CN102321813A - 一种真空碳热还原三氧化二砷制备粗砷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种真空碳热还原三氧化二砷制备粗砷的方法,其制备工艺为:以木炭或焦炭为还原剂,在10~200Pa的环境压力中,以10~20℃/min的速度将还原剂加热至500~900℃,而后将三氧化二砷加热至300~500℃,使其挥发自下而上的通过还原剂层、被还原,得到砷蒸气,砷蒸气进入冷凝器在50~200℃条件下凝结为固体粗砷。该工艺流程简单,还原温度低,便于操作,还原率高,整个反应过程在真空中进行,对环境无污染。
Description
技术领域
本发明属于热还原火法冶金技术领域,特别是提供了一种真空碳热还原三氧化二砷制备粗砷的方法。
背景技术
砷是一种对人体及其他生物体有毒害作用的致癌物质,其急性中毒的致死量为0.2~0.6g。砷作为“五毒”元素(As、Hg、Cd、Pb、Cr)之一已为众所周知,砷有多种价态(-3,0,+3,+5),在不同的氧化还原环境中常以+3价和+5价态砷存在,而不同价态的砷的毒性相差很大,其中以+3价态存在的砷化合物是剧毒物,其毒性危害最大,如“砒霜”(As2O3)的毒性自古以来即家喻户晓。+5价砷的毒性也很大;而单质砷不溶于水,一般无害。在工业中,砷是冶炼砷合金的原料,广泛用于军工(砷铅合金弹头)、汽车(砷铜合金)和半导体(砷化镓)及轻化工等行业;在农林牧业中是十分重要的防治病虫害的农药原料;在医药方面,砷可作为治疗牛皮癣等皮肤病、寄生虫病及风湿症、白血病等恶性疾病的医药制剂,药用雄黄、雌黄更是在中药配方中所常见。
单质砷的制取,国内外现有的技术主要有:氢还原法、碳还原法和硫砷铁矿热分解法。氢还原法是以氢为还原剂,还原三氧化二砷获得砷,此法由于使用的还原剂为氢气有爆炸的危险。美国专利US3,567,379曾提出以氨气为还原剂的还原方法,在一定温度下,氨分解出游离氢气,还原三氧化二砷得到砷,该法虽然避免了氢气爆炸的危险,但工艺过程和设备复杂,能耗大;有研究者利用含砷矿物直接分解,获得金属砷,但回收率低,且只适用于部分矿物;碳热还原法由两类方式,其一是将三氧化二砷与炭混合,在坩埚炉或电炉中加热还原,使砷气化致冷凝器中收集,此类方式原料损失大、直收率低、产品质量不稳定,环境污染大,且电炉耗电量大,投资大,成本高。另一类则是三氧化二砷不与炭混合,是使三氧化二砷通过灼热炭层的还原方式。我国水口山冶炼厂较早的采用了此种碳还原法,其采用木炭还原三氧化二砷制取砷,还原反应在一高硅耐热铸铁竖炉中进行,竖炉内部分两层,反应时炭控制750-800℃,三氧化二砷挥发通过炭层,被还原后生成砷蒸气,砷蒸气在冷凝器中凝结得到产品砷。此方法简单易行,适应性强。我国专利(ZL 89101045.9、92110735.8)在微负压条件下,将木炭置于内热电炉炉膛还原区,三氧化二砷逐渐挥发,通过灼热的炭层,还原为金属砷,而后冷凝,得到纯度为99%左右的砷。但上述两种方法都是在高温下砷对竖炉腐蚀严重,生产成本高;同时,由于其在常压或微负压下进行,砷还原气氛难以控制,还原后的砷容易再被氧化,还原率低。
本发明与上述方法相比,在10~200Pa的环境压力中,用碳层还原三氧化二砷蒸气,具有工艺流程简单、还原率高,对环境友好等特点,尚未见国内外的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于:提供一种真空碳热还原三氧化二砷制备粗砷的方法,以木炭或焦炭为还原剂,在真空环境压力中,使三氧化二砷挥发自下而上的通过热还原剂层、被还原,得到砷蒸气,砷蒸气进入冷凝器凝结为固体粗砷。其工艺流程见附图1,主要步骤如下:
(1)将木炭或焦炭放入真空炉还原剂料层,将纯度为80%以上的三氧化二砷放入还原剂料层下部的挥发坩埚中;
(2)将真空炉抽真空至10~200Pa后,以10~20℃/min的速度将碳层加热至500~700℃;
(3)再将三氧化二砷加热至300~500℃,使其挥发自下而上的通过还原剂层、被还原,保温2~6h,得到砷蒸气;
(4)砷蒸气进入冷凝器在50~200℃条件下凝结为固体粗砷,其纯度达到95%以上。
本发明的优点是工艺流程简单,便于操作,整个反应过程在真空中进行,还原率高,对环境无污染。
附图说明
图1是本发明真空碳热还原三氧化二砷制备粗砷的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1将200g木炭放入真空炉还原剂层中,将砷灰(As2O3>90%)500g装入真空炉挥发坩埚,开启真空系统,当压力稳定(10~12Pa)时开始升温,以20℃/min的速度将木炭层升温至600℃,此时炉内压力达31Pa;然后将三氧化二砷加热至400℃,此时炉内压力为97Pa,保持挥发温度4h,过程中炉内压力在14~186Pa区间波动,待炉内压力稳定至14Pa左右,关闭加热系统,待自然冷却后打开真空炉,从冷凝器中取出固体粗砷,其纯度为95.3%。
实施例2将1000g焦炭放入真空炉还原剂层中,将砷灰(As2O3>90%)2000g装入真空炉挥发坩埚,开启真空系统,当压力稳定(15~18Pa)时开始升温,以15℃/min的速度将木炭层升温至700℃,此时炉内压力达35Pa;然后将三氧化二砷加热至350℃,此时炉内压力为104Pa,保持挥发温度8h,过程中炉内压力在21~162Pa区间波动,待炉内压力稳定至21Pa左右,关闭加热系统,待自然冷却后打开真空炉,从冷凝器中取出固体粗砷,其纯度为96.7%。
Claims (4)
1.一种真空碳热还原三氧化二砷制备粗砷的方法,其特征在于含有以下步骤:
(1)将木炭或焦炭放入真空炉还原剂料层,将纯度为80%以上的三氧化二砷放入还原剂料层下部的挥发坩埚中;
(2)将真空炉抽真空至10~200Pa后,以10~20℃/min的速度将碳层加热至500~900℃;
(3)再将三氧化二砷加热至300~500℃,使其挥发自下而上的通过还原剂层、被还原,保温2~6h,得到砷蒸气;
(4)砷蒸气进入冷凝器在50~200℃条件下凝结为固体粗砷,其纯度达到95%以上。
2.根据权利要求1所述的一种真空碳热还原三氧化二砷制备粗砷的方法,其特征在于:所述的步骤(2)碳层加热至500~900℃。
3.根据权利要求1所述的一种真空碳热还原三氧化二砷制备粗砷的方法,其特征在于:所述的步骤(2)中以20℃/min的速度将碳层加热。
4.根据权利要求1所述的一种真空碳热还原三氧化二砷制备粗砷的方法,其特征在于:所述的步骤(3)中三氧化二砷加热至300~500℃。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120118 |