1. Pengenalan

Antimoni, sebagai logam bukan ferus yang penting, digunakan secara meluas dalam kalis api, aloi, semikonduktor dan medan lain. Walau bagaimanapun, bijih antimoni dalam alam semula jadi sering wujud bersama arsenik, menghasilkan kandungan arsenik yang tinggi dalam antimoni mentah yang memberi kesan ketara kepada prestasi dan aplikasi produk antimoni. Artikel ini secara sistematik memperkenalkan pelbagai kaedah untuk penyingkiran arsenik dalam penulenan antimoni mentah, termasuk penapisan pyrometallurgikal, penapisan hidrometalurgi dan penapisan elektrolitik, memperincikan prinsip, aliran proses, keadaan operasi dan kelebihan/kelemahannya.

2. Penapisan Pyrometallurgical untuk Penyingkiran Arsenik

2.1 Kaedah Penapisan Alkali

2.1.1 Prinsip

Kaedah penapisan alkali menghilangkan arsenik berdasarkan tindak balas antara sebatian logam arsenik dan alkali untuk membentuk arsenat. Persamaan tindak balas utama:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Aliran Proses

1. Penyediaan bahan mentah: Hancurkan antimoni mentah menjadi zarah 5-10mm dan campurkan dengan abu soda (Na₂CO₃) pada nisbah jisim 10:1
2. Peleburan: Panaskan dalam relau berkumandang hingga 850-950°C, tahan selama 2-3 jam
3. Pengoksidaan: Perkenalkan udara termampat (tekanan 0.2-0.3MPa), kadar aliran 2-3m³/(h·t)
4. Pembentukan sanga: Tambah jumlah garam peter (NaNO₃) yang sesuai sebagai oksidan, dos 3-5% berat antimoni
5. Pembuangan sanga: Selepas mendap selama 30 minit, keluarkan sanga permukaan
6. Operasi ulang: Ulangi proses di atas 2-3 kali

2.1.3 Kawalan Parameter Proses

• Kawalan suhu: Suhu optimum 900±20°C
• Dos alkali: Laraskan mengikut kandungan arsenik, biasanya 8-12% daripada berat antimoni
• Masa pengoksidaan: 1-1.5 jam setiap kitaran pengoksidaan

2.1.4 Kecekapan Penyingkiran Arsenik

Boleh mengurangkan kandungan arsenik daripada 2-5% kepada 0.1-0.3%

2.2 Kaedah Volatilisasi Oksidatif

2.2.1 Prinsip

Menggunakan ciri bahawa arsenik oksida (As₂O₃) lebih meruap daripada antimoni oksida. As₂O₃ meruap pada hanya 193°C, manakala Sb₂O₃ memerlukan 656°C.

2.2.2 Aliran Proses

1. Peleburan oksidatif: Panaskan dalam tanur berputar hingga 600-650°C dengan pengenalan udara
2. Rawatan gas serombong: Pekat dan pulihkan As₂O₃ yang meruap
3. Peleburan pengurangan: Kurangkan bahan yang tinggal pada 1200°C dengan kok
4. Penapisan: Tambahkan sedikit abu soda untuk penulenan selanjutnya

2.2.3 Parameter Utama

• Kepekatan oksigen: 21-28%
• Masa tinggal: 4-6 jam
• Kelajuan putaran tanur: 0.5-1r/min

3. Penapisan Hidrometalurgi untuk Penyingkiran Arsenik

3.1 Kaedah Pencairan Alkali Sulfida

3.1.1 Prinsip

Menggunakan ciri bahawa arsenik sulfida mempunyai keterlarutan yang lebih tinggi dalam larutan alkali sulfida daripada antimoni sulfida. Reaksi utama:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Tidak larut

