1. Giriş

Önemli bir demir dışı metal olan antimon, alev geciktiricilerde, alaşımlarda, yarı iletkenlerde ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılır. Ancak, doğada antimon cevherleri genellikle arsenikle birlikte bulunur ve bu da ham antimonda antimon ürünlerinin performansını ve uygulamalarını önemli ölçüde etkileyen yüksek arsenik içeriğine neden olur. Bu makale, pirometalurjik rafinasyon, hidrometalurjik rafinasyon ve elektrolitik rafinasyon dahil olmak üzere ham antimon saflaştırmada arsenik giderme için çeşitli yöntemleri sistematik olarak tanıtmakta, bunların prensiplerini, işlem akışlarını, çalışma koşullarını ve avantajlarını/dezavantajlarını ayrıntılı olarak açıklamaktadır.

2. Arsenik Giderimi İçin Pirometalurjik Rafinasyon

2.1 Alkali Rafinasyon Yöntemi

2.1.1 İlke

Alkali rafinasyon yöntemi, arsenik ve alkali metal bileşikleri arasındaki reaksiyona dayanarak arseniği uzaklaştırır ve arsenatları oluşturur. Ana reaksiyon denklemleri:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Süreç Akışı

1. Hammadde hazırlama: Ham antimonu 5-10 mm'lik parçacıklara ezin ve 10:1 kütle oranında soda külü (Na₂CO₃) ile karıştırın
2. Eritme: Yankılanan fırında 850-950°C'ye kadar ısıtın, 2-3 saat tutun
3. Oksidasyon: Basınçlı hava (basınç 0,2-0,3 MPa), akış hızı 2-3 m³/(h·t) girin
4. Cüruf oluşumu: Oksidan olarak uygun miktarda potasyum nitrat (NaNO₃) ekleyin, dozaj antimon ağırlığının %3-5'i olmalıdır.
5. Cüruf temizleme: 30 dakika bekledikten sonra yüzeydeki cürufları temizleyin
6. İşlemi tekrarlayın: Yukarıdaki işlemi 2-3 kez tekrarlayın

2.1.3 Proses Parametre Kontrolü

• Sıcaklık kontrolü: Optimum sıcaklık 900±20°C
• Alkali dozajı: Arsenik içeriğine göre ayarlayın, tipik olarak antimon ağırlığının %8-12'si
• Oksidasyon süresi: Oksidasyon döngüsü başına 1-1,5 saat

2.1.4 Arsenik Giderme Verimliliği

Arsenik içeriğini %2-5'ten %0,1-0,3'e düşürebilir

2.2 Oksidatif Uçuculuk Yöntemi

2.2.1 İlke

Arsenik oksitin (As₂O₃) antimon oksitten daha uçucu olma özelliğini kullanır. As₂O₃ sadece 193°C'de uçarken, Sb₂O₃ 656°C gerektirir.

2.2.2 Süreç Akışı

1. Oksidatif eritme: Hava girişiyle döner fırında 600-650°C'ye kadar ısıtma
2. Baca gazı arıtımı: Uçucu hale gelen As₂O₃'yi yoğunlaştırın ve geri kazanın
3. İndirgeme eritme: Kalan malzemeyi 1200°C'de kok ile azaltın
4. Rafine etme: Daha fazla arıtma için az miktarda soda külü ekleyin

2.2.3 Temel Parametreler

• Oksijen konsantrasyonu: %21-28
• Kalış süresi: 4-6 saat
• Fırın dönüş hızı: 0,5-1r/dak

3. Arsenik Giderimi için Hidrometalurjik Rafinasyon

3.1 Alkali Sülfür Liç Yöntemi

3.1.1 İlke

Arsenik sülfürün alkali sülfür çözeltilerinde antimon sülfürden daha yüksek çözünürlüğe sahip olması özelliğini kullanır. Ana reaksiyon:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Çözünmez

