CN114107698A - 一种高稳定性高纯砷的生产方法 - Google Patents

一种高稳定性高纯砷的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种高稳定性高纯砷的生产方法。所述方法包括如下步骤：(1)将硫化砷原料、金属碳化物的混合物在惰性气体内，在550～600℃的温度下反应30～40min；(2)将反应产物在亚临界条件下以水提取，得到含有单质砷的水溶液；(3)将含有单质砷的水溶液以200～300rpm离心15～20min，真空干燥，获得单质砷。本发明方法纯化砷时采用亚临界水处理，对温度条件的要求低于单纯蒸馏热处理，有效降低对资源的需求，同时也能保证单质砷的回收率＞95％。纯度＞99.999％。

Description

一种高稳定性高纯砷的生产方法
技术领域
本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种高稳定性高纯砷的生产方法。
背景技术
有色冶炼行业的原料主要为硫化精矿，随着原料市场的紧缺，硫化精矿含杂越来越高，特别是含砷量也越来愈多，砷在硫化精矿中主要以硫化物和氧化物的形式存在，在火法冶炼过程中，主要以氧化物的形态挥发进入冶炼烟气，部分进入渣相。烟气在收尘过程中，部分砷会直接经冷凝产出三氧化二砷，其余的砷在制酸过程中经洗净进入废酸中，废酸经硫化后产生硫化砷渣交有处置资质的单位处理。
随着有色冶炼规模的不断扩大，目前国内含砷固废越来越多，含砷固废的处理可分为传统火法处理和湿法处理工艺。火法处理工艺就是利用砷化物高温易挥发的特点，将砷以白砷的形式分离回收，但该工艺对环境污染严重，生产环境恶劣；湿法处理工艺一般是将含砷固废进行选择性浸出脱砷，然后在将砷资源化或无害化处理，该工艺会产生大量的固体废物，处理成本高，不利于保护环境。随着环保形势的日趋严峻，目前有色冶炼行业探索将含砷固废中的砷转变为白砷，再进一步将白砷转变为单质砷，以实现减量化和无害化，这也是未来行业发展的必由之路。
中国专利201310310187.0公开了一种从硫化砷渣中回收单质砷的方法，用碱性氧化将硫化砷中的砷溶出，加入浓盐酸和氯化亚锡粉末，反应8h后，固液分离得到黑色固体单质砷，溶液用电解技术回收氯化亚锡返回利用。该工艺流程较长，成本高。
中国专利201810798135.5公开了一种三氧化二砷还原得到单质砷的工艺，该方法将三氧化二砷、低熔点物质、还原剂和纯碱混合均匀，放入坩埚中保温反应，得到低熔点难挥发的砷合金，再将砷合金真空回收，得到金属砷。本发明针对有色冶炼行业的含砷液体提出了一种快速制备单质砷的湿法处理工艺。
中国专利201910320275.6公开了一种单质砷的生产方法，该方法将硫化砷原料、金属碳化物的混合物在保护气氛下反应，随后将反应产物进行负压蒸馏，得到单质砷。本发明通过硫化砷原料、金属碳化物在所述的温度条件下进行反应，配合后续的负压蒸馏，可以出人意料地获得晶态单质砷，不仅如此，还能够显著提升单质砷的收率和纯度。该方法后续蒸馏所需的温度高，资源耗费太大。
基于上述情况，本发明提出了一种高稳定性高纯砷的生产方法，可有效解决以上问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高稳定性高纯砷的生产方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种高稳定性高纯砷的生产方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将硫化砷原料、金属碳化物的混合物在惰性气体内，在550～600℃的温度下反应30～40min；
(2)将反应产物在亚临界条件下以水提取，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以200～300rpm离心15～20min，真空干燥，获得单质砷。
优选地，所述步骤(1)中，所述金属碳化物包括碳化钙、碳化镁、碳化钠、碳化铬、碳化铝中的至少一种。
优选地，所述步骤(1)中，所述金属碳化物为碳化钙。
优选地，所述步骤(1)中，所述惰性气体为氮气、氦气、二氧化碳的其中一种。
优选地，所述步骤(1)中，所述惰性气体为氮气。
优选地，所述步骤(2)中，所述亚临界条件为温度为350～380℃、压强为15～16Mpa。
优选地，所述步骤(2)中，所述亚临界条件为温度为375℃、压强为15Mpa。
优选地，所述步骤(2)中，在亚临界条件下以水提取50～60min，水流量为0.60～0.72L/h。
优选地，所述步骤(2)中，在亚临界条件下以水提取50min，水流量为0.68L/h。
本发明提供了一种高稳定性高纯砷的生产方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将硫化砷原料、碳化钙的混合物在氮气内，在550～600℃的温度下反应30～40min；
(2)将反应产物在亚临界条件温度为350～380℃、压强为15～16Mpa下以水提取50～60min，水流量为0.60～0.72L/h，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以200～300rpm离心15～20min，真空干燥，获得单质砷。
在其中一个实施例中，所述方法包括如下步骤：
(1)将硫化砷原料、碳化钙的混合物在氮气内，在550℃的温度下反应40min；
(2)将反应产物在亚临界条件温度为350℃、压强为15Mpa下以水提取60min，水流量为0.60L/h，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以200rpm离心20min，真空干燥，获得单质砷。
在其中一个实施例中，所述方法包括如下步骤：
(1)将硫化砷原料、碳化钙的混合物在氮气内，在600℃的温度下反应30min；
(2)将反应产物在亚临界条件温度为380℃、压强为16Mpa下以水提取50min，水流量为0.72L/h，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以300rpm离心15min，真空干燥，获得单质砷。
在其中一个实施例中，所述方法包括如下步骤：
(1)将硫化砷原料、碳化钙的混合物在氮气内，在600℃的温度下反应40min；
