1. పరిచయం

యాంటీమోనీ, ఒక ముఖ్యమైన నాన్-ఫెర్రస్ లోహంగా, జ్వాల నిరోధకాలు, మిశ్రమలోహాలు, సెమీకండక్టర్లు మరియు ఇతర రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. అయితే, ప్రకృతిలో యాంటీమోనీ ఖనిజాలు తరచుగా ఆర్సెనిక్‌తో కలిసి ఉంటాయి, ఫలితంగా ముడి యాంటిమోనీలో అధిక ఆర్సెనిక్ కంటెంట్ ఉంటుంది, ఇది యాంటీమోనీ ఉత్పత్తుల పనితీరు మరియు అనువర్తనాలను గణనీయంగా ప్రభావితం చేస్తుంది. ఈ వ్యాసం ముడి యాంటిమోనీ శుద్ధీకరణలో ఆర్సెనిక్ తొలగింపు కోసం వివిధ పద్ధతులను క్రమపద్ధతిలో పరిచయం చేస్తుంది, వీటిలో పైరోమెటలర్జికల్ రిఫైనింగ్, హైడ్రోమెటలర్జికల్ రిఫైనింగ్ మరియు ఎలక్ట్రోలైటిక్ రిఫైనింగ్ ఉన్నాయి, వాటి సూత్రాలు, ప్రక్రియ ప్రవాహాలు, ఆపరేటింగ్ పరిస్థితులు మరియు ప్రయోజనాలు/అప్రయోజనాలను వివరిస్తాయి.

2. ఆర్సెనిక్ తొలగింపు కోసం పైరోమెటలర్జికల్ రిఫైనింగ్

2.1 ఆల్కలీన్ రిఫైనింగ్ పద్ధతి

2.1.1 సూత్రం

ఆర్సెనిక్ మరియు క్షార లోహ సమ్మేళనాల మధ్య చర్య ఆధారంగా ఆల్కలీన్ శుద్ధి పద్ధతి ఆర్సెనిక్‌ను తొలగించి ఆర్సెనేట్‌లను ఏర్పరుస్తుంది. ప్రధాన ప్రతిచర్య సమీకరణాలు:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 ప్రక్రియ ప్రవాహం

1. ముడి పదార్థ తయారీ: ముడి యాంటిమోనీని 5-10mm కణాలుగా చూర్ణం చేసి, 10:1 ద్రవ్యరాశి నిష్పత్తిలో సోడా యాష్ (Na₂CO₃)తో కలపండి.
2. కరిగించడం: రివర్బరేటరీ ఫర్నేస్‌లో 850-950°C వరకు వేడి చేసి, 2-3 గంటలు అలాగే ఉంచండి.
3. ఆక్సీకరణ: సంపీడన గాలిని (పీడనం 0.2-0.3MPa), ప్రవాహ రేటు 2-3m³/(h·t) ప్రవేశపెట్టండి.
4. స్లాగ్ ఏర్పడటం: ఆంటిమోనీ బరువులో 3-5% మోతాదులో ఆక్సిడెంట్‌గా తగిన మొత్తంలో సాల్ట్‌పీటర్ (NaNO₃) జోడించండి.
5. స్లాగ్ తొలగింపు: 30 నిమిషాలు అలాగే ఉంచిన తర్వాత, ఉపరితల స్లాగ్‌ను తొలగించండి.
6. పునరావృతం ఆపరేషన్: పై ప్రక్రియను 2-3 సార్లు పునరావృతం చేయండి

2.1.3 ప్రాసెస్ పారామీటర్ నియంత్రణ

• ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ: సరైన ఉష్ణోగ్రత 900±20°C
• క్షార మోతాదు: ఆర్సెనిక్ కంటెంట్ ప్రకారం సర్దుబాటు చేయండి, సాధారణంగా యాంటిమోనీ బరువులో 8-12%.
• ఆక్సీకరణ సమయం: ఆక్సీకరణ చక్రానికి 1-1.5 గంటలు

2.1.4 ఆర్సెనిక్ తొలగింపు సామర్థ్యం

ఆర్సెనిక్ శాతాన్ని 2-5% నుండి 0.1-0.3% కి తగ్గించగలదు.

2.2 ఆక్సీకరణ అస్థిరత పద్ధతి

2.2.1 సూత్రం

ఆర్సెనిక్ ఆక్సైడ్ (As₂O₃) యాంటిమోనీ ఆక్సైడ్ కంటే ఎక్కువ అస్థిరతను కలిగి ఉంటుంది అనే లక్షణాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. As₂O₃ 193°C వద్ద మాత్రమే ఆవిరి అవుతుంది, అయితే Sb₂O₃ కు 656°C అవసరం.

