1. מבוא

אנטימון, כמתכת אל-ברזלית חשובה, נמצא בשימוש נרחב במעכבי בעירה, סגסוגות, מוליכים למחצה ותחומים אחרים. עם זאת, עפרות אנטימון בטבע מתקיימות לעיתים קרובות יחד עם ארסן, וכתוצאה מכך תכולת ארסן גבוהה באנטימון גולמי המשפיעה באופן משמעותי על הביצועים והיישומים של מוצרי אנטימון. מאמר זה מציג באופן שיטתי שיטות שונות להסרת ארסן בטיהור אנטימון גולמי, כולל זיקוק פירומטאלורגי, זיקוק הידרומטלורגי וזיקוק אלקטרוליטי, תוך פירוט עקרונותיהן, זרימת התהליך, תנאי ההפעלה והיתרונות/חסרונות שלהן.

2. זיקוק פירומטלורגי להסרת ארסן

2.1 שיטת זיקוק אלקליין

2.1.1 עיקרון

שיטת הזיקוק האלקלי מסירה ארסן על סמך התגובה בין ארסן ותרכובות מתכת אלקליות ליצירת ארסנטים. משוואות תגובה עיקריות:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 זרימת התהליך

1. הכנת חומר גלם: כתשו אנטימון גולמי לחלקיקים של 5-10 מ"מ וערבבו עם אפר סודה (Na₂CO₃) ביחס מסה של 10:1.
2. התכה: חימום בכבשן הדהוד ל-850-950 מעלות צלזיוס, החזקה למשך 2-3 שעות
3. חמצון: הכנסת אוויר דחוס (לחץ 0.2-0.3MPa), קצב זרימה 2-3m³/(h·t)
4. היווצרות סיגים: הוסיפו כמות מתאימה של סלפטר (NaNO₃) כמחמצן, מינון 3-5% ממשקל האנטימון.
5. הסרת סיגים: לאחר שקיעה של 30 דקות, יש להסיר את הסיגים על פני השטח.
6. פעולה חוזרת: חזור על התהליך הנ"ל 2-3 פעמים

2.1.3 בקרת פרמטרים של תהליך

• בקרת טמפרטורה: טמפרטורה אופטימלית 900±20°C
• מינון אלקלי: יש להתאים בהתאם לתכולת הארסן, בדרך כלל 8-12% ממשקל האנטימון.
• זמן חמצון: 1-1.5 שעות לכל מחזור חמצון

2.1.4 יעילות הסרת ארסן

יכול להפחית את תכולת הארסן מ-2-5% ל-0.1-0.3%

2.2 שיטת אידוי חמצוני

2.2.1 עיקרון

מנצל את המאפיין שתחמוצת ארסן (As₂O₃) נדיפה יותר מתחמוצת אנטימון. As₂O₃ מתנדף בטמפרטורה של 193 מעלות צלזיוס בלבד, בעוד ש-Sb₂O₃ דורש טמפרטורה של 656 מעלות צלזיוס.

2.2.2 זרימת התהליך

1. התכה חמצונית: חימום בכבשן סיבובי ל-600-650 מעלות צלזיוס עם הכנסת אוויר
2. טיפול בגזי פליטה: עיבוי והחזרת As₂O₃ נדיף
3. התכת חיזור: צמצום החומר הנותר ב-1200 מעלות צלזיוס בעזרת קוק
4. זיקוק: הוספת כמות קטנה של אפר סודה לטיהור נוסף

2.2.3 פרמטרים מרכזיים

• ריכוז חמצן: 21-28%
• זמן שהייה: 4-6 שעות
• מהירות סיבוב הכבשן: 0.5-1 סל"ד

3. זיקוק הידרומטלורגי להסרת ארסן

3.1 שיטת שטיפה של אלקלי סולפיד

3.1.1 עיקרון

מנצל את המאפיין שלארסן גופרתי יש מסיסות גבוהה יותר בתמיסות גופרתי אלקליות מאשר לאנטימון גופרתי. תגובה עיקרית:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → בלתי מסיס

