1. Уводзіны

Сурма, як важны каляровы метал, шырока выкарыстоўваецца ў вогнеахоўных рэчывах, сплавах, паўправадніках і іншых галінах. Аднак у прыродзе сурмяныя руды часта суіснуюць з мыш'яком, што прыводзіць да высокага ўтрымання мыш'яку ў сырой сурме, што істотна ўплывае на прадукцыйнасць і прымяненне прадуктаў з сурмы. У гэтым артыкуле сістэматычна прадстаўлены розныя метады выдалення мыш'яку пры ачыстцы сырой сурмы, у тым ліку піраметалургічнае рафінаванне, гідраметалургічнае рафінаванне і электралітычнае рафінаванне, падрабязна апісаны іх прынцыпы, тэхналагічныя схемы, умовы эксплуатацыі, а таксама перавагі/недахопы.

2. Піраметалургічнае рафінаванне для выдалення мыш'яку

2.1 Метад шчолачнай рафінацыі

2.1.1 Прынцып

Шчолачны метад рафінавання выдаляе мыш'як, заснаваны на рэакцыі паміж мыш'яком і злучэннямі шчолачных металаў з утварэннем арсенатаў. Асноўныя ўраўненні рэакцыі:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na3AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Паток працэсу

1. Падрыхтоўка сыравіны: здрабніць неачышчаную сурму на часціцы памерам 5-10 мм і змяшаць з кальцыніраванай содай (Na₂CO₃) у масавай суадносінах 10:1.
2. Плаўленне: Нагрэць у адлюстравальнай печы да 850-950°C, вытрымаць 2-3 гадзіны
3. Акісленне: Падача сціснутага паветра (ціск 0,2-0,3 МПа), расход 2-3 м³/(г·т)
4. Утварэнне шлаку: дадаць адпаведную колькасць салетры (NaNO₃) у якасці акісляльніка, доза 3-5% ад вагі сурмы
5. Выдаленне шлаку: пасля 30 хвілін адстойвання выдаліце ​​павярхоўны шлак
6. Паўтарыце аперацыю: паўтарыце вышэйапісаную працэдуру 2-3 разы

2.1.3 Кіраванне параметрамі працэсу

• Кантроль тэмпературы: аптымальная тэмпература 900±20°C
• Дазаванне шчолачы: карэктуйце ў залежнасці ад утрымання мыш'яку, звычайна 8-12% ад вагі сурмы
• Час акіслення: 1-1,5 гадзіны на цыкл акіслення

2.1.4 Эфектыўнасць выдалення мыш'яку

Можа знізіць утрыманне мыш'яку з 2-5% да 0,1-0,3%

2.2 Метад акісляльнага выпарэння

2.2.1 Прынцып

Выкарыстоўвае асаблівасць таго, што аксід мыш'яку (As₂O₃) больш лятучы, чым аксід сурмы. As₂O₃ выпараецца ўсяго пры 193°C, у той час як Sb₂O₃ патрабуе 656°C.

2.2.2 Паток працэсу

1. Акісляльная плаўка: нагрэў у вярчальнай печы да 600-650°C з падачай паветра
2. Ачыстка дымавых газаў: кандэнсацыя і рэкуперацыя выпарэння As₂O₃
3. Аднаўленчая плаўка: аднаўленне пакінутага матэрыялу пры тэмпературы 1200°C коксам
4. Рафінаванне: дадайце невялікую колькасць кальцынаванай соды для далейшай ачысткі

2.2.3 Асноўныя параметры

• Канцэнтрацыя кіслароду: 21-28%
• Час знаходжання: 4-6 гадзін
• Хуткасць кручэння печы: 0,5-1 аб/мін

3. Гідраметалургічнае рафінаванне для выдалення мыш'яку

3.1 Метад вылугавання сульфідаў шчолачных шчолачаў

3.1.1 Прынцып

Выкарыстоўвае характарыстыку, што сульфід мыш'яку мае больш высокую растваральнасць у растворах сульфіду шчолачных шчолачаў, чым сульфід сурмы. Асноўная рэакцыя:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Нерастваральны

3.1.2 Паток працэсу

1. Сульфідацыя: змяшаць парашок неачышчанай сурмы з шэрай у масавым суадносінах 1:0,3, сульфідаваць пры тэмпературы 500°C на працягу 1 гадзіны.
2. Вылугаванне: выкарыстоўвайце раствор Na₂S канцэнтрацыяй 2 моль/л, суадносіны вадкасці і цвёрдага рэчыва 5:1, памешвайце пры тэмпературы 80°C на працягу 2 гадзін
3. Фільтрацыя: фільтраванне з дапамогай фільтр-прэса, рэшта - канцэнтрат сурмы з нізкім утрыманнем мыш'яку
4. Рэгенерацыя: увесці H₂S у фільтрат для рэгенерацыі Na₂S

