CN108842170A - 一种三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术和环保领域，涉及一种三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺。该工艺包括：三氧化二砷与烧碱混合熔融得到熔融砷酸钠，以石墨作为电解正极，以低熔点高沸点的金属作为电解负极，电解得到单质砷和低熔点砷合金；低熔点砷合金经真空蒸馏，得到单质砷和低熔点高沸点的金属熔体；单质砷由冷凝器收集，上述低熔点高沸点的金属熔体返回继续作为负极。本发明工艺可以避免剧毒砷化氢产生，同时砷在碱覆盖剂的保护下，不会挥发，砷的直收率大幅提高：砷的直收率由传统的60％上升到95％，节约能耗，提高生产率。

Description

一种三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺
技术领域
本发明属于冶金技术和环保领域，涉及一种三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺。
背景技术
在有色重金属黄金等行业，中国每年产出10万吨金属量的砷，由于砷的市场有限，大部分企业对砷的治理都不会予以重视，长期以来高砷物料都是堆放，低砷物料做成砷酸钙铁酸钙，抑或是固化后填埋，随着环保税的开征，含砷物料的资源化绿色清洁处置成为企业市场的重大需求，不仅可以消除含砷物料对环境带来潜在风险，也可以替代传统固化填埋，节约土地资源，将砷做成低毒性单质砷，在储存时可以大大减少砷占有的容积率，同时也可以作为产品出售，为产危废的企业大大减少成本压力。
由于氧化砷在低温下就挥发，传统氧化砷还原，近一半的氧化砷没有还原就直接挥发进入烟尘，严重浪费了能源和设备容量，同时氧化砷的不断挥发循环对环保造成压力，对操作生产安全也带来极大隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供三氧化二砷在碱覆盖化合时，熔融电解，工艺可以避免剧毒砷化氢产生，同时砷在覆盖剂的保护下，不会挥发，砷的直收率大幅提高，节约能耗，提高生产率；电解产生的单质砷以熔融砷的形式沉积在电解槽底部，从槽底溜槽放出，操作环境大大改善，并可以实现自动化操作创造条件，尽可能避免人工操作，操作安全性大大提高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)三氧化二砷与烧碱混合熔融得到熔融砷酸钠，以石墨作为电解正极，以低熔点高沸点的金属作为电解负极，电解得到单质砷和低熔点砷合金；
(2)上述低熔点砷合金经真空蒸馏，得到单质砷和低熔点高沸点的金属熔体；
(3)步骤(2)所得单质砷由冷凝器收集，上述低熔点高沸点的金属熔体返回步骤(1)继续作为负极。
其中，上述三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，步骤(1)中所述三氧化二砷与烧碱的质量比为1～3：1～3，碱在这里作为覆盖剂和电解质。
其中，上述三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，步骤(1)中所述熔融的温度为600～900℃，时间为30～60min。
其中，上述三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，步骤(1)中所述低熔点高沸点的金属选自铅、铋、锡中的至少一种。
其中，上述三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，步骤(1)中所述电解的条件为槽压2～10v，电流密度10～30A/dm2。
其中，上述三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，步骤(1)中所述单质砷由以熔融砷的形式沉积在电解槽底部，从槽底溜槽放出。
其中，上述三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，步骤(2)中所述真空蒸馏的条件为：真空回收的条件为：0<真空度≤50Pa，温度为600～900℃，蒸20～40min的条件下，进行实现砷与铅、锡、铋的分离。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明工艺可以避免剧毒砷化氢产生，同时砷在碱覆盖剂的保护下，不会挥发，砷的直收率大幅提高：砷的直收率由传统的60％上升到95％，节约能耗，提高生产率；电解温度可以降至600℃以内，避免砷的二次氧化，大幅减低了电解质的温度，节约能量；电解产生的单质砷以熔融砷的形式沉积在电解槽底部，从槽底溜槽放出，操作环境大大改善，并可以实现自动化操作创造条件，尽可能避免人工操作，操作安全性大大提高。
由于砷熔点814℃，615℃时升华，砷酸钠的熔点86.3℃，熔融电解的主要成本来自于物料加热融化及电解耗能，直接电解电解温度考虑单质砷的温度就可以了，在850℃才能比较好的形成砷熔体，为了降低砷的熔点，电解的阴极采用铅铋锡等低熔点高沸点的金属，电解产出的单质砷和这类金属形成低熔点的合金，电解温度可以降至600℃以内，避免砷的二次氧化，大幅减低了电解质的温度，节约能量，产出的砷合金进行蒸馏分离砷后，金属返回作为阴极和砷的捕获剂。
由于在熔融高温碱性条件下电解不会产生氢气，所以没有剧毒物质砷化氢产生，避免了在水溶液中砷电解最难解决的砷化氢问题。
附图说明
图1是本发明实施例1三氧化二砷熔融电解单质砷工艺的流程框图。
具体实施方式
