1. Кіріспе

Маңызды түсті металл ретінде сурьма отқа төзімді заттарда, қорытпаларда, жартылай өткізгіштерде және басқа салаларда кеңінен қолданылады. Дегенмен, табиғатта сурьма кендері көбінесе мышьякпен бірге өмір сүреді, нәтижесінде шикі сурьмада жоғары мышьяк болады, бұл сурьма өнімдерінің өнімділігі мен қолданылуына айтарлықтай әсер етеді. Бұл мақалада пирометаллургиялық тазарту, гидрометаллургиялық тазарту және электролиттік тазартуды қоса, шикі сурьманы тазартуда мышьякты жоюдың әртүрлі әдістері жүйелі түрде енгізіліп, олардың принциптері, технологиялық ағындары, жұмыс жағдайлары және артықшылықтары/кемшіліктері егжей-тегжейлі сипатталған.

2. Мышьякты кетіруге арналған пирометаллургиялық тазарту

2.1 Сілтілі тазарту әдісі

2.1.1 Принцип

Сілтілік тазарту әдісі мышьяк пен сілтілі металл қосылыстары арасындағы арсенаттар түзу реакциясына негізделген мышьякты жояды. Негізгі реакция теңдеулері:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Процесс ағыны

1. Шикізатты дайындау: Шикі сурьманы 5-10 мм бөлшектерге ұсақтап, 10:1 массалық қатынасында сода күлімен (Na₂CO₃) араластырыңыз.
2. Балқыту: реверберациялық пеште 850-950°C дейін қыздырыңыз, 2-3 сағат ұстаңыз.
3. Тотығу: сығылған ауаны енгізу (қысым 0,2-0,3МПа), ағын жылдамдығы 2-3м³/(h·t)
4. Қож түзілуі: Тотықтырғыш ретінде селитраның (NaNO₃) тиісті мөлшерін қосыңыз, мөлшерлеме сурьма салмағының 3-5%
5. Қожды кетіру: 30 минут тұндырғаннан кейін, беткі қожды алып тастаңыз
6. Әрекетті қайталау: Жоғарыдағы процесті 2-3 рет қайталаңыз

2.1.3 Процесс параметрін басқару

• Температураны реттеу: Оңтайлы температура 900±20°C
• Сілті дозасы: мышьяк мазмұнына сәйкес реттеңіз, әдетте сурьма салмағының 8-12%
• Тотығу уақыты: тотығу цикліне 1-1,5 сағат

2.1.4 Мышьякты кетіру тиімділігі

Мышьяк құрамын 2-5%-дан 0,1-0,3%-ға дейін төмендете алады.

2.2 Тотығуды ұшпалау әдісі

2.2.1 Принцип

Мышьяк оксидінің (As₂O₃) сурьма оксидіне қарағанда ұшпа екендігінің сипаттамасын пайдаланады. As₂O₃ тек 193°C температурада ұшады, ал Sb₂O₃ үшін 656°C қажет.

2.2.2 Процесс ағыны

1. Тотықтырғыш балқыту: Айналмалы пеште ауа енгізу арқылы 600-650°C дейін қыздыру
2. Түтін газын өңдеу: конденсациялау және ұшпа As₂O₃ қалпына келтіру
3. Редукциялық балқыту: Қалған материалды 1200°C температурада кокспен азайтыңыз
4. Тазарту: одан әрі тазарту үшін аз мөлшерде сода күлін қосыңыз

2.2.3 Негізгі параметрлер

• Оттегі концентрациясы: 21-28%
• Тұру уақыты: 4-6 сағат
• Пештің айналу жылдамдығы: 0,5-1р/мин

3. Мышьякты кетіруге арналған гидрометаллургиялық өңдеу

3.1 Сілті сульфидті шаймалау әдісі

3.1.1 Принцип

Мышьяк сульфидінің сілтілі сульфид ерітінділерінде сурьфид сульфидіне қарағанда жоғары ерігіштігінің сипаттамасын пайдаланады. Негізгі реакция:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Ерімейді