3.1.2 Süreç Akışı

1. Sülfürleme: Ham antimon tozunu 1:0,3 kütle oranında kükürtle karıştırın, 500°C'de 1 saat sülfürleyin
2. Sızdırma: 2mol/L Na₂S çözeltisi kullanın, sıvı-katı oranı 5:1, 80°C'de 2 saat karıştırın
3. Filtreleme: Filtre presiyle filtreleyin, kalıntı düşük arsenikli antimon konsantresidir
4. Rejenerasyon: Na₂S'yi rejenere etmek için filtrata H₂S ekleyin

3.1.3 İşlem Koşulları

• Na₂S konsantrasyonu: 1,5-2,5mol/L
• Sızıntı pH'ı: 12-13
• Sızıntı verimi: As>%90, Sb kaybı<%5

3.2 Asidik Oksidatif Sızdırma Yöntemi

3.2.1 İlke

Arseniğin asidik koşullarda daha kolay oksidasyonundan yararlanarak, seçici çözünme için FeCl₃ veya H₂O₂ gibi oksidanlar kullanılır.

3.2.2 Süreç Akışı

1. Sızdırma: 1,5mol/L HCl çözeltisine 0,5mol/L FeCl₃ ekleyin, sıvı-katı oranı 8:1
2. Potansiyel kontrolü: Oksidasyon potansiyelini 400-450 mV'de (SHE'ye karşı) koruyun
3. Katı-sıvı ayırma: Vakum filtrasyonu, süzüntüyü arsenik geri kazanımına gönderme
4. Yıkama: Filtre kalıntısını seyreltik hidroklorik asitle 3 kez yıkayın.

4. Elektrolitik Rafinasyon Yöntemi

4.1 İlke

Antimon (+0,212 V) ile arsenik (+0,234 V) arasındaki biriktirme potansiyelleri farkından yararlanır.

4.2 Süreç Akışı

1. Anot hazırlama: Ham antimonu 400×600×20mm anot plakalarına dökün
2. Elektrolit bileşimi: Sb³⁺ 80g/L, HCl 120g/L, katkı maddesi (jelatin) 0,5g/L
3. Elektroliz koşulları:
   • Akım yoğunluğu: 120-150A/m²
   • Hücre voltajı: 0,4-0,6V
   • Sıcaklık: 30-35°C
   • Elektrot mesafesi: 100mm
4. Döngü: Her 7-10 günde bir hücreden çıkarın

4.3 Teknik Göstergeler

• Katot antimon saflığı: ≥%99,85
• Arsenik giderim oranı: >%95
• Mevcut verimlilik: %85-90

5. Ortaya Çıkan Arsenik Giderme Teknolojileri

5.1 Vakum Damıtma

0.1-10Pa vakum altında, buhar basınç farkından faydalanır (As: 550°C'de 133Pa, Sb 1000°C gerektirir).

5.2 Plazma Oksidasyonu

Seçici arsenik oksidasyonu için düşük sıcaklıklı plazma (5000-10000K) kullanır, kısa işlem süresi (10-30dk), düşük enerji tüketimi.

6. Süreç Karşılaştırması ve Seçim Önerileri

Seçim önerileri:

• Yüksek arsenikli besleme (As>%3): Alkali sülfür liçini tercih edin
• Orta arsenik (%0,5-3): Alkali rafinasyon veya elektroliz
• Düşük arsenikli yüksek saflık gereksinimleri: Elektrolitik rafinasyon önerilir

7. Sonuç

Ham antimondan arsenik giderimi, ham madde özellikleri, ürün gereksinimleri ve ekonominin kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesini gerektirir. Geleneksel pirometalurjik yöntemler büyük kapasiteye sahiptir ancak önemli çevresel baskıya sahiptir; hidrometalurjik yöntemler daha az kirliliğe sahiptir ancak daha uzun süreçlere sahiptir; elektrolitik yöntemler yüksek saflık üretir ancak daha fazla enerji tüketir. Gelecekteki geliştirme yönleri şunları içerir:

1. Verimli kompozit katkı maddelerinin geliştirilmesi
2. Çok aşamalı birleşik süreçlerin optimize edilmesi
3. Arsenik kaynak kullanımının iyileştirilmesi
4. Enerji tüketimini ve kirlilik emisyonlarını azaltmak