1. Úvod

Antimon, jakožto důležitý neželezný kov, se široce používá v retardérech hoření, slitinách, polovodičích a dalších oblastech. Rudy antimonu se však v přírodě často vyskytují společně s arsenem, což má za následek vysoký obsah arsenu v surovém antimonu, což významně ovlivňuje výkon a použití produktů s antimonem. Tento článek systematicky představuje různé metody odstraňování arsenu při čištění surového antimonu, včetně pyrometalurgické rafinace, hydrometalurgické rafinace a elektrolytické rafinace, a podrobně popisuje jejich principy, procesní postupy, provozní podmínky a výhody/nevýhody.

2. Pyrometalurgická rafinace pro odstranění arsenu

2.1 Metoda alkalické rafinace

2.1.1 Princip

Alkalická rafinační metoda odstraňuje arsen na základě reakce mezi arsenem a sloučeninami alkalických kovů za vzniku arseničnanů. Hlavní reakční rovnice:
2As + 3Na₂CO3 → 2Na3AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO3 → 4Na3AsO4 + 6CO₂↑

2.1.2 Průběh procesu

1. Příprava suroviny: Rozdrťte surový antimon na částice o velikosti 5-10 mm a smíchejte s uhličitanem sodným (Na₂CO₃) v hmotnostním poměru 10:1.
2. Tavení: Zahřátí v reverberační peci na 850-950 °C, vydržení 2-3 hodiny
3. Oxidace: Zavést stlačený vzduch (tlak 0,2–0,3 MPa), průtok 2–3 m³/(h·t)
4. Tvorba strusky: Přidejte vhodné množství ledku (NaNO₃) jako oxidační činidlo, dávkování 3–5 % hmotnosti antimonu
5. Odstranění strusky: Po 30 minutách usazování odstraňte povrchovou strusku
6. Opakování operace: Výše ​​uvedený postup opakujte 2–3krát

2.1.3 Řízení procesních parametrů

• Regulace teploty: Optimální teplota 900±20 °C
• Dávkování alkálií: Upravte podle obsahu arsenu, obvykle 8–12 % hmotnosti antimonu
• Doba oxidace: 1–1,5 hodiny na oxidační cyklus

2.1.4 Účinnost odstraňování arsenu

Může snížit obsah arsenu z 2–5 % na 0,1–0,3 %

2.2 Metoda oxidačního odpařování

2.2.1 Princip

Využívá vlastnosti, že oxid arsenu (As₂O₃) je těkavější než oxid antimonu. As₂O₃ se odpařuje již při 193 °C, zatímco Sb₂O₃ vyžaduje 656 °C.

2.2.2 Průběh procesu

1. Oxidační tavení: Zahřívání v rotační peci na 600–650 °C s přívodem vzduchu
2. Čištění spalin: Kondenzace a regenerace odpařeného As₂O₃
3. Redukční tavení: Zbývající materiál se redukuje koksem při 1200 °C
4. Rafinace: Pro další čištění přidejte malé množství sody

2.2.3 Klíčové parametry

• Koncentrace kyslíku: 21–28 %
• Doba pobytu: 4-6 hodin
• Rychlost otáčení pece: 0,5-1 ot./min

3. Hydrometalurgická rafinace pro odstranění arsenu

3.1 Metoda vyluhování alkalických sulfidů

3.1.1 Princip

Využívá vlastnosti, že sulfid arsenu má vyšší rozpustnost v roztocích alkalických sulfidů než sulfid antimonitý. Hlavní reakce:
As₂S3 + 3Na₂S → 2Na3AsS3
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Nerozpustný

3.1.2 Průběh procesu

1. Sulfidace: Smíchejte surový antimon v prášku se sírou v hmotnostním poměru 1:0,3 a sulfidujte při 500 °C po dobu 1 hodiny.
2. Vyluhování: Použijte roztok Na₂S o koncentraci 2 mol/l, poměr kapalina-pevná látka 5:1, míchejte při 80 °C po dobu 2 hodin
3. Filtrace: Filtrování filtračním lisem, zbytek je koncentrát antimonu s nízkým obsahem arsenu
4. Regenerace: Zavedením H₂S do filtrátu regenerujete Na₂S.

3.1.3 Procesní podmínky

• Koncentrace Na₂S: 1,5-2,5 mol/L
• pH při vyluhování: 12-13
• Účinnost vyluhování: As > 90 %, ztráta Sb < 5 %

3.2 Metoda kyselého oxidačního loužení

3.2.1 Princip

Využívá snadnější oxidaci arsenu v kyselých podmínkách s použitím oxidantů, jako je FeCl₃ nebo H₂O₂, pro selektivní rozpouštění.

3.2.2 Průběh procesu

1. Vyluhování: Do roztoku HCl o koncentraci 1,5 mol/l přidejte 0,5 mol/l FeCl₃, poměr kapalina-pevná látka 8:1
2. Řízení potenciálu: Udržujte oxidační potenciál na 400-450 mV (oproti SHE)
3. Separace pevných látek a kapalin: Vakuová filtrace, odeslání filtrátu k regeneraci arsenu
4. Promývání: Zbytky filtru promyjte 3krát zředěnou kyselinou chlorovodíkovou

4. Metoda elektrolytické rafinace

4.1 Princip

Využívá rozdílu depozičních potenciálů mezi antimonem (+0,212 V) a arsenem (+0,234 V).

4.2 Průběh procesu

1. Příprava anody: Odlijte surový antimon do anodových desek o rozměrech 400 × 600 × 20 mm
2. Složení elektrolytu: Sb³⁺ 80 g/l, HCl 120 g/l, přísada (želatina) 0,5 g/l
3. Podmínky elektrolýzy:
   • Hustota proudu: 120-150 A/m²
   • Napětí článku: 0,4-0,6 V
   • Teplota: 30–35 °C
   • Vzdálenost elektrod: 100 mm
4. Cyklus: Odstraňte z buňky každých 7-10 dní

4.3 Technické indikátory

• Čistota katodového antimonu: ≥99,85 %
• Míra odstranění arsenu: >95 %
• Aktuální účinnost: 85-90 %

5. Nově vznikající technologie pro odstraňování arsenu

5.1 Vakuová destilace

Při vakuu 0,1–10 Pa využívá rozdíl tlaku par (As: 133 Pa při 550 °C, Sb vyžaduje 1000 °C).

5.2 Plazmová oxidace

Používá nízkoteplotní plazmu (5000-10000K) pro selektivní oxidaci arsenu, krátká doba zpracování (10-30min), nízká spotřeba energie.

6. Porovnání procesů a doporučení pro výběr

Doporučení pro výběr:

• Vstup s vysokým obsahem arsenu (As>3 %): Upřednostňujte loužení alkalickými sulfidy
• Střední arsen (0,5–3 %): Alkalická rafinace nebo elektrolýza
• Požadavky na nízkou čistotu arsenu a vysokou čistotu: Doporučuje se elektrolytická rafinace

7. Závěr

Odstranění arsenu ze surového antimonu vyžaduje komplexní zvážení vlastností suroviny, požadavků na produkt a ekonomiky. Tradiční pyrometalurgické metody mají velkou kapacitu, ale značný tlak na životní prostředí; hydrometalurgické metody sice méně znečišťují životní prostředí, ale trvají delší dobu; elektrolytické metody produkují vysokou čistotu, ale spotřebovávají více energie. Mezi směry budoucího vývoje patří:

1. Vývoj účinných kompozitních aditiv
2. Optimalizace vícestupňových kombinovaných procesů
3. Zlepšení využití zdrojů arsenu
4. Snížení spotřeby energie a emisí znečištění