1. Муқаддима

Сурма, ҳамчун як металли муҳими ғайриранга, ба таври васеъ дар моддаҳои оташгиранда, хӯлаҳо, нимноқилҳо ва дигар соҳаҳо истифода мешавад. Аммо, маъданҳои сурма дар табиат аксар вақт бо арсен ҳамзистӣ мекунанд, ки дар натиҷа миқдори зиёди арсен дар сурмаи хом ба вуҷуд меояд, ки ба самаранокӣ ва татбиқи маҳсулоти сурма таъсири назаррас мерасонад. Дар ин мақола усулҳои гуногуни тоза кардани арсен дар тозакунии сурмаи хом, аз ҷумла тозакунии пирометаллургӣ, тозакунии гидрометаллургӣ ва тозакунии электролитӣ ба таври систематикӣ муаррифӣ карда мешаванд ва принсипҳо, ҷараёнҳои раванд, шароити корӣ ва бартариҳо/камбудиҳои онҳо муфассал шарҳ дода мешаванд.

2. Рафъи пирометаллургӣ барои тоза кардани арсен

2.1 Усули тозакунии ишқорӣ

2.1.1 Принсип

Усули тозакунии ишқорӣ арсенро дар асоси реаксияи байни пайвастагиҳои арсен ва металлҳои ишқорӣ барои ташкил кардани арсенатҳо тоза мекунад. Муодилаҳои асосии реаксия:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Ҷараёни раванд

1. Тайёр кардани ашёи хом: Сурмаи хомро ба зарраҳои 5-10 мм майда кунед ва бо хокистари сода (Na₂CO₃) бо таносуби массавии 10:1 омехта кунед.
2. Гудозиш: Дар кӯраи ревербераторӣ то 850-950°C гарм кунед, 2-3 соат нигоҳ доред
3. Оксидшавӣ: Ҳавои фишурдаро ворид кунед (фишор 0.2-0.3MPa), суръати ҷараён 2-3 м³/(соат·т)
4. Ташаккули шлак: Миқдори мувофиқи селитра (NaNO₃)-ро ҳамчун оксидант бо миқдори 3-5% вазни сурма илова кунед
5. Тоза кардани шлак: Пас аз 30 дақиқа нишастан, шлаки рӯизаминиро тоза кунед
6. Амалро такрор кунед: Раванди дар боло зикршударо 2-3 маротиба такрор кунед

2.1.3 Идоракунии параметрҳои раванд

• Назорати ҳарорат: Ҳарорати оптималӣ 900±20°C
• Миқдори сілтӣ: Мувофиқи миқдори арсен, одатан 8-12% вазни сурма, танзим кунед
• Вақти оксидшавӣ: 1-1.5 соат дар як давраи оксидшавӣ

2.1.4 Самаранокии хориҷ кардани арсен

Метавонад миқдори арсенро аз 2-5% то 0.1-0.3% кам кунад

2.2 Усули бухоршавии оксидӣ

2.2.1 Принсип

Аз хусусияти он, ки оксиди арсен (As₂O₃) нисбат ба оксиди сурма зудтар бухоршаванда аст, истифода мебарад. As₂O₃ танҳо дар 193°C бухор мешавад, дар ҳоле ки Sb₂O₃ ба 656°C ниёз дорад.

2.2.2 Ҷараёни раванд

1. Гудозиши оксидӣ: Дар кӯраи чархзананда то 600-650°C бо ворид кардани ҳаво гарм кунед.
2. Коркарди газҳои дуд: конденсатсия ва барқароркунии As₂O₃ бухоршуда
3. Гудозиши камкунӣ: Маводи боқимондаро дар 1200°C бо кокаин кам кунед
4. Тозакунӣ: Барои тозакунии минбаъда миқдори ками хокистари сода илова кунед

2.2.3 Параметрҳои асосӣ

• Консентратсияи оксиген: 21-28%
• Вақти истиқомат: 4-6 соат
• Суръати гардиши танӯр: 0.5-1р/дақ

3. Тозакунии гидрометаллургӣ барои тоза кардани арсен

3.1 Усули шустагарӣ бо сулфиди ишқорӣ

3.1.1 Принсип

Аз хусусияти он истифода мебарад, ки сулфиди арсен нисбат ба сулфиди сурма дар маҳлулҳои сулфиди ишқорӣ ҳалшавандагии баландтар дорад. Реаксияи асосӣ:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Ҳалнашаванда