3.1.2 Aliran Proses

1. Sulfidasi: Campurkan serbuk antimoni mentah dengan sulfur pada nisbah jisim 1:0.3, sulfida pada 500°C selama 1 jam
2. Pencucian: Gunakan larutan 2mol/L Na₂S, nisbah cecair-pepejal 5:1, kacau pada 80°C selama 2 jam
3. Penapisan: Penapis dengan penekan penapis, sisa adalah pekatan antimoni arsenik rendah
4. Penjanaan Semula: Masukkan H₂S ke dalam turasan untuk menjana semula Na₂S

3.1.3 Keadaan Proses

• Kepekatan Na₂S: 1.5-2.5mol/L
• pH larut lesap: 12-13
• Kecekapan larut lesap: As>90%, Sb loss<5%

3.2 Kaedah Lesap Oksidatif Berasid

3.2.1 Prinsip

Menggunakan pengoksidaan arsenik yang lebih mudah dalam keadaan berasid, menggunakan oksidan seperti FeCl₃ atau H₂O₂ untuk pembubaran terpilih.

3.2.2 Aliran Proses

1. Lesap: Dalam larutan HCl 1.5mol/L, tambahkan 0.5mol/L FeCl₃, nisbah cecair-pepejal 8:1
2. Kawalan potensi: Kekalkan potensi pengoksidaan pada 400-450mV (vs.SHE)
3. Pengasingan pepejal-cecair: Penapisan vakum, hantar turasan kepada pemulihan arsenik
4. Mencuci: Basuh sisa penapis 3 kali dengan asid hidroklorik cair

4. Kaedah Penapisan Elektrolitik

4.1 Prinsip

Menggunakan perbezaan potensi pemendapan antara antimoni (+0.212V) dan arsenik (+0.234V).

4.2 Aliran Proses

1. Penyediaan anod: Tuangkan antimoni mentah ke dalam plat anod 400×600×20mm
2. Komposisi elektrolit: Sb³⁺ 80g/L, HCl 120g/L, bahan tambahan (gelatin) 0.5g/L
3. Keadaan elektrolisis:
   • Ketumpatan semasa: 120-150A/m²
   • Voltan sel: 0.4-0.6V
   • Suhu: 30-35°C
   • Jarak elektrod: 100mm
4. Kitaran: Keluarkan dari sel setiap 7-10 hari

4.3 Petunjuk Teknikal

• Ketulenan antimoni katod: ≥99.85%
• Kadar penyingkiran arsenik: >95%
• Kecekapan semasa: 85-90%

5. Teknologi Penyingkiran Arsenik yang Muncul

5.1 Penyulingan Vakum

Di bawah vakum 0.1-10Pa, menggunakan perbezaan tekanan wap (Seperti: 133Pa pada 550°C, Sb memerlukan 1000°C).

5.2 Pengoksidaan Plasma

Menggunakan plasma suhu rendah (5000-10000K) untuk pengoksidaan arsenik terpilih, masa pemprosesan yang singkat (10-30min), penggunaan tenaga yang rendah.

6. Perbandingan Proses dan Syor Pemilihan

Cadangan pemilihan:

• Suapan arsenik tinggi (As>3%): Lebih suka larut lesap alkali sulfida
• Arsenik sederhana (0.5-3%): Penapisan alkali atau elektrolisis
• Keperluan ketulenan tinggi arsenik rendah: Penapisan elektrolitik disyorkan

7. Kesimpulan

Penyingkiran arsenik daripada antimoni mentah memerlukan pertimbangan menyeluruh terhadap ciri bahan mentah, keperluan produk dan ekonomi. Kaedah pyrometallurgical tradisional mempunyai kapasiti besar tetapi tekanan persekitaran yang ketara; kaedah hidrometalurgi mempunyai kurang pencemaran tetapi proses lebih lama; kaedah elektrolitik menghasilkan ketulenan yang tinggi tetapi menggunakan lebih banyak tenaga. Arah pembangunan masa depan termasuk:

1. Membangunkan bahan tambah komposit yang cekap
2. Mengoptimumkan proses gabungan pelbagai peringkat
3. Meningkatkan penggunaan sumber arsenik
4. Mengurangkan penggunaan tenaga dan pelepasan pencemaran