1. Inleiding

Antimoon, een belangrijk non-ferrometaal, wordt veel gebruikt in vlamvertragers, legeringen, halfgeleiders en andere toepassingen. Antimoonertsen komen in de natuur echter vaak samen met arseen voor, wat resulteert in een hoog arseengehalte in ruw antimoon, wat de prestaties en toepassingen van antimoonproducten aanzienlijk beïnvloedt. Dit artikel introduceert systematisch verschillende methoden voor arseenverwijdering bij de zuivering van ruw antimoon, waaronder pyrometallurgische raffinage, hydrometallurgische raffinage en elektrolytische raffinage, en beschrijft de principes, processtromen, bedrijfsomstandigheden en voor- en nadelen ervan.

2. Pyrometallurgische raffinage voor arseenverwijdering

2.1 Alkalische raffinagemethode

2.1.1 Principe

De alkalische raffinagemethode verwijdert arseen op basis van de reactie tussen arseen en alkalimetaalverbindingen om arsenaten te vormen. Belangrijkste reactievergelijkingen:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Processtroom

1. Bereiding van de grondstof: Vermaal ruw antimoon tot deeltjes van 5-10 mm en meng dit met soda-as (Na₂CO₃) in een massaverhouding van 10:1
2. Smelten: Verwarm in een reverberatoroven tot 850-950°C, houd dit 2-3 uur vast
3. Oxidatie: Introduceer perslucht (druk 0,2-0,3 MPa), stroomsnelheid 2-3 m³/(h·t)
4. Slakvorming: Voeg een geschikte hoeveelheid salpeter (NaNO₃) toe als oxidatiemiddel, dosering 3-5% van het antimoongewicht
5. Verwijderen van slak: Verwijder na 30 minuten bezinking de oppervlakteslak
6. Herhaal de handeling: Herhaal het bovenstaande proces 2-3 keer

2.1.3 Procesparametercontrole

• Temperatuurregeling: Optimale temperatuur 900±20°C
• Alkali dosering: Aanpassen aan het arseengehalte, doorgaans 8-12% van het antimoongewicht
• Oxidatietijd: 1-1,5 uur per oxidatiecyclus

2.1.4 Arseenverwijderingsefficiëntie

Kan het arseengehalte verlagen van 2-5% naar 0,1-0,3%

2.2 Oxidatieve vervluchtigingsmethode

2.2.1 Principe

Maakt gebruik van de eigenschap dat arseenoxide (As₂O₃) vluchtiger is dan antimoonoxide. As₂O₃ vervliegt al bij 193 °C, terwijl Sb₂O₃ 656 °C nodig heeft.

2.2.2 Processtroom

1. Oxidatief smelten: verhitten in een draaioven tot 600-650°C met luchttoevoer
2. Rookgasreiniging: condenseren en terugwinnen van vervluchtigd As₂O₃
3. Reductiesmelten: Reduceer het resterende materiaal bij 1200°C met cokes
4. Raffinage: Voeg een kleine hoeveelheid soda-as toe voor verdere zuivering

2.2.3 Belangrijkste parameters

• Zuurstofconcentratie: 21-28%
• Verblijftijd: 4-6 uur
• Rotatiesnelheid oven: 0,5-1 tpm

3. Hydrometallurgische raffinage voor arseenverwijdering

3.1 Alkali-sulfide-uitloogmethode

3.1.1 Principe

Maakt gebruik van de eigenschap dat arseensulfide een hogere oplosbaarheid heeft in alkali-sulfide-oplossingen dan antimoonsulfide. Hoofdreactie:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Onoplosbaar

3.1.2 Processtroom

1. Sulfidering: Meng ruw antimoonpoeder met zwavel in een massaverhouding van 1:0,3 en sulfideer gedurende 1 uur bij 500°C
2. Uitloging: Gebruik 2 mol/L Na₂S-oplossing, vloeistof-vastestofverhouding 5:1, roer gedurende 2 uur bij 80 °C
3. Filtratie: Filteren met filterpers, residu is een antimoonconcentraat met laag arseengehalte
4. Regeneratie: Introduceer H₂S in het filtraat om Na₂S te regenereren

