锑冶炼砷碱渣短流程制备金属砷基础研究

摘要

金属砷是半导体材料的核心原料.锑冶炼砷碱渣中砷含量高、成分复杂，利用其制备金属砷的关键在于砷与各种杂质的高效分离.本文基于砷地球化学成矿原理，创新性提出了砷酸复盐高精度矿化沉淀理论，开发了砷酸复盐一步还原焙烧制备金属砷的关键技术，突破了高碱/盐溶液中砷与碱、相似杂质的高效分离难题，实现了含砷固废短流程高效制备金属砷.研究表明：采用双氧水进行氧化浸出实现了砷碱渣中砷的高效选择性脱除，最佳反应条件下浸出液中碱、砷与硫组分含量较高；通过碳化处理浸出液回收碱，产品中碱含量达98.79%；砷酸复盐矿化沉淀实现了砷酸盐和碳酸氢盐的选择性分离，含砷渣品位达29.75%；通过对高砷渣中加入碳粉进行还原焙烧处理，得到了纯度达99.81%的金属砷单质，单质砷中锑、硫杂质的含量仅为3%和0.16%，分析还原焙烧过程和冷凝过程中温度与吉布斯自由能的关系可知，为避免影响单质金属砷的品质，硫酸盐还原过程温度应设为620℃，增加还原物质碳粉用量或者升高还原焙烧温度，均有利于提高还原挥发效率以及降低单质砷中硫杂质的含量.本研究不仅可以为含砷固废的资源化处置提供理论依据，还有望为金属砷的高效制备提供技术支撑.

关键词

砷碱渣 / 氧化浸出 / 碳化制碱 / 砷酸复盐 / 还原焙烧

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52304315); 湖南省重大科技攻关“揭榜挂帅”制项目(2023ZJ1110)