(2)将反应产物在亚临界条件温度为375℃、压强为15Mpa下以水提取50min，水流量为0.68L/h，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以300rpm离心15min，真空干燥，获得单质砷。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明方法纯化砷时采用亚临界水处理，对温度条件的要求低于单纯蒸馏热处理，有效降低对资源的需求，同时也能保证单质砷的回收率＞95％。纯度＞99.999％。
2.本发明的生产方法简单、操作方便，易于工业化大规模生产。
3.本发明原材料在国内充足，价格适宜，使其规模化生产没有太高的成本限制。
具体实施方式
实施例1
(1)将10g硫化砷原料、15g碳化钙的混合物在氮气内，在550℃的温度下反应40min；
(2)将反应产物在亚临界条件温度为350℃、压强为15Mpa下以水提取60min，水流量为0.60L/h，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以200rpm离心20min，真空干燥，获得单质砷。
实施例2
(1)将10g硫化砷原料、15g碳化钙的混合物在氮气内，在600℃的温度下反应30min；
(2)将反应产物在亚临界条件温度为380℃、压强为16Mpa下以水提取50min，水流量为0.72L/h，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以300rpm离心15min，真空干燥，获得单质砷。。
实施例3
(1)将10g硫化砷原料、15g碳化钙的混合物在氮气内，在600℃的温度下反应40min；
(2)将反应产物在亚临界条件温度为375℃、压强为15Mpa下以水提取50min，水流量为0.68L/h，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以300rpm离心15min，真空干燥，获得单质砷。
对比例1
(1)将10g硫化砷原料、15g碳化钙的混合物在氮气内，在600℃的温度下反应40min；
(2)将反应产物在亚临界条件温度为400℃、压强为18Mpa下以水提取50min，水流量为0.68L/h，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以300rpm离心15min，真空干燥，获得单质砷。
对比例2
(1)将10g硫化砷原料、15g碳化钙的混合物在氮气内，在600℃的温度下反应40min；
(2)将反应产物在亚临界条件温度为300℃、压强为14Mpa下以水提取50min，水流量为0.68L/h，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以300rpm离心15min，真空干燥，获得单质砷。
实施例4性能测试
实施例1～3以及对比例1～2的砷回收率以及纯度。测试结果见表1。
表1性能测试结果
砷回收率 纯度％
实施例1 95.43％ 99.999％
实施例2 96.13％ 99.999％
实施例3 98.45％ 99.999％
对比例1 82.32％ 99.999％
对比例2 90.45％ 99.99％
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种高稳定性高纯砷的生产方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将硫化砷原料、金属碳化物的混合物在惰性气体内，在550～600℃的温度下反应30～40min；
(2)将反应产物在亚临界条件下以水提取，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以200～300rpm离心15～20min，真空干燥，获得单质砷。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述金属碳化物包括碳化钙、碳化镁、碳化钠、碳化铬、碳化铝中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述惰性气体为氮气、氦气、二氧化碳的其中一种。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述亚临界条件为温度为350～380℃、压强为15～16Mpa。
5.根据权利要求1-4所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述亚临界条件为温度为375℃、压强为15Mpa。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在亚临界条件下以水提取50～60min，水流量为0.60～0.72L/h。
7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在亚临界条件下以水提取50min，水流量为0.68L/h。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将硫化砷原料、碳化钙的混合物在氮气内，在550～600℃的温度下反应30～40min；
(2)将反应产物在亚临界条件温度为350～380℃、压强为15～16Mpa下以水提取50～60min，水流量为0.60～0.72L/h，得到含有单质砷的水溶液。
(3)将含有单质砷的水溶液以200～300rpm离心15～20min，真空干燥，获得单质砷。
9.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将硫化砷原料、碳化钙的混合物在氮气内，在600℃的温度下反应30min；
(2)将反应产物在亚临界条件温度为380℃、压强为16Mpa下以水提取50min，水流量为0.72L/h，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以300rpm离心15min，真空干燥，获得单质砷。。
10.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将硫化砷原料、碳化钙的混合物在氮气内，在600℃的温度下反应40min；
(2)将反应产物在亚临界条件温度为375℃、压强为15Mpa下以水提取50min，水流量为0.68L/h，得到含有单质砷的水溶液；
(3)将含有单质砷的水溶液以300rpm离心15min，真空干燥，获得单质砷。
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