CN107043862B - 一种As2O3还原制备金属砷的方法 - Google Patents

一种As2O3还原制备金属砷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种As2O3还原制备金属砷的方法，该方法是将As2O3、碳质还原剂和强碱混合均匀后，置于密闭环境中，进行还原焙烧，还原焙烧完成后，收集砷蒸汽，冷凝，得到金属砷。该方法以As2O3为原料，通过密闭条件下还原得到价值更高的金属砷产品，过程无有毒气体产生，解决了传统制备方法操作环境差、污染严重等问题，具有很好的应用前景。

Description

一种As2O3还原制备金属砷的方法
技术领域
本发明涉及一种金属砷的制备方法，特别涉及一种As2O3通过还原焙烧制备金属砷的方法，属于有色金属冶金技术领域。
背景技术
根据含砷化合物及金属砷毒性强弱的分析，高纯砷没有毒性，而粗金属次之。因此，从含砷物料中提取粗金属砷，不仅有利于安全堆存，对粗金属深加工制备高纯砷也有很好的应用前景。
金属砷的制取，国内外现有的技术主要有：氢还原法、碳还原法和硫砷铁矿分解法，其中碳还原法是目前常用的金属砷的制备方法。我国湖南水口山矿务局第二冶炼厂，在感应电炉坩埚底部放置As2O3原料，上部放置木炭，As2O3挥发后与上部碳相遇，被还原为砷蒸汽，砷蒸汽在冷凝器中凝结得到砷产品。也有文献公开了在微负压条件下对As2O3原料进行碳还原，并得到99％的金属砷。但是，不论是在常压还是在微负压条件下进行，砷还原气氛难以控制，且还原后的砷容易被氧化，降低还原率，且不够安全环保。我国专利CN102321813A公开了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：以木炭或者焦炭为还原剂，在10～200Pa的环境压力中，先将还原剂加热至500～900℃，而后将三氧化二砷加热至300～500℃，使其挥发自下而上通过还原层而被还原，得到砷蒸汽，砷蒸汽进入冷凝器在50～200℃条件下凝结为固体粗砷。该方法虽然能够解决砷蒸汽容易氧化的问题，真空还原方法对设备要求高，且在真空条件下As2O3挥发迅速，导致As2O3与还原剂无法充分接触反应，影响产物纯度。
发明内容
针对现有的制备金属砷的技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种安全、环保、经济，高产率获得高纯度金属砷的方法，解决现有制备砷的工艺存在砷蒸汽易氧化、产品纯度不高、存在安全隐患等问题。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种As2O3还原制备金属砷的方法，该方法是将As2O3、碳质还原剂和强碱混合均匀后，置于密闭环境中，在 500～1200℃温度下进行还原焙烧，还原焙烧完成后，收集砷蒸汽，冷凝，得到金属砷。
本发明的技术方案，关键在于采用了强碱作为二氧化碳吸收剂，强碱易吸收二氧化碳生成稳定的碳酸盐化合物，有利于促进还原反应进行彻底，提高了反应效率。并且通过强碱将反应生成的二氧化碳及时吸收，实现了在密闭条件下进行 As2O3的还原。在密闭环境中进行反应，不但增加了As2O3与还原剂的接触时间，保证As2O3能够还原完全；而且避免了砷蒸汽在挥发过程中易氧化的问题，提高了砷的收率，且还原反应过程不会造成环境污染。相对现有的还原工艺，具有显著的技术进步。
优选的方案，所述As2O3中的砷与所述碳质还原剂中的碳之间的摩尔比为 1:(1.2～5)。
较优选的方案，所述碳质还原剂包括石焦油粉、焦炭粉、活性炭粉、碳黑粉、石墨粉和木炭粉中的至少一种。
优选的方案，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。更优选为氢氧化钠。
较优选的方案，所述强碱的用量为还原焙烧过程中产生的CO2理论摩尔量的1～3倍。
优选的方案，所述还原焙烧的温度为500～1200℃。
优选的方案，所述还原焙烧的时间为1～8h。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
1)能有效避免砷蒸汽挥发过程中易氧化的问题，能获得纯度高达99％以上的金属砷。
2)As2O3原料转化金属砷相对彻底，大大提高砷的收率，获得金属砷的产率高达95％以上。
3)在密闭环境下反应，能避免有害气体的逸出，有利于环境保护。
4)步骤简单，操作性强，能耗低，易于实现工业化生产。
附图说明
【图1】为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
实施例1
取50kgAs2O3粉末与碳粉(碳粉加入量为原料质量的20％)和NaOH粉末 (为生成二氧化碳理论量的1.5倍)混合均匀后放入密闭反应炉中，加热升温至 700℃并保持还原环境4小时后停止加热，还原结束后，打开出气阀，使砷蒸汽挥发并在冷凝器内冷凝得到金属砷，经检测纯度>99％，砷的产率达到95.62％。
实施例2
取50kgAs2O3粉末与碳粉(木碳粉加入量为原料质量的15％)和NaOH粉末(为生成二氧化碳理论量的2倍)混合均匀后放入密闭反应炉中，加热升温至 1000℃并保持还原环境2小时后停止加热，还原结束后，打开出气阀，使砷蒸汽挥发并在冷凝器内冷凝得到金属砷，经检测纯度>99％，砷的产率达到96.72％。
对比例1
取50kgAs2O3粉末与碳粉(木碳粉加入量为原料质量的15％)混合均匀后放入密闭反应炉中，加热升温至1000℃并保持还原环境2小时后停止加热，还原结束后，打开出气阀，使砷蒸汽挥发并在冷凝器内冷凝得到固体产物，经检测产物为砷和氧化砷的混合物，砷纯度仅为85.16％。

Claims (6)

1.一种As2O3还原制备金属砷的方法，其特征在于：将As2O3、碳质还原剂和强碱混合均匀后，置于密闭环境中，在≥500℃温度下进行还原焙烧，还原焙烧完成后，收集砷蒸汽，冷凝，得到金属砷；所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
2.根据权利要求1所述的As2O3还原制备金属砷的方法，其特征在于：所述As2O3中的砷与所述碳质还原剂中的碳之间的摩尔比为1:(1.2～5)。
3.根据权利要求2所述的As2O3还原制备金属砷的方法，其特征在于：所述碳质还原剂包括石焦油粉、焦炭粉、活性炭粉、碳黑粉、石墨粉和木炭粉中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的As2O3还原制备金属砷的方法，其特征在于：所述强碱的用量为还原焙烧过程中产生的CO2理论摩尔量的1～3倍。
5.根据权利要求1～3任一项所述的As2O3还原制备金属砷的方法，其特征在于：所述还原焙烧的温度为500～1200℃。
6.根据权利要求5所述的As2O3还原制备金属砷的方法，其特征在于：所述还原焙烧的时间为1～8h。
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