3.1.2 Процесс ағыны

1. Сульфидтеу: Шикі сурьма ұнтағын күкіртпен 1:0,3 массалық қатынаста араластырыңыз, 500°С температурада 1 сағат сульфидтендіріңіз.
2. Шаймалау: 2моль/л Na₂S ерітіндісін қолданыңыз, сұйық-қатты қатынасы 5:1, 80°C температурада 2 сағат бойы араластырыңыз.
3. Сүзу: сүзгі прессімен сүзеді, қалдығы аз мышьякты сурьма концентраты
4. Регенерация: Na₂S қалпына келтіру үшін фильтратқа H₂S енгізіңіз

3.1.3 Процесс шарттары

• Na₂S концентрациясы: 1,5-2,5моль/л
• Шаймалау рН: 12-13
• Шаймалау тиімділігі: As>90%, Sb жоғалту<5%

3.2 Қышқылдық тотықтырғыш шаймалау әдісі

3.2.1 Принцип

Селективті еріту үшін FeCl₃ немесе H₂O₂ сияқты тотықтырғыштарды қолдана отырып, қышқылдық жағдайда мышьяктың оңай тотығуын пайдаланады.

3.2.2 Процесс ағыны

1. Шаймалау: 1,5моль/л HCl ерітіндісіне 0,5моль/л FeCl₃ қосыңыз, сұйық-қатты қатынасы 8:1
2. Потенциалды бақылау: тотығу потенциалын 400-450мВ (SHE қарсы)
3. Қатты-сұйықтықты бөлу: вакуумдық сүзу, фильтратты мышьякты қалпына келтіруге жіберіңіз
4. Жуу: Сүзгі қалдықтарын сұйылтылған тұз қышқылымен 3 рет жуыңыз

4. Электролиттік тазарту әдісі

4.1 Принцип

Сурьма (+0,212В) мен мышьяк (+0,234В) арасындағы тұндыру потенциалдарының айырмашылығын пайдаланады.

4.2 Процесс ағыны

1. Анодты дайындау: шикі сурьманы 400 × 600 × 20 мм анод пластиналарына құйыңыз
2. Электролит құрамы: Sb³⁺ 80г/л, HCl 120г/л, қоспа (желатин) 0,5г/л
3. Электролиз шарттары:
   • Токтың тығыздығы: 120-150А/м²
   • Ұяшық кернеуі: 0,4-0,6 В
   • Температура: 30-35°C
   • Электрод қашықтығы: 100мм
4. Цикл: ұяшықтан 7-10 күн сайын алып тастаңыз

4.3 Техникалық көрсеткіштер

• Катодты сурьманың тазалығы: ≥99,85%
• Мышьякты кетіру деңгейі: >95%
• Ағымдағы тиімділік: 85-90%

5. Мышьякты жоюдың жаңа технологиялары

5.1 Вакуумды айдау

0,1-10Па вакуумда бу қысымының айырмашылығын пайдаланады (550°C кезінде 133Па, Sb үшін 1000°C қажет).

5.2 Плазманың тотығуы

Мышьяктың селективті тотығуы үшін төмен температуралы плазманы (5000-10000К) пайдаланады, қысқа өңдеу уақыты (10-30 мин), энергияны аз тұтыну.

6. Процесті салыстыру және таңдау бойынша ұсыныстар

Таңдау бойынша ұсыныстар:

• Жоғары мышьякты азық (As>3%): Сілті сульфидті шаймалауды ұнатыңыз
• Орташа мышьяк (0,5-3%): сілтілі тазарту немесе электролиз
• Төмен мышьяк жоғары тазалық талаптары: Электролиттік тазарту ұсынылады

7. Қорытынды

Шикі сурьмадан мышьякты жою шикізат сипаттамаларын, өнімге қойылатын талаптарды және экономиканы жан-жақты қарастыруды талап етеді. Дәстүрлі пирометаллургиялық әдістер үлкен сыйымдылыққа ие, бірақ айтарлықтай экологиялық қысымға ие; гидрометаллургиялық әдістерде аз ластану, бірақ ұзақ процестер бар; электролиттік әдістер жоғары тазалық береді, бірақ көп энергия жұмсайды. Болашақ даму бағыттары мыналарды қамтиды:

1. Тиімді композиттік қоспаларды әзірлеу
2. Көп сатылы аралас процестерді оңтайландыру
3. Мышьяк ресурстарын пайдалануды жақсарту
4. Энергияны тұтынуды және ластаушы шығарындыларды азайту