本发明提供了一种三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)三氧化二砷与烧碱混合熔融得到熔融砷酸钠，以石墨作为电解正极，以铅、锡、铋低熔点高沸点的金属作为电解负极，电解得到单质砷和低熔点砷合金；所述三氧化二砷与烧碱的质量比为1～3∶1～3；熔融的温度为600～900℃，时间为30～60min；
(2)上述低熔点砷合金经真空蒸馏，得到单质砷和低熔点高沸点的金属熔体；
(3)步骤(2)所得单质砷由冷凝器收集，上述低熔点高沸点的金属熔体返回步骤(1)继续作为负极。
其中，上述三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，步骤(1)中所述三氧化二砷与烧碱的质量比为1：1，碱作为覆盖剂和电解质。
其中，上述三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，步骤(1)中所述电解的条件为槽压2～10v，电流密度10～30A/dm2。
其中，上述三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，步骤(1)中所述单质砷由以熔融砷的形式沉积在电解槽底部，从槽底溜槽放出。
其中，上述三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，步骤(2)中所述真空蒸馏的条件为：真空回收的条件为：0<真空度≤50Pa，温度为600～900℃，蒸20～40min的条件下，进行实现砷与铅、锡、铋的分离。
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1
三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)三氧化二砷与烧碱按照质量比为1：1混合熔融，熔融的温度为800℃，时间为40min，得到熔融砷酸钠，以石墨作为电解正极，以铅作为电解负极，槽压8v，电流密度20A/dm2电解，得到单质砷和低熔点砷合金，单质砷由以熔融砷的形式沉积在电解槽底部，从槽底溜槽放出；
(2)上述低熔点砷合金经真空蒸馏，真空回收的条件为：真空度40Pa，温度为700℃，蒸30min，得到单质砷和铅；
(3)步骤(2)所得单质砷由冷凝器收集，上述铅则返回步骤(1)继续作为负极。
实施例2
三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)三氧化二砷与烧碱按照质量比为1：1混合熔融，熔融的温度为730℃，时间为50min，得到熔融砷酸钠，以石墨作为电解正极，以铋作为电解负极，槽压6v，电流密度25A/dm2电解，得到单质砷和低熔点砷合金，单质砷由以熔融砷的形式沉积在电解槽底部，从槽底溜槽放出；
(2)上述低熔点砷合金经真空蒸馏，真空回收的条件为：真空度30Pa，温度为800℃，蒸30min，得到单质砷和铋；
(3)步骤(2)所得单质砷由冷凝器收集，上述铋则返回步骤(1)继续作为负极。
实施例3
三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)三氧化二砷与烧碱按照质量比为1∶1混合熔融，熔融的温度为900℃，时间为50min，得到熔融砷酸钠，以石墨作为电解正极，以锡作为电解负极，槽压6v，电流密度30A/dm2电解，得到单质砷和低熔点砷合金，单质砷由以熔融砷的形式沉积在电解槽底部，从槽底溜槽放出；
(2)上述低熔点砷合金经真空蒸馏，真空回收的条件为：真空度30Pa，温度为740℃，蒸30min，得到单质砷和锡；
(3)步骤(2)所得单质砷由冷凝器收集，上述锡则返回步骤(1)继续作为负极。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
(1)三氧化二砷与烧碱混合熔融得到熔融砷酸钠，以石墨作为电解正极，以低熔点高沸点的金属作为电解负极，电解得到单质砷和低熔点砷合金；
(2)上述低熔点砷合金经真空蒸馏，得到单质砷和低熔点高沸点的金属熔体；
(3)步骤(2)所得单质砷由冷凝器收集，上述低熔点高沸点的金属熔体返回步骤(1)继续作为负极。
2.根据权利要求1所述的三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述三氧化二砷与烧碱的质量比为1～3∶1～3。
3.根据权利要求1所述的三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述熔融的温度为600～900℃，时间为30～60min。
4.根据权利要求1所述的三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述低熔点高沸点的金属选自铅、铋、锡中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述电解的条件为槽压2～10v，电流密度10～30A/dm2。
6.根据权利要求1所述的三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述单质砷由以熔融砷的形式沉积在电解槽底部，从槽底溜槽放出。
7.根据权利要求1所述的三氧化二砷熔融电解单质砷的工艺，其特征在于，步骤(2)中所述真空蒸馏的条件为：真空回收的条件为：0<真空度≤50Pa，温度为600～900℃，蒸20～40min的条件下，实现砷与铅、锡、铋的分离。
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