3.1.3 Procesomstandigheden

• Na₂S-concentratie: 1,5-2,5mol/L
• Uitloog pH: 12-13
• Uitloogefficiëntie: As>90%, Sb-verlies<5%

3.2 Zure oxidatieve uitloogmethode

3.2.1 Principe

Maakt gebruik van de gemakkelijkere oxidatie van arseen in zure omstandigheden, met behulp van oxidatiemiddelen zoals FeCl₃ of H₂O₂ voor selectieve oplosbaarheid.

3.2.2 Processtroom

1. Uitloging: Voeg in een 1,5 mol/l HCl-oplossing 0,5 mol/l FeCl₃ toe, vloeistof-vastestofverhouding 8:1
2. Potentiële controle: behoud oxidatiepotentieel op 400-450 mV (vs. SHE)
3. Vaste-vloeistofscheiding: vacuümfiltratie, stuur filtraat naar arseenwinning
4. Wassen: Filterresten 3 keer wassen met verdund zoutzuur

4. Elektrolytische raffinagemethode

4.1 Principe

Maakt gebruik van het verschil in afzettingpotentialen tussen antimoon (+0,212V) en arseen (+0,234V).

4.2 Processtroom

1. Anodevoorbereiding: ruw antimoon gegoten in anodeplaten van 400×600×20 mm
2. Elektrolytsamenstelling: Sb³⁺ 80 g/l, HCl 120 g/l, additief (gelatine) 0,5 g/l
3. Elektrolyse-omstandigheden:
   • Stroomdichtheid: 120-150A/m²
   • Celspanning: 0,4-0,6 V
   • Temperatuur: 30-35°C
   • Elektrodeafstand: 100 mm
4. Cyclus: Elke 7-10 dagen uit de cel verwijderen

4.3 Technische indicatoren

• Zuiverheid kathode-antimoon: ≥99,85%
• Arseenverwijderingspercentage: >95%
• Huidige efficiëntie: 85-90%

5. Opkomende technologieën voor arseenverwijdering

5.1 Vacuümdestillatie

Bij een vacuüm van 0,1-10 Pa wordt gebruikgemaakt van het verschil in dampdruk (As: 133 Pa bij 550°C, Sb vereist 1000°C).

5.2 Plasma-oxidatie

Maakt gebruik van plasma met lage temperatuur (5000-10000K) voor selectieve oxidatie van arseen, korte verwerkingstijd (10-30 min), laag energieverbruik.

6. Procesvergelijking en selectieaanbevelingen

Selectieaanbevelingen:

• Voeding met hoog arseengehalte (As>3%): Geef de voorkeur aan alkali-sulfide-uitloging
• Middelgroot arseen (0,5-3%): Alkalische raffinage of elektrolyse
• Vereisten voor een laag arseengehalte en een hoge zuiverheid: elektrolytische raffinage aanbevolen

7. Conclusie

Het verwijderen van arseen uit ruw antimoon vereist een uitgebreide afweging van de eigenschappen van de grondstoffen, productvereisten en economische aspecten. Traditionele pyrometallurgische methoden hebben een grote capaciteit, maar een aanzienlijke milieudruk; hydrometallurgische methoden hebben minder vervuiling maar langere processen; elektrolytische methoden produceren een hoge zuiverheid, maar verbruiken meer energie. Toekomstige ontwikkelingsrichtingen omvatten:

1. Ontwikkeling van efficiënte composietadditieven
2. Optimalisatie van gecombineerde processen met meerdere fasen
3. Verbetering van het gebruik van arseenbronnen
4. Vermindering van energieverbruik en vervuilingsemissies