1. Кіріспе

Маңызды түсті металл ретінде сурьма жалынға төзімді заттарда, қорытпаларда, жартылай өткізгіштерде және басқа да салаларда кеңінен қолданылады. Дегенмен, табиғаттағы сурьма кендері көбінесе мышьякпен бірге кездеседі, бұл шикі сурьмада мышьяктың жоғары мөлшеріне әкеледі, бұл сурьма өнімдерінің өнімділігі мен қолданылуына айтарлықтай әсер етеді. Бұл мақалада шикі сурьманы тазарту кезінде мышьякты кетірудің әртүрлі әдістері, соның ішінде пирометаллургиялық тазарту, гидрометаллургиялық тазарту және электролиттік тазарту жүйелі түрде енгізіліп, олардың принциптері, технологиялық ағындары, жұмыс жағдайлары және артықшылықтары/кемшіліктері егжей-тегжейлі сипатталады.

2. Мышьякты кетіру үшін пирометаллургиялық тазарту

2.1 Сілтілі тазарту әдісі

2.1.1 Қағидат

Сілтілі тазарту әдісі мышьяк пен сілтілік 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, сода күлімен (Na₂CO₃) 10:1 массалық қатынасында араластырыңыз.
2. Балқыту: шағылысатын пеште 850-950°C дейін қыздырыңыз, 2-3 сағат ұстаңыз
3. Тотығу: Сығылған ауаны енгізіңіз (қысым 0,2-0,3 МПа), ағын жылдамдығы 2-3 м³/(сағ·т)
4. Қождың түзілуі: Тотықтырғыш ретінде тиісті мөлшерде селитра (NaNO₃) қосыңыз, сурьма салмағының 3-5% мөлшерінде.
5. Қожды кетіру: 30 минут тұндырғаннан кейін, беткі қожды кетіріңіз
6. Әрекетті қайталаңыз: Жоғарыдағы процесті 2-3 рет қайталаңыз

2.1.3 Процесс параметрлерін басқару

• Температураны бақылау: Оңтайлы температура 900±20°C
• Сілтілік доза: Мышьяк құрамына сәйкес реттеңіз, әдетте сурьма салмағының 8-12% құрайды
• Тотығу уақыты: тотығу цикліне 1-1,5 сағат

2.1.4 Мышьякты кетіру тиімділігі

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

2.2 Тотығу-булану әдісі

2.2.1 Қағидат

Мышьяк оксидінің (As₂O₃) сурьма оксидіне қарағанда ұшқыштығы жоғары деген сипаттаманы пайдаланады. As₂O₃ тек 193°C температурада ұшады, ал Sb₂O₃ 656°C температураны қажет етеді.

2.2.2 Процесс ағыны

1. Тотықтырғыш балқыту: Айналмалы пеште ауа енгізіп, 600-650°C дейін қыздырыңыз
2. Түтін газын өңдеу: буланған As₂O₃ конденсациясы және қалпына келтіру
3. Тотықсыздандырылған балқыту: Қалған материалды 1200°C температурада кокспен тотықсыздандырыңыз
4. Тазарту: Әрі қарай тазарту үшін аз мөлшерде сода күлін қосыңыз

2.2.3 Негізгі параметрлер

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

3. Мышьякты кетіру үшін гидрометаллургиялық тазарту

3.1 Сілтілік сульфидті шаймалау әдісі

3.1.1 Қағидат

Мышьяк сульфидінің сілтілі сульфид ерітінділерінде сурьма сульфидіне қарағанда жоғары ерігіштігі бар екендігін пайдаланады. Негізгі реакция:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Ерімейтін

3.1.2 Процесс ағыны

1. Сульфидтеу: Шикі сурьма ұнтағын күкіртпен 1:0,3 массалық қатынасында араластырыңыз, 500°C температурада 1 сағат бойы сульфидтеңіз.
2. Сілтісіздендіру: 2 моль/л Na₂S ерітіндісін пайдаланыңыз, сұйық-қатты қатынасы 5:1, 80°C температурада 2 сағат араластырыңыз
3. Сүзу: Сүзгі прессімен сүзгі, қалдық - мышьяк мөлшері аз сурьма концентраты
4. Регенерация: Na₂S қалпына келтіру үшін сүзіндіге H₂S енгізіңіз

3.1.3 Процесс шарттары

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

3.2 Қышқылдық тотықтырғыш шаймалау әдісі

3.2.1 Қағидат

Мышьяктың қышқылдық ортада оңай тотығуын пайдаланады, FeCl₃ немесе H₂O₂ сияқты тотықтырғыштарды селективті еріту үшін пайдаланады.

3.2.2 Процесс ағыны

1. Шаймалау: 1,5 моль/л HCl ерітіндісіне 0,5 моль/л FeCl₃ қосыңыз, сұйық-қатты зат қатынасы 8:1
2. Потенциалды бақылау: Тотығу потенциалын 400-450 мВ деңгейінде ұстаңыз (SHE-мен салыстырғанда)
3. Қатты-сұйықтықты бөлу: Вакуумдық сүзгілеу, сүзіндіні мышьякты қалпына келтіруге жіберу
4. Жуу: Сүзгі қалдықтарын сұйылтылған тұз қышқылымен 3 рет жуыңыз

4. Электролиттік тазарту әдісі

4.1 Қағидат

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

4.2 Процесс ағыны

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

4.3 Техникалық көрсеткіштер

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

5. Мышьякты кетірудің жаңа технологиялары

5.1 Вакуумдық айдау

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

5.2 Плазманың тотығуы

Мышьякты селективті тотығу үшін төмен температуралы плазманы (5000-10000K) пайдаланады, қысқа өңдеу уақыты (10-30 мин), энергияны аз тұтынады.

6. Процесті салыстыру және іріктеу бойынша ұсыныстар

Таңдау бойынша ұсыныстар:

• Мышьяк мөлшері жоғары жем (As>3%): Сілтілік сульфидті шаймалауды жөн көреді
• Орташа мышьяк (0,5-3%): Сілтілік тазарту немесе электролиз
• Мышьяк мөлшері аз, жоғары тазалық талаптары: Электролиттік тазарту ұсынылады

7. Қорытынды

Шикі сурьмадан мышьякты алу шикізаттың сипаттамаларын, өнімге қойылатын талаптарды және экономиканы жан-жақты қарастыруды талап етеді. Дәстүрлі пирометаллургиялық әдістердің қуаты үлкен, бірақ қоршаған ортаға айтарлықтай қысым жасайды; гидрометаллургиялық әдістердің ластануы аз, бірақ процестері ұзағырақ; электролиттік әдістер жоғары тазалықты қамтамасыз етеді, бірақ энергияны көбірек тұтынады. Болашақ даму бағыттары:

1. Тиімді композиттік қоспаларды әзірлеу
2. Көп сатылы біріктірілген процестерді оңтайландыру
3. Мышьяк ресурстарын пайдалануды жақсарту
4. Энергия тұтынуды және ластану шығарындыларын азайту