1. Uvod

Antimon, kao važan obojeni metal, široko se koristi u usporivačima gorenja, legurama, poluprovodnicima i drugim oblastima. Međutim, rude antimona u prirodi često koegzistiraju s arsenom, što rezultira visokim sadržajem arsena u sirovom antimonu, što značajno utječe na performanse i primjenu proizvoda od antimona. Ovaj članak sistematski predstavlja različite metode za uklanjanje arsena u prečišćavanju sirovog antimona, uključujući pirometalurško rafiniranje, hidrometalurško rafiniranje i elektrolitičko rafiniranje, detaljno opisujući njihove principe, tokove procesa, radne uvjete i prednosti/nedostatke.

2. Pirometalurško rafiniranje za uklanjanje arsena

2.1 Metoda alkalne rafinacije

2.1.1 Princip

Metoda alkalne rafinacije uklanja arsen na osnovu reakcije između arsena i spojeva alkalnih metala pri čemu nastaju arsenati. Glavne reakcijske jednačine:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Tok procesa

1. Priprema sirovine: Sirovi antimon usitniti u čestice veličine 5-10 mm i pomiješati sa sodom (Na₂CO₃) u masenom omjeru 10:1
2. Topljenje: Zagrijati u reflektirajućoj peći na 850-950°C, držati 2-3 sata
3. Oksidacija: Uvesti komprimirani zrak (pritisak 0,2-0,3 MPa), protok 2-3 m³/(h·t)
4. Formiranje troske: Dodati odgovarajuću količinu šalitre (NaNO₃) kao oksidans, doza 3-5% težine antimona
5. Uklanjanje troske: Nakon što se taloži 30 minuta, uklonite površinsku trosku
6. Ponavljanje operacije: Ponovite gornji postupak 2-3 puta

2.1.3 Kontrola parametara procesa

• Kontrola temperature: Optimalna temperatura 900±20°C
• Doziranje alkalija: Prilagoditi prema sadržaju arsena, obično 8-12% težine antimona
• Vrijeme oksidacije: 1-1,5 sati po ciklusu oksidacije

2.1.4 Efikasnost uklanjanja arsena

Može smanjiti sadržaj arsena sa 2-5% na 0,1-0,3%

2.2 Metoda oksidativne volatilizacije

2.2.1 Princip

Koristi karakteristiku da je arsenov oksid (As₂O₃) isparljiviji od antimonovog oksida. As₂O₃ isparava na samo 193°C, dok Sb₂O₃ zahtijeva 656°C.

2.2.2 Tok procesa

1. Oksidativno topljenje: Zagrijavanje u rotacijskoj peći na 600-650°C uz uvođenje zraka
2. Tretman dimnih gasova: Kondenzacija i oporavak isparljivog As₂O₃
3. Redukcijsko topljenje: Preostali materijal se reducira koksom na 1200°C.
4. Rafiniranje: Dodati malu količinu sode za daljnje pročišćavanje

2.2.3 Ključni parametri

• Koncentracija kisika: 21-28%
• Vrijeme zadržavanja: 4-6 sati
• Brzina rotacije peći: 0,5-1 o/min

3. Hidrometalurška rafinacija za uklanjanje arsena

3.1 Metoda ispiranja alkalnih sulfida

3.1.1 Princip

Koristi karakteristiku da arsen sulfid ima veću rastvorljivost u rastvorima alkalnih sulfida nego antimon sulfid. Glavna reakcija:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Nerastvorljivo

3.1.2 Tok procesa

1. Sulfidacija: Pomiješati sirovi antimonov prah sa sumporom u masenom omjeru 1:0,3, sulfidizirati na 500°C tokom 1 sata.
2. Ispiranje: Koristiti rastvor Na₂S od 2 mol/L, odnos tečnosti i čvrste materije 5:1, miješati na 80°C tokom 2 sata
3. Filtracija: Filtriranje filter presom, ostatak je koncentrat antimona sa niskim sadržajem arsena
4. Regeneracija: Uvođenje H₂S u filtrat za regeneraciju Na₂S

3.1.3 Uslovi procesa

• Koncentracija Na₂S: 1,5-2,5 mol/L
• pH vrijednost ispiranja: 12-13
• Efikasnost ispiranja: As>90%, gubitak Sb<5%

3.2 Metoda kiselog oksidativnog ispiranja

3.2.1 Princip

Koristi lakšu oksidaciju arsena u kiselim uslovima, koristeći oksidanse poput FeCl₃ ili H₂O₂ za selektivno rastvaranje.

3.2.2 Tok procesa

1. Ispiranje: U rastvor HCl koncentracije 1,5 mol/L, dodati 0,5 mol/L FeCl₃, odnos tečnosti i čvrste materije 8:1
2. Kontrola potencijala: Održavati oksidacijski potencijal na 400-450mV (u odnosu na SHE)
3. Odvajanje čvrstih i tečnih materija: Vakuumska filtracija, slanje filtrata na izdvajanje arsena
4. Pranje: Ostatak filtera isperite 3 puta razrijeđenom hlorovodoničnom kiselinom

4. Metoda elektrolitičke rafinacije

4.1 Princip

Koristi razliku u potencijalima taloženja između antimona (+0,212 V) i arsena (+0,234 V).

4.2 Tok procesa

1. Priprema anode: Izlijte sirovi antimon u anodne ploče dimenzija 400×600×20 mm
2. Sastav elektrolita: Sb³⁺ 80g/L, HCl 120g/L, aditiv (želatin) 0,5g/L
3. Uslovi elektrolize:
   • Gustoća struje: 120-150A/m²
   • Napon ćelije: 0,4-0,6 V
   • Temperatura: 30-35°C
   • Udaljenost elektroda: 100 mm
4. Ciklus: Ukloniti iz ćelije svakih 7-10 dana

4.3 Tehnički indikatori

• Čistoća katodnog antimona: ≥99,85%
• Stopa uklanjanja arsena: >95%
• Trenutna efikasnost: 85-90%

5. Nove tehnologije za uklanjanje arsena

5.1 Vakuumska destilacija

Pod vakuumom od 0,1-10 Pa, koristi razliku pritiska pare (As: 133 Pa na 550°C, Sb zahtijeva 1000°C).

5.2 Oksidacija plazmom

Koristi niskotemperaturnu plazmu (5000-10000K) za selektivnu oksidaciju arsena, kratko vrijeme obrade (10-30min), niska potrošnja energije.

6. Poređenje procesa i preporuke za odabir

Preporuke za odabir:

• Dovod s visokim sadržajem arsena (As>3%): Poželjno je luženje alkalnim sulfidom
• Srednji arsen (0,5-3%): Alkalna rafinacija ili elektroliza
• Zahtjevi za visoku čistoću s niskim sadržajem arsena: Preporučuje se elektrolitička rafinacija

7. Zaključak

Uklanjanje arsena iz sirovog antimona zahtijeva sveobuhvatno razmatranje karakteristika sirovine, zahtjeva za proizvodom i ekonomije. Tradicionalne pirometalurške metode imaju veliki kapacitet, ali značajan pritisak na okoliš; hidrometalurške metode imaju manje zagađenja, ali su procesi duži; elektrolitičke metode proizvode visoku čistoću, ali troše više energije. Budući pravci razvoja uključuju:

1. Razvoj efikasnih kompozitnih aditiva
2. Optimizacija višestepenih kombinovanih procesa
3. Poboljšanje korištenja resursa arsena
4. Smanjenje potrošnje energije i emisija zagađenja