2.2.2 ప్రక్రియ ప్రవాహం

1. ఆక్సీకరణ కరిగించడం: గాలి ప్రవేశంతో రోటరీ బట్టీలో 600-650°C వరకు వేడి చేయండి.
2. ఫ్లూ గ్యాస్ చికిత్స: ఘనీభవించి, అస్థిరత చెందిన As₂O₃ ను తిరిగి పొందడం.
3. తగ్గింపు కరిగించడం: కోక్‌తో 1200°C వద్ద మిగిలిన పదార్థాన్ని తగ్గించండి.
4. శుద్ధి చేయడం: మరింత శుద్ధి కోసం కొద్ది మొత్తంలో సోడా బూడిదను జోడించండి.

2.2.3 కీలక పారామితులు

• ఆక్సిజన్ సాంద్రత: 21-28%
• నివాస సమయం: 4-6 గంటలు
• కిల్న్ భ్రమణ వేగం: 0.5-1r/నిమి

3. ఆర్సెనిక్ తొలగింపు కోసం హైడ్రోమెటలర్జికల్ రిఫైనింగ్

3.1 క్షార సల్ఫైడ్ లీచింగ్ పద్ధతి

3.1.1 సూత్రం

ఆల్కలీ సల్ఫైడ్ ద్రావణాలలో యాంటీమోనీ సల్ఫైడ్ కంటే ఆర్సెనిక్ సల్ఫైడ్ ఎక్కువ ద్రావణీయతను కలిగి ఉంటుంది అనే లక్షణాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. ప్రధాన ప్రతిచర్య:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → కరగనిది

3.1.2 ప్రక్రియ ప్రవాహం

1. సల్ఫిడేషన్: ముడి యాంటిమోనీ పౌడర్‌ను 1:0.3 ద్రవ్యరాశి నిష్పత్తిలో సల్ఫర్‌తో కలిపి, 500°C వద్ద 1 గంట పాటు సల్ఫైడైజ్ చేయండి.
2. లీచింగ్: 2mol/L Na₂S ద్రావణాన్ని, ద్రవ-ఘన నిష్పత్తి 5:1ని ఉపయోగించండి, 80°C వద్ద 2 గంటల పాటు కదిలించండి.
3. వడపోత: ఫిల్టర్ ప్రెస్‌తో ఫిల్టర్ చేయండి, అవశేషాలు తక్కువ ఆర్సెనిక్ యాంటిమోనీ గాఢత కలిగి ఉంటాయి.
4. పునరుత్పత్తి: Na₂S ను పునరుత్పత్తి చేయడానికి వడపోతలో H₂S ను ప్రవేశపెట్టండి.

3.1.3 ప్రక్రియ పరిస్థితులు

• Na₂S గాఢత: 1.5-2.5mol/L
• లీచింగ్ pH: 12-13
• లీచింగ్ సామర్థ్యం: As>90%, Sb నష్టం<5%

3.2 ఆమ్ల ఆక్సీకరణ లీచింగ్ పద్ధతి

3.2.1 సూత్రం

ఆమ్ల పరిస్థితులలో ఆర్సెనిక్ యొక్క సులభమైన ఆక్సీకరణను ఉపయోగించుకుంటుంది, ఎంపిక చేసిన ద్రావణానికి FeCl₃ లేదా H₂O₂ వంటి ఆక్సిడెంట్లను ఉపయోగిస్తుంది.

3.2.2 ప్రక్రియ ప్రవాహం

1. లీచింగ్: 1.5mol/L HCl ద్రావణంలో, 0.5mol/L FeCl₃, ద్రవ-ఘన నిష్పత్తి 8:1 జోడించండి.
2. సంభావ్య నియంత్రణ: 400-450mV (vs.SHE) వద్ద ఆక్సీకరణ సామర్థ్యాన్ని నిర్వహించండి.
3. ఘన-ద్రవ విభజన: వాక్యూమ్ వడపోత, ఆర్సెనిక్ రికవరీకి వడపోతను పంపడం.
4. కడగడం: ఫిల్టర్ అవశేషాలను సజల హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లంతో 3 సార్లు కడగాలి.

