1. Увод

Антимон, као важан обојени метал, широко се користи у успоривачима горења, легурама, полупроводницима и другим областима. Међутим, руде антимона у природи често коегзистирају са арсеном, што резултира високим садржајем арсена у сировом антимону, што значајно утиче на перформансе и примену производа од антимона. Овај чланак систематски представља различите методе за уклањање арсена у пречишћавању сировог антимона, укључујући пирометалуршку рафинацију, хидрометалуршку рафинацију и електролитичку рафинацију, детаљно описујући њихове принципе, токове процеса, услове рада и предности/недостатке.

2. Пирометалуршка рафинација за уклањање арсена

2.1 Алкална метода рафинирања

2.1.1 Принцип

Алкална метода рафинирања уклања арсен на основу реакције између арсена и једињења алкалних метала, чиме се формирају арсенати. Главне једначине реакције:
2Ас + 3На₂ЦО₃ → 2На₃АсО₃ + 3ЦО↑
4Ас + 5О₂ + 6На₂ЦО₃ → 4На₃АсО₄ + 6ЦО₂↑

2.1.2 Ток процеса

1. Припрема сировине: Уситнити сирови антимон у честице величине 5-10 мм и помешати са содом (Na₂CO₃) у масеном односу 10:1
2. Топљење: Загревати у ревербераторској пећи на 850-950°C, држати 2-3 сата
3. Оксидација: Увести компримовани ваздух (притисак 0,2-0,3 MPa), проток 2-3 m³/(h·t)
4. Формирање згуре: Додати одговарајућу количину шалитре (NaNO₃) као оксиданса, доза 3-5% тежине антимона
5. Уклањање згуре: Након слегања од 30 минута, уклоните површинску згуру
6. Понављање операције: Поновите горњи поступак 2-3 пута

2.1.3 Контрола параметара процеса

• Контрола температуре: Оптимална температура 900±20°C
• Дозирање алкалија: Прилагодити према садржају арсена, обично 8-12% тежине антимона
• Време оксидације: 1-1,5 сати по циклусу оксидације

2.1.4 Ефикасност уклањања арсена

Може смањити садржај арсена са 2-5% на 0,1-0,3%

2.2 Метода оксидативне волатилације

2.2.1 Принцип

Користи карактеристику да је арсен оксид (As₂O₃) испарљивији од антимон оксида. As₂O₃ испарава на само 193°C, док је за Sb₂O₃ потребно 656°C.

2.2.2 Ток процеса

1. Оксидативно топљење: Загревање у ротационој пећи на 600-650°C уз увођење ваздуха
2. Пречишћавање димних гасова: Кондензација и рекуперација испареног As₂O₃
3. Редукционо топљење: Редукција преосталог материјала на 1200°C помоћу кокса
4. Рафинирање: Додати малу количину соде за даље пречишћавање

2.2.3 Кључни параметри

• Концентрација кисеоника: 21-28%
• Време задржавања: 4-6 сати
• Брзина ротације пећи: 0,5-1 о/мин

3. Хидрометалуршка рафинација за уклањање арсена

3.1 Метода излуживања алкалних сулфида

3.1.1 Принцип

Користи карактеристику да арсен сулфид има већу растворљивост у растворима алкалних сулфида него антимон сулфид. Главна реакција:
Ас₂С₃ + 3На₂С → 2На₃АсС₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Нерастворљиво

3.1.2 Ток процеса

1. Сулфидација: Помешати сирови антимонски прах са сумпором у масеном односу 1:0,3, сулфидизовати на 500°C током 1 сата
2. Испирање: Користити раствор Na₂S од 2 mol/L, однос течности и чврсте материје 5:1, мешати на 80°C током 2 сата
3. Филтрација: Филтрирати филтер пресом, остатак је концентрат антимона са ниским садржајем арсена
4. Регенерација: Увести H₂S у филтрат да би се регенерисао Na₂S

3.1.3 Услови процеса

• Концентрација На2С: 1,5-2,5 мол/Л
• pH вредност испирања: 12-13
• Ефикасност испирања: As>90%, губитак Sb<5%

3.2 Метода киселог оксидативног испирања

3.2.1 Принцип

Користи лакшу оксидацију арсена у киселим условима, користећи оксидансе попут FeCl₃ или H₂O₂ за селективно растварање.

3.2.2 Ток процеса

1. Испирање: У раствор HCl концентрације 1,5 mol/L, додати 0,5 mol/L FeCl₃, однос течности и чврсте материје 8:1
2. Контрола потенцијала: Одржавати оксидациони потенцијал на 400-450mV (у односу на SHE)
3. Одвајање чврстих и течних материја: Вакуумска филтрација, слање филтрата на рекуперацију арсена
4. Прање: Остатак филтера испрати 3 пута разблаженом хлороводоничном киселином

4. Метод електролитичке рафинисања

4.1 Принцип

Користи разлику у потенцијалима таложења између антимона (+0,212 V) и арсена (+0,234 V).

4.2 Ток процеса

1. Припрема аноде: Сипајте сирови антимон у анодне плоче димензија 400×600×20 мм
2. Састав електролита: Sb³⁺ 80 г/л, HCl 120 г/л, адитив (желатин) 0,5 г/л
3. Услови електролизе:
   • Густина струје: 120-150A/m²
   • Напон ћелије: 0,4-0,6V
   • Температура: 30-35°C
   • Растојање електрода: 100 мм
4. Циклус: Уклонити из ћелије сваких 7-10 дана

4.3 Технички индикатори

• Чистоћа катодног антимона: ≥99,85%
• Стопа уклањања арсена: >95%
• Тренутна ефикасност: 85-90%

5. Нове технологије за уклањање арсена

5.1 Вакуумска дестилација

Под вакуумом од 0,1-10 Па, користи разлику притиска паре (As: 133 Па на 550°C, Sb захтева 1000°C).

5.2 Плазма оксидација

Користи нискотемпературну плазму (5000-10000K) за селективну оксидацију арсена, кратко време обраде (10-30мин), ниска потрошња енергије.

6. Поређење процеса и препоруке за избор

Препоруке за избор:

• Довод са високим садржајем арсена (As>3%): Преферирати испирање алкалним сулфидом
• Средњи арсен (0,5-3%): Алкална рафинација или електролиза
• Захтеви за високу чистоћу са ниским садржајем арсена: препоручује се електролитичка рафинација

7. Закључак

Уклањање арсена из сировог антимона захтева свеобухватно разматрање карактеристика сировине, захтева за производом и економичности. Традиционалне пирометалуршке методе имају велики капацитет, али значајан притисак на животну средину; хидрометалуршке методе имају мање загађења, али дуже процесе; електролитичке методе производе високу чистоћу, али троше више енергије. Будући правци развоја укључују:

1. Развој ефикасних композитних адитива
2. Оптимизација вишестепених комбинованих процеса
3. Побољшање коришћења ресурса арсена
4. Смањење потрошње енергије и емисије загађења