1. Introduktion

Antimon, som en viktig icke-järnmetall, används ofta i flamskyddsmedel, legeringar, halvledare och andra områden. Antimonmalmer i naturen samexisterar dock ofta med arsenik, vilket resulterar i en hög arsenikhalt i råantimon som avsevärt påverkar prestandan och tillämpningarna hos antimonprodukter. Denna artikel introducerar systematiskt olika metoder för arsenikborttagning vid rening av råantimon, inklusive pyrometallurgisk raffinering, hydrometallurgisk raffinering och elektrolytisk raffinering, och beskriver deras principer, processflöden, driftsförhållanden och fördelar/nackdelar.

2. Pyrometallurgisk raffinering för arsenikborttagning

2.1 Alkalisk raffineringsmetod

2.1.1 Princip

Den alkaliska raffineringsmetoden avlägsnar arsenik baserat på reaktionen mellan arsenik och alkalimetallföreningar för att bilda arsenater. Huvudreaktionsekvationer:
2As + 3Na₂CO3 → 2Na₃AsO3 + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO3 → 4Na₃AsO4 + 6CO₂↑

2.1.2 Processflöde

1. Råmaterialberedning: Krossa råantimon till 5–10 mm stora partiklar och blanda med soda (Na₂CO₃) i ett massförhållande på 10:1.
2. Smältning: Värm i en efterklangsugn till 850-950 °C, håll i 2-3 timmar
3. Oxidation: Tillför tryckluft (tryck 0,2–0,3 MPa), flödeshastighet 2–3 m³/(h·t)
4. Slaggbildning: Tillsätt lämplig mängd salpeter (NaNO₃) som oxidationsmedel, dosering 3–5 % av antimonvikten
5. Slaggborttagning: Efter att ha legat i 30 minuter, avlägsna ytslagg
6. Upprepa operationen: Upprepa ovanstående process 2-3 gånger

2.1.3 Processparameterkontroll

• Temperaturkontroll: Optimal temperatur 900±20°C
• Alkalidosering: Justera efter arsenikhalten, vanligtvis 8–12 % av antimonvikten
• Oxidationstid: 1–1,5 timmar per oxidationscykel

2.1.4 Effektivitet vid borttagning av arsenik

Kan minska arsenikhalten från 2–5 % till 0,1–0,3 %

2.2 Oxidativ förångningsmetod

2.2.1 Princip

Utnyttjar egenskapen att arsenikoxid (As₂O₃) är mer flyktig än antimonoxid. As₂O₃ förångas vid endast 193°C, medan Sb₂O₃ kräver 656°C.

2.2.2 Processflöde

1. Oxidativ smältning: Värm i roterugn till 600–650 °C med luftinföring
2. Rökgasbehandling: Kondensera och återvinn förångad As₂O₃
3. Reduktionssmältning: Reducera återstående material vid 1200 °C med koks
4. Raffinering: Tillsätt en liten mängd soda för ytterligare rening

2.2.3 Viktiga parametrar

• Syrekoncentration: 21–28 %
• Uppehållstid: 4–6 timmar
• Ugnsrotationshastighet: 0,5-1 r/min

3. Hydrometallurgisk raffinering för arsenikborttagning

3.1 Metod för urlakning av alkalisulfider

3.1.1 Princip

Utnyttjar egenskapen att arseniksulfid har högre löslighet i alkaliska sulfidlösningar än antimonsulfid. Huvudreaktion:
As₂S3 + 3Na2S → 2Na3AsS3
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Olöslig

3.1.2 Processflöde

1. Sulfidering: Blanda rått antimonpulver med svavel i massförhållandet 1:0,3, sulfidera vid 500 °C i 1 timme.
2. Urlakning: Använd 2 mol/L Na₂S-lösning, vätska-fastämnesförhållande 5:1, rör om vid 80 °C i 2 timmar.
3. Filtrering: Filtrera med filterpress, återstoden är antimonkoncentrat med låg arsenikhalt
4. Regenerering: Introducera H₂S i filtratet för att regenerera Na₂S

3.1.3 Processförhållanden

• Na2S-koncentration: 1,5-2,5mol/L
• Urlaknings-pH: 12-13
• Urlakningseffektivitet: As> 90%, Sb-förlust <5%

3.2 Sur oxidativ urlakningsmetod

3.2.1 Princip

Utnyttjar arsenikens enklare oxidation i sura förhållanden, med oxidanter som FeCl₃ eller H₂O₂ för selektiv upplösning.

3.2.2 Processflöde

1. Urlakning: I 1,5 mol/L HCl-lösning, tillsätt 0,5 mol/L FeCl₃, vätska-fastämnesförhållande 8:1
2. Potentialkontroll: Bibehåll oxidationspotentialen vid 400-450 mV (jämfört med SHE)
3. Separation av fast-vätskehalt: Vakuumfiltrering, skicka filtratet till arsenikåtervinning
4. Tvätt: Tvätta filterrester 3 gånger med utspädd saltsyra

4. Elektrolytisk raffineringsmetod

4.1 Princip

Utnyttjar skillnaden i depositionspotentialer mellan antimon (+0,212 V) och arsenik (+0,234 V).

4.2 Processflöde

1. Anodberedning: Gjut råantimon i anodplattor på 400 × 600 × 20 mm
2. Elektrolytsammansättning: Sb³⁺ 80 g/L, HCl 120 g/L, tillsats (gelatin) 0,5 g/L
3. Elektrolysförhållanden:
   • Strömtäthet: 120-150A/m²
   • Cellspänning: 0,4-0,6V
   • Temperatur: 30–35 °C
   • Elektrodavstånd: 100 mm
4. Cykel: Ta bort från cellen var 7-10:e dag

4.3 Tekniska indikatorer

• Katodantimonrenhet: ≥99,85 %
• Arsenikborttagningsgrad: >95 %
• Nuvarande verkningsgrad: 85-90%

5. Nya tekniker för att avlägsna arsenik

5.1 Vakuumdestillation

Under 0,1-10 Pa vakuum används ångtrycksskillnaden (As: 133 Pa vid 550 °C, Sb kräver 1000 °C).

5.2 Plasmaoxidation

Använder lågtemperaturplasma (5000-10000K) för selektiv arsenikoxidation, kort processtid (10-30 min), låg energiförbrukning.

6. Rekommendationer för processjämförelse och urval

Rekommendationer för urval:

• Hög arsenikhaltig råvara (As>3%): Föredra alkalisulfidlakning
• Medelhög arsenikhalt (0,5–3 %): Alkalisk raffinering eller elektrolys
• Krav på låg arsenikhalt och hög renhet: Elektrolytisk raffinering rekommenderas

7. Slutsats

Avlägsning av arsenik från råantimon kräver omfattande överväganden av råmaterialegenskaper, produktkrav och ekonomi. Traditionella pyrometallurgiska metoder har stor kapacitet men betydande miljöbelastning; hydrometallurgiska metoder har mindre föroreningar men längre processer; elektrolytiska metoder producerar hög renhet men förbrukar mer energi. Framtida utvecklingsinriktningar inkluderar:

1. Utveckla effektiva komposittillsatser
2. Optimering av kombinerade processer i flera steg
3. Förbättrad utnyttjande av arsenikresurser
4. Minska energiförbrukning och föroreningsutsläpp