4. విద్యుద్విశ్లేషణ శుద్ధి పద్ధతి

4.1 సూత్రం

యాంటిమోనీ (+0.212V) మరియు ఆర్సెనిక్ (+0.234V) మధ్య నిక్షేపణ పొటెన్షియల్స్‌లోని వ్యత్యాసాన్ని ఉపయోగిస్తుంది.

4.2 ప్రక్రియ ప్రవాహం

1. ఆనోడ్ తయారీ: ముడి యాంటిమోనీని 400×600×20mm ఆనోడ్ ప్లేట్లలో వేయండి.
2. ఎలక్ట్రోలైట్ కూర్పు: Sb³⁺ 80g/L, HCl 120g/L, సంకలితం (జెలటిన్) 0.5g/L
3. విద్యుద్విశ్లేషణ పరిస్థితులు:
   • ప్రస్తుత సాంద్రత: 120-150A/m²
   • సెల్ వోల్టేజ్: 0.4-0.6V
   • ఉష్ణోగ్రత: 30-35°C
   • ఎలక్ట్రోడ్ దూరం: 100mm
4. చక్రం: ప్రతి 7-10 రోజులకు సెల్ నుండి తీసివేయండి

4.3 సాంకేతిక సూచికలు

• కాథోడ్ యాంటీమోనీ స్వచ్ఛత: ≥99.85%
• ఆర్సెనిక్ తొలగింపు రేటు: >95%
• ప్రస్తుత సామర్థ్యం: 85-90%

5. ఎమర్జింగ్ ఆర్సెనిక్ రిమూవల్ టెక్నాలజీస్

5.1 వాక్యూమ్ డిస్టిలేషన్

0.1-10Pa వాక్యూమ్ కింద, ఆవిరి పీడన వ్యత్యాసాన్ని ఉపయోగిస్తుంది (550°C వద్ద 133Pa, Sb కి 1000°C అవసరం).

5.2 ప్లాస్మా ఆక్సీకరణ

సెలెక్టివ్ ఆర్సెనిక్ ఆక్సీకరణ, తక్కువ ప్రాసెసింగ్ సమయం (10-30 నిమిషాలు), తక్కువ శక్తి వినియోగం కోసం తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత ప్లాస్మా (5000-10000K)ని ఉపయోగిస్తుంది.

6. ప్రక్రియ పోలిక మరియు ఎంపిక సిఫార్సులు

ఎంపిక సిఫార్సులు:

• అధిక-ఆర్సెనిక్ ఫీడ్ (As>3%): ఆల్కలీ సల్ఫైడ్ లీచింగ్‌ను ఇష్టపడండి
• మీడియం ఆర్సెనిక్ (0.5-3%): ఆల్కలీన్ రిఫైనింగ్ లేదా విద్యుద్విశ్లేషణ
• తక్కువ-ఆర్సెనిక్ అధిక-స్వచ్ఛత అవసరాలు: విద్యుద్విశ్లేషణ శుద్ధి సిఫార్సు చేయబడింది

7. ముగింపు

ముడి యాంటిమోనీ నుండి ఆర్సెనిక్ తొలగింపుకు ముడి పదార్థ లక్షణాలు, ఉత్పత్తి అవసరాలు మరియు ఆర్థిక శాస్త్రాన్ని సమగ్రంగా పరిశీలించడం అవసరం. సాంప్రదాయ పైరోమెటలర్జికల్ పద్ధతులు పెద్ద సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి కానీ గణనీయమైన పర్యావరణ ఒత్తిడిని కలిగి ఉంటాయి; హైడ్రోమెటలర్జికల్ పద్ధతులు తక్కువ కాలుష్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి కానీ ఎక్కువ ప్రక్రియలను కలిగి ఉంటాయి; విద్యుద్విశ్లేషణ పద్ధతులు అధిక స్వచ్ఛతను ఉత్పత్తి చేస్తాయి కానీ ఎక్కువ శక్తిని వినియోగిస్తాయి. భవిష్యత్ అభివృద్ధి దిశలలో ఇవి ఉన్నాయి:

1. సమర్థవంతమైన మిశ్రమ సంకలనాలను అభివృద్ధి చేయడం
2. బహుళ-దశల మిశ్రమ ప్రక్రియలను ఆప్టిమైజ్ చేయడం
3. ఆర్సెనిక్ వనరుల వినియోగాన్ని మెరుగుపరచడం
4. శక్తి వినియోగం మరియు కాలుష్య ఉద్గారాలను తగ్గించడం