3.1.2 זרימת התהליך

1. סולפידציה: ערבבו אבקת אנטימון גולמית עם גופרית ביחס מסה של 1:0.3, עברו סולפידציה ב-500 מעלות צלזיוס למשך שעה.
2. שטיפה: יש להשתמש בתמיסת Na₂S של 2 מול/ליטר, יחס נוזל-מוצק 5:1, לערבב ב-80°C למשך שעתיים.
3. סינון: סנן באמצעות מכבש סינון, השאריות הן תרכיז אנטימון דל ארסן
4. רגנרציה: הכנסת H₂S לתסנין כדי לחדש Na₂S

3.1.3 תנאי תהליך

• ריכוז Na₂S: 1.5-2.5מול/ליטר
• pH שטיפה: 12-13
• יעילות שטיפה: As> 90%, אובדן Sb <5%

3.2 שיטת שטיפה חמצונית חומצית

3.2.1 עיקרון

מנצל את החמצון הקל יותר של ארסן בתנאים חומציים, תוך שימוש בחומרים מחמצנים כמו FeCl₃ או H₂O₂ להמסה סלקטיבית.

3.2.2 זרימת התהליך

1. שטיפה: בתמיסת HCl של 1.5 מול/ליטר, הוסיפו 0.5 מול/ליטר FeCl₃, יחס נוזל-מוצק 8:1
2. בקרת פוטנציאל: שמירה על פוטנציאל חמצון ב-400-450mV (לעומת SHE)
3. הפרדת מוצק-נוזל: סינון בוואקום, שליחת תסנין לאיסוף ארסן
4. שטיפה: שטפו את שאריות המסנן 3 פעמים עם חומצה הידרוכלורית מדוללת

4. שיטת זיקוק אלקטרוליטי

4.1 עיקרון

מנצל את ההבדל בפוטנציאלי השיקוע בין אנטימון (+0.212V) לארסן (+0.234V).

4.2 זרימת התהליך

1. הכנת אנודה: יציקת אנטימון גולמי לתוך לוחות אנודה בגודל 400×600×20 מ"מ
2. הרכב אלקטרוליטים: Sb³⁺ 80 גרם/ליטר, HCl 120 גרם/ליטר, תוסף (ג'לטין) 0.5 גרם/ליטר
3. תנאי אלקטרוליזה:
   • צפיפות זרם: 120-150A/m²
   • מתח תא: 0.4-0.6V
   • טמפרטורה: 30-35 מעלות צלזיוס
   • מרחק אלקטרודה: 100 מ"מ
4. מחזור: הסר מהתא כל 7-10 ימים

4.3 אינדיקטורים טכניים

• טוהר אנטימון קתודה: ≥99.85%
• שיעור סילוק ארסן: >95%
• יעילות נוכחית: 85-90%

5. טכנולוגיות מתפתחות להסרת ארסן

5.1 זיקוק בוואקום

תחת ואקום של 0.1-10 פאסל, מנצל הפרש לחץ אדים (As: 133 פאסל ב-550 מעלות צלזיוס, Sb דורש 1000 מעלות צלזיוס).

5.2 חמצון פלזמה

משתמש בפלזמה בטמפרטורה נמוכה (5000-10000K) לחמצון ארסן סלקטיבי, זמן עיבוד קצר (10-30 דקות), צריכת אנרגיה נמוכה.

6. השוואת תהליכים והמלצות לבחירה

המלצות לבחירה:

• חומר גלם עתיר ארסן (As>3%): עדיף שטיפה באמצעות אלקלי סולפיד
• ארסן בינוני (0.5-3%): זיקוק אלקלי או אלקטרוליזה
• דרישות טוהר גבוה עם רמת ארסן נמוכה: מומלץ זיקוק אלקטרוליטי

7. סיכום

הסרת ארסן מאנטימון גולמי דורשת שיקול דעת מקיף של מאפייני חומר הגלם, דרישות המוצר והכלכלה. שיטות פירו-מטאלורגיות מסורתיות בעלות קיבולת גדולה אך לחץ סביבתי משמעותי; שיטות הידרומטלורגיות בעלות פחות זיהום אך תהליכים ארוכים יותר; שיטות אלקטרוליטיות מייצרות טוהר גבוה אך צורכות יותר אנרגיה. כיווני פיתוח עתידיים כוללים:

1. פיתוח תוספים מרוכבים יעילים
2. אופטימיזציה של תהליכים משולבים רב-שלביים
3. שיפור ניצול משאבי הארסן
4. הפחתת צריכת אנרגיה ופליטות מזהמים