3.1.3 Умовы працэсу

• Канцэнтрацыя Na₂S: 1,5-2,5моль/л
• pH вымывання: 12-13
• Эфектыўнасць вымывання: As>90%, страты Sb<5%

3.2 Кіслотны акісляльны метад вылугвання

3.2.1 Прынцып

Выкарыстоўвае больш лёгкае акісленне мыш'яку ў кіслых умовах, выкарыстоўваючы акісляльнікі, такія як FeCl₃ або H₂O₂, для селектыўнага растварэння.

3.2.2 Паток працэсу

1. Вылугаванне: у раствор HCl з канцэнтрацыяй 1,5 моль/л дадаць 0,5 моль/л FeCl₃, суадносіны вадкасці і цвёрдага рэчыва 8:1
2. Кантроль патэнцыялу: падтрымліваць патэнцыял акіслення на ўзроўні 400-450 мВ (у параўнанні з SHE)
3. Падзел цвёрдых рэчываў і вадкасцей: вакуумная фільтрацыя, адпраўка фільтрата на рэкуперацыю мыш'яку
4. Прамыванне: прамыйце рэшткі фільтра 3 разы разведзенай салянай кіслатой

4. Метад электралітычнага рафінавання

4.1 Прынцып

Выкарыстоўвае розніцу ў патэнцыялах адкладання паміж сурмой (+0,212 В) і мыш'яком (+0,234 В).

4.2 Паток працэсу

1. Падрыхтоўка анода: разліць неачышчаную сурму ў анодныя пласціны памерам 400×600×20 мм
2. Склад электраліта: Sb³⁺ 80 г/л, HCl 120 г/л, дабаўка (жэлацін) 0,5 г/л
3. Умовы электролізу:
   • Шчыльнасць току: 120-150 А/м²
   • Напружанне ячэйкі: 0,4-0,6 В
   • Тэмпература: 30-35°C
   • Адлегласць паміж электродамі: 100 мм
4. Цыкл: Выдаляць з камеры кожныя 7-10 дзён

4.3 Тэхнічныя індыкатары

• Чысціня катоднай сурмы: ≥99,85%
• Хуткасць выдалення мыш'яку: >95%
• ККД па току: 85-90%

5. Новыя тэхналогіі выдалення мыш'яку

5.1 Вакуумная дыстыляцыя

Пры вакууме 0,1-10 Па выкарыстоўваецца розніца ціскаў пары (As: 133 Па пры 550°C, Sb патрабуе 1000°C).

5.2 Плазменнае акісленне

Выкарыстоўвае нізкатэмпературную плазму (5000-10000K) для селектыўнага акіслення мыш'яку, кароткі час апрацоўкі (10-30 хвілін), нізкае спажыванне энергіі.

6. Параўнанне працэсаў і рэкамендацыі па выбары

Рэкамендацыі па выбары:

• Зыходная сыравіна з высокім утрыманнем мыш'яку (As>3%): пераважна вылугаванне сульфідам шчолачных шчолачаў
• Сярэдняе ўтрыманне мыш'яку (0,5-3%): шчолачная рафінацыя або электроліз
• Патрабаванні да нізкага ўтрымання мыш'яку і высокай чысціні: рэкамендуецца электралітычнае рафінаванне

7. Заключэнне

Выдаленне мыш'яку з сырой сурмы патрабуе ўсебаковага ўліку характарыстык сыравіны, патрабаванняў да прадукту і эканамічных аспектаў. Традыцыйныя піраметалургічныя метады маюць вялікую магутнасць, але значную нагрузку на навакольнае асяроддзе; гідраметалургічныя метады маюць меншае забруджванне, але працэсы больш працяглыя; электралітычныя метады даюць высокую чысціню, але спажываюць больш энергіі. Напрамкі далейшага развіцця ўключаюць:

1. Распрацоўка эфектыўных кампазітных дабавак
2. Аптымізацыя шматэтапных камбінаваных працэсаў
3. Паляпшэнне выкарыстання рэсурсаў мыш'яку
4. Зніжэнне спажывання энергіі і выкідаў забруджвальных рэчываў