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。
技术实现要素:
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%。