1. Inleiding

Antimoon is een belangrijk non-ferrometaal dat veelvuldig wordt gebruikt in vlamvertragers, legeringen, halfgeleiders en andere toepassingen. Antimoonerts komt in de natuur echter vaak samen met arseen voor, wat resulteert in een hoog arseengehalte in ruw antimoon. Dit heeft een aanzienlijke invloed op de prestaties en toepassingen van antimoonproducten. Dit artikel beschrijft systematisch verschillende methoden voor de verwijdering van arseen uit ruw antimoon, waaronder pyrometallurgische raffinage, hydrometallurgische raffinage en elektrolytische raffinage. De principes, processtromen, bedrijfsomstandigheden en voor- en nadelen van deze methoden worden gedetailleerd beschreven.

2. Pyrometallurgische raffinage voor arseenverwijdering

2.1 Alkalische raffinagemethode

2.1.1 Principe

De alkalische raffinagemethode verwijdert arseen door de reactie tussen arseen en alkalimetaalverbindingen, waarbij arsenaten worden gevormd. Belangrijkste reactievergelijkingen:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Processtroom

1. Voorbereiding van de grondstoffen: Vermaal ruw antimoon tot deeltjes van 5-10 mm en meng dit met natriumcarbonaat (Na₂CO₃) in een massaverhouding van 10:1.
2. Smelten: Verhit in een galmoven tot 850-950 °C en houd deze temperatuur 2-3 uur aan.
3. Oxidatie: Perslucht toevoeren (druk 0,2-0,3 MPa), debiet 2-3 m³/(h·t)
4. Slakvorming: Voeg een geschikte hoeveelheid salpeter (NaNO₃) toe als oxidatiemiddel, dosering 3-5% van het antimoongewicht
5. Slak verwijderen: Na 30 minuten bezinken, de oppervlakteslak verwijderen.
6. Herhaal de procedure: Herhaal bovenstaande procedure 2-3 keer.

2.1.3 Procesparameterregeling

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

2.1.4 Efficiëntie van arseenverwijdering

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

2.2 Oxidatieve vervluchtigingsmethode

2.2.1 Principe

Het maakt gebruik van de eigenschap dat arseenoxide (As₂O₃) vluchtiger is dan antimoonoxide. As₂O₃ verdampt al bij slechts 193 °C, terwijl Sb₂O₃ daarvoor 656 °C nodig heeft.

2.2.2 Processtroom

1. Oxidatief smelten: Verhitting in een roterende oven tot 600-650 °C met luchttoevoer.
2. Rookgasbehandeling: Condenseren en terugwinnen van vervluchtigd As₂O₃
3. Reductiesmelten: het resterende materiaal reduceren bij 1200 °C met cokes.
4. Zuivering: Voeg een kleine hoeveelheid natriumcarbonaat toe voor verdere zuivering.

2.2.3 Belangrijkste parameters

• Zuurstofconcentratie: 21-28%
• Verblijfsduur: 4-6 uur
• Rotatiesnelheid van de oven: 0,5-1 omwenteling/min.

3. Hydrometallurgische raffinage voor arseenverwijdering

3.1 Alkali-sulfide-uitlogingsmethode

3.1.1 Principe

Maakt gebruik van de eigenschap dat arseensulfide een hogere oplosbaarheid heeft in alkalische sulfideoplossingen 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 sulfidering bij 500 °C gedurende 1 uur.
2. Uitloging: Gebruik een 2 mol/L Na₂S-oplossing, vloeistof-vaststofverhouding 5:1, roer gedurende 2 uur bij 80 °C.
3. Filtratie: Filteren met een filterpers, residu is een antimoonconcentraat met een laag arseengehalte.
4. Regeneratie: Voeg H₂S toe aan het filtraat om Na₂S te regenereren.

3.1.3 Procesomstandigheden

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

3.2 Zure oxidatieve uitlogingsmethode

3.2.1 Principe

Maakt gebruik van de gemakkelijkere oxidatie van arseen in zure omstandigheden, waarbij oxidatiemiddelen zoals FeCl₃ of H₂O₂ worden gebruikt voor selectieve oplossing.

3.2.2 Processtroom

1. Uitloging: Voeg aan een 1,5 mol/L HCl-oplossing 0,5 mol/L FeCl₃ toe, vloeistof-vaststofverhouding 8:1
2. Potentiële controle: Handhaaf het oxidatiepotentieel op 400-450 mV (ten opzichte van SHE).
3. Scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen: vacuümfiltratie, filtraat doorsturen voor arseenterugwinning.
4. Reinigen: Was het filterresidu 3 keer met verdund zoutzuur.

4. Elektrolytische raffinagemethode

4.1 Principe

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

4.2 Processtroom

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

4.3 Technische indicatoren

• Zuiverheid van het antimoon in de kathode: ≥99,85%
• Arseenverwijderingspercentage: >95%
• Huidig ​​rendement: 85-90%

5. Opkomende technologieën voor de verwijdering van arseen

5.1 Vacuümdestillatie

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

5.2 Plasma-oxidatie

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

6. Procesvergelijking en selectieaanbevelingen

Selectieaanbevelingen:

• Voedingsmateriaal met een hoog arseengehalte (As>3%): Bij voorkeur alkalische sulfide-uitloging.
• Middelhoog arseengehalte (0,5-3%): Alkalische raffinage of elektrolyse
• Eisen voor een laag arseengehalte en hoge zuiverheid: Elektrolytische raffinage aanbevolen

7. Conclusie

Het verwijderen van arseen uit ruwe antimoon vereist een grondige afweging van de eigenschappen van de grondstof, de productvereisten en de economische aspecten. Traditionele pyrometallurgische methoden hebben een grote capaciteit, maar belasten het milieu aanzienlijk; hydrometallurgische methoden veroorzaken minder vervuiling, maar de processen duren langer; elektrolytische methoden leveren een hoge zuiverheid op, maar verbruiken meer energie. Toekomstige ontwikkelingsrichtingen zijn onder andere:

1. Het ontwikkelen van efficiënte composietadditieven
2. Optimalisatie van meerfasige gecombineerde processen
3. Verbetering van het gebruik van arseenbronnen
4. Het verminderen van energieverbruik en vervuilende emissies.