1. Innledning

Antimon, som et viktig ikke-jernholdig metall, er mye brukt i flammehemmere, legeringer, halvledere og andre felt. Imidlertid eksisterer antimonmalmer ofte i naturen sammen med arsenikk, noe som resulterer i et høyt arsenikkinnhold i råantimon som påvirker ytelsen og bruksområdene til antimonprodukter betydelig. Denne artikkelen introduserer systematisk ulike metoder for fjerning av arsenikk i rensing av råantimon, inkludert pyrometallurgisk raffinering, hydrometallurgisk raffinering og elektrolytisk raffinering, og beskriver deres prinsipper, prosessflyter, driftsforhold og fordeler/ulemper.

2. Pyrometallurgisk raffinering for fjerning av arsenikk

2.1 Alkalisk raffineringsmetode

2.1.1 Prinsipp

Den alkaliske raffineringsmetoden fjerner arsenikk basert på reaksjonen mellom arsenikk og alkalimetallforbindelser for å danne arsenater. Hovedreaksjonsligninger:
2As + 3Na₂CO3 → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO3 → 4Na₃AsO4 + 6CO₂↑

2.1.2 Prosessflyt

1. Tilberedning av råmateriale: Knus råantimon til 5–10 mm partikler og bland med soda (Na₂CO₃) i et masseforhold på 10:1.
2. Smelting: Varm opp i en etterklangsovn til 850–950 °C, hold i 2–3 timer
3. Oksidasjon: Tilfør trykkluft (trykk 0,2–0,3 MPa), strømningshastighet 2–3 m³/(t·t)
4. Slaggdannelse: Tilsett passende mengde salpeter (NaNO₃) som oksidant, dosering 3–5 % av antimonvekten
5. Fjerning av slagg: Etter 30 minutter, fjern overflateslagg
6. Gjenta operasjonen: Gjenta prosessen ovenfor 2–3 ganger

2.1.3 Kontroll av prosessparametere

• Temperaturkontroll: Optimal temperatur 900±20°C
• Alkalidosering: Juster i henhold til arsenikkinnholdet, vanligvis 8–12 % av antimonvekten
• Oksidasjonstid: 1–1,5 timer per oksidasjonssyklus

2.1.4 Effektivitet av fjerning av arsenikk

Kan redusere arsenikkinnholdet fra 2–5 % til 0,1–0,3 %

2.2 Oksidativ fordampningsmetode

2.2.1 Prinsipp

Utnytter egenskapen at arsenikkoksid (As₂O₃) er mer flyktig enn antimonikkoksid. As₂O₃ fordamper ved bare 193 °C, mens Sb₂O₃ krever 656 °C.

2.2.2 Prosessflyt

1. Oksidativ smelting: Varm opp i roterovn til 600–650 °C med lufttilførsel
2. Røykgassbehandling: Kondenser og gjenvinn fordampet As₂O₃
3. Reduksjonssmelting: Reduser gjenværende materiale ved 1200 °C med koks
4. Raffinering: Tilsett en liten mengde soda for ytterligere rensing

2.2.3 Viktige parametere

• Oksygenkonsentrasjon: 21–28 %
• Oppholdstid: 4–6 timer
• Ovnens rotasjonshastighet: 0,5–1 o/min

3. Hydrometallurgisk raffinering for fjerning av arsenikk

3.1 Metode for utvasking av alkalisulfid

3.1.1 Prinsipp

Utnytter egenskapen at arsensulfid har høyere løselighet i alkaliske sulfidløsninger enn antimonsulfid. Hovedreaksjon:
As₂S3 + 3Na₂S → 2Na₃AsS3
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Uløselig

3.1.2 Prosessflyt

1. Sulfidering: Bland rått antimonpulver med svovel i masseforholdet 1:0,3, sulfider ved 500 °C i 1 time.
2. Utvasking: Bruk 2 mol/L Na₂S-løsning, væske-faststoffforhold 5:1, omrør ved 80 °C i 2 timer
3. Filtrering: Filtrer med filterpresse, resten er antimonkonsentrat med lavt arseninnhold
4. Regenerering: Introduser H₂S i filtratet for å regenerere Na₂S

3.1.3 Prosessforhold

• Na2S-konsentrasjon: 1,5-2,5mol/L
• Utvaskings-pH: 12–13
• Utvaskingseffektivitet: As> 90 %, Sb-tap < 5 %

3.2 Metode for sur oksidativ utvasking

3.2.1 Prinsipp

Utnytter arsenikkens enklere oksidasjon under sure forhold, og bruker oksidanter som FeCl₃ eller H₂O₂ for selektiv oppløsning.

3.2.2 Prosessflyt

1. Utvasking: I 1,5 mol/L HCl-løsning, tilsett 0,5 mol/L FeCl₃, væske-faststoffforhold 8:1
2. Potensialkontroll: Oppretthold oksidasjonspotensialet på 400–450 mV (vs. SHE)
3. Separasjon av faststoff og væske: Vakuumfiltrering, send filtratet til arsenikkgjenvinning
4. Vask: Vask filterrester 3 ganger med fortynnet saltsyre

4. Elektrolytisk raffineringsmetode

4.1 Prinsipp

Utnytter forskjellen i avsetningspotensialer mellom antimon (+0,212 V) og arsenikk (+0,234 V).

4.2 Prosessflyt

1. Anodeforberedelse: Støp råantimon i anodeplater på 400 × 600 × 20 mm
2. Elektrolyttsammensetning: Sb³⁺ 80 g/L, HCl 120 g/L, tilsetningsstoff (gelatin) 0,5 g/L
3. Elektrolyseforhold:
   • Strømtetthet: 120–150 A/m²
   • Cellespenning: 0,4–0,6 V
   • Temperatur: 30–35 °C
   • Elektrodeavstand: 100 mm
4. Syklus: Fjern fra cellen hver 7.–10. dag

4.3 Tekniske indikatorer

• Katodeantimonrenhet: ≥99,85 %
• Arsenikkfjerningsgrad: >95 %
• Nåværende virkningsgrad: 85–90 %

5. Nye teknologier for fjerning av arsenikk

5.1 Vakuumdestillasjon

Under 0,1–10 Pa vakuum utnyttes damptrykkforskjell (As: 133 Pa ved 550 °C, Sb krever 1000 °C).

5.2 Plasmaoksidasjon

Bruker lavtemperaturplasma (5000–10000 K) for selektiv arsenikkoksidasjon, kort prosesseringstid (10–30 min), lavt energiforbruk.

6. Anbefalinger for prosesssammenligning og valg

Anbefalinger for utvalg:

• Høyarsenikkfôr (As> 3 %): Foretrekker alkalisulfidutvasking
• Middels arsenikk (0,5–3 %): Alkalisk raffinering eller elektrolyse
• Krav til lavt arsenikkinnhold og høy renhet: Elektrolytisk raffinering anbefales

7. Konklusjon

Fjerning av arsenikk fra råantimon krever omfattende vurdering av råmaterialets egenskaper, produktkrav og økonomi. Tradisjonelle pyrometallurgiske metoder har stor kapasitet, men betydelig miljøpress; hydrometallurgiske metoder har mindre forurensning, men lengre prosesser; elektrolytiske metoder produserer høy renhet, men bruker mer energi. Fremtidige utviklingsretninger inkluderer:

1. Utvikling av effektive komposittadditiver
2. Optimalisering av flertrinns kombinerte prosesser
3. Forbedring av utnyttelsen av arsenikkressurser
4. Redusere energiforbruk og forurensende utslipp