentration: 21-28%
• Opholdstid: 4-6 timer
• Ovnens rotationshastighed: 0,5-1 o/min

3. Hydrometallurgisk raffinering til fjernelse af arsenik

3.1 Metode til udvaskning af alkalisulfider

3.1.1 Princip

Udnytter den egenskab, at arsensulfid har højere opløselighed i alkaliske sulfidopløsninger end antimonsulfid. Hovedreaktion:
As₂S3 + 3Na₂S → 2Na₃AsS3
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Uopløselig

3.1.2 Procesflow

1. Sulfidering: Bland råt antimonpulver med svovl i masseforholdet 1:0,3, sulfidiser ved 500 °C i 1 time.
2. Udvaskning: Brug en 2 mol/L Na₂S-opløsning, væske-faststofforhold 5:1, omrør ved 80°C i 2 timer.
3. Filtrering: Filtrer med filterpresse, restproduktet er antimonkoncentrat med lavt arsenindhold
4. Regenerering: Indfør H₂S i filtratet for at regenerere Na₂S

3.1.3 Procesbetingelser

• Na2S-koncentration: 1,5-2,5 mol/L
• Udvasknings-pH: 12-13
• Udvaskningseffektivitet: As> 90%, Sb-tab <5%

3.2 Sur oxidativ udvaskningsmetode

3.2.1 Princip

Udnytter arseniks lettere oxidation under sure forhold ved hjælp af oxidanter som FeCl₃ eller H₂O₂ til selektiv opløsning.

3.2.2 Procesflow

1. Udvaskning: I en 1,5 mol/L HCl-opløsning tilsættes 0,5 mol/L FeCl₃, væske-faststofforhold 8:1
2. Potentialekontrol: Oprethold oxidationspotentialet på 400-450 mV (vs. SHE)
3. Faststof-væskeseparation: Vakuumfiltrering, send filtrat til arsenikgenvinding
4. Vask: Vask filterrester 3 gange med fortyndet saltsyre

4. Elektrolytisk raffineringsmetode

4.1 Princip

Udnytter forskellen i aflejringspotentialer mellem antimon (+0,212V) og arsen (+0,234V).

4.2 Procesflow

1. Anodeforberedelse: Støb rå antimon i 400 × 600 × 20 mm anodeplader
2. Elektrolytsammensætning: Sb³⁺ 80 g/L, HCl 120 g/L, tilsætningsstof (gelatine) 0,5 g/L
3. Elektrolysebetingelser:
   • Strømtæthed: 120-150A/m²
   • Cellespænding: 0,4-0,6V
   • Temperatur: 30-35°C
   • Elektrodeafstand: 100 mm
4. Cyklus: Fjern fra cellen hver 7.-10. dag

4.3 Tekniske indikatorer

• Katodeantimon renhed: ≥99,85%
• Arsenikfjernelsesrate: >95%
• Strømeffektivitet: 85-90%

5. Nye teknologier til fjernelse af arsenik

5.1 Vakuumdestillation

Under 0,1-10 Pa vakuum udnyttes damptrykforskellen (As: 133 Pa ved 550 °C, Sb kræver 1000 °C).

5.2 Plasmaoxidation

Bruger lavtemperaturplasma (5000-10000K) til selektiv arsenoxidation, kort behandlingstid (10-30 min), lavt energiforbrug.

6. Processammenligning og anbefalinger til udvælgelse

Anbefalinger til udvælgelse:

• Højarsenik-fødemateriale (As>3%): Foretrækker alkalisulfidudvaskning
• Middel arsenik (0,5-3%): Alkalisk raffinering eller elektrolyse
• Krav til høj renhed med lavt arsenindhold: Elektrolytisk raffinering anbefales

7. Konklusion

Fjernelse af arsen fra råantimon kræver omfattende overvejelser af råmaterialeegenskaber, produktkrav og økonomi. Traditionelle pyrometallurgiske metoder har stor kapacitet, men betydelig miljøbelastning; hydrometallurgiske metoder har mindre forurening, men længere processer; elektrolytiske metoder producerer høj renhed, men forbruger mere energi. Fremtidige udviklingsretninger omfatter:

1. Udvikling af effektive kompositadditiver
2. Optimering af flertrins kombinerede processer
3. Forbedring af udnyttelsen af ​​arsenressourcer
4. Reduktion af energiforbrug og forurenende emissioner