3.1.2 Ҷараёни раванд

1. Сулфидкунӣ: Хокаи сурмаи хомро бо сулфур дар таносуби массаи 1:0.3 омехта кунед, дар ҳарорати 500°C барои 1 соат сулфид кунед.
2. Шустан: Маҳлули 2 мол/л Na₂S-ро истифода баред, таносуби моеъ-сахт 5:1, дар ҳарорати 80°C барои 2 соат омехта кунед
3. Филтратсия: Филтр бо пресси филтрӣ, боқимонда консентрати сурмаи камарсенӣ мебошад
4. Регенератсия: Барои барқарор кардани Na₂S ба филтрат H₂S-ро ворид кунед

3.1.3 Шартҳои раванд

• Консентратсияи Na₂S: 1,5-2,5мол/л
• РН-и шусташавӣ: 12-13
• Самаранокии шустагарӣ: As>90%, талафоти Sb <5%

3.2 Усули шустагарӣ бо оксидшавии кислотавӣ

3.2.1 Принсип

Оксидшавии осонтари арсенро дар шароити кислотаӣ истифода мебарад ва оксидантҳо ба монанди FeCl₃ ё H₂O₂-ро барои ҳалшавии интихобӣ истифода мебарад.

3.2.2 Ҷараёни раванд

1. Шустан: Дар маҳлули 1.5 мол/л HCl, 0.5 мол/л FeCl₃ илова кунед, таносуби моеъ-сахт 8:1
2. Назорати потенсиал: Нигоҳ доштани потенсиали оксидшавӣ дар 400-450 мВ (нисбат ба SHE)
3. Ҷудокунии сахт аз моеъ: Филтратсияи вакуумӣ, филтратро ба барқароркунии арсен фиристед
4. Шустан: Боқимондаҳои филтрро 3 маротиба бо кислотаи хлоридии ҳалшуда бишӯед

4. Усули тозакунии электролитӣ

4.1 Принсип

Аз фарқияти потенсиалҳои таҳшиншавӣ байни сурма (+0.212V) ва арсен (+0.234V) истифода мебарад.

4.2 Ҷараёни раванд

1. Тайёр кардани анод: Сурмаи хомро ба лавҳаҳои анодии 400×600×20 мм рехтан
2. Таркиби электролит: Sb³⁺ 80г/л, HCl 120г/л, илова (желатин) 0.5г/л
3. Шароити электролиз:
   • Зичии ҷараён: 120-150A/м²
   • Шиддати ҳуҷайра: 0.4-0.6V
   • Ҳарорат: 30-35°C
   • Масофаи электрод: 100 мм
4. Давра: Ҳар 7-10 рӯз аз ҳуҷайра хориҷ кунед

4.3 Нишондиҳандаҳои техникӣ

• Покии сурмаи катодӣ: ≥99.85%
• Сатҳи хориҷ кардани арсен: >95%
• Самаранокии ҷорӣ: 85-90%

5. Технологияҳои нави тозакунии арсен

5.1 Дистиллятсияи вакуумӣ

Дар зери вакууми 0.1-10Pa, фарқияти фишори буғро истифода мебарад (Ҳамчун: 133Pa дар 550°C, Sb ба 1000°C ниёз дорад).

5.2 Оксидшавии плазма

Плазмаи ҳарорати паст (5000-10000K)-ро барои оксидшавии интихобии арсен, вақти кӯтоҳи коркард (10-30 дақиқа) ва истеъмоли ками энергия истифода мебарад.

6. Муқоисаи равандҳо ва тавсияҳои интихоб

Тавсияҳои интихоб:

• Ғизои дорои миқдори зиёди арсен (As>3%): Шусташавии сілтӣ сулфидро афзалтар медонад
• Миши миёна (0.5-3%): Рафъи ишқорӣ ё электролиз
• Талабот ба тозагии баланди камарсен: Тозакунии электролитӣ тавсия дода мешавад

7. Хулоса

Тоза кардани арсен аз сурмаи хом ба баррасии ҳамаҷонибаи хусусиятҳои ашёи хом, талаботи маҳсулот ва иқтисодиёт ниёз дорад. Усулҳои анъанавии пирометаллургӣ иқтидори калон доранд, аммо фишори назарраси экологӣ доранд; усулҳои гидрометаллургӣ ифлосшавии камтар доранд, аммо равандҳои тӯлонӣ доранд; усулҳои электролитӣ тозагии баландро таъмин мекунанд, аммо энергияи бештарро истеъмол мекунанд. Самтҳои рушди оянда инҳоянд:

1. Таҳияи иловаҳои самараноки композитӣ
2. Беҳтар кардани равандҳои якҷояи бисёрмарҳилаӣ
3. Беҳтар кардани истифодаи захираҳои арсен
4. Кам кардани истеъмоли энергия ва партовҳои ифлосшавӣ