專利名稱：一種真空碳熱還原三氧化二砷制備粗砷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱還原火法冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種真空碳熱還原三氧化二砷制備粗砷的方法。
背景技術(shù)：
砷是一種對(duì)人體及其他生物體有毒害作用的致癌物質(zhì)，其急性中毒的致死量為 0. 2 0. 6g。砷作為“五毒”元素(As、Hg、Cd、Pb、Cr)之一已為眾所周知，砷有多種價(jià)態(tài)(_3， 0，+3，+幻，在不同的氧化還原環(huán)境中常以+3價(jià)和+5價(jià)態(tài)砷存在，而不同價(jià)態(tài)的砷的毒性相差很大，其中以+3價(jià)態(tài)存在的砷化合物是劇毒物，其毒性危害最大，如“砒霜”(As2O3)的毒性自古以來(lái)即家喻戶曉。+5價(jià)砷的毒性也很大；而單質(zhì)砷不溶于水，一般無(wú)害。在工業(yè)中， 砷是冶煉砷合金的原料，廣泛用于軍工(砷鉛合金彈頭)、汽車(砷銅合金)和半導(dǎo)體(砷化鎵)及輕化工等行業(yè)；在農(nóng)林牧業(yè)中是十分重要的防治病蟲害的農(nóng)藥原料；在醫(yī)藥方面， 砷可作為治療牛皮癬等皮膚病、寄生蟲病及風(fēng)濕癥、白血病等惡性疾病的醫(yī)藥制劑，藥用雄黃、雌黃更是在中藥配方中所常見。單質(zhì)砷的制取，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的技術(shù)主要有氫還原法、碳還原法和硫砷鐵礦熱分解法。氫還原法是以氫為還原劑，還原三氧化二砷獲得砷，此法由于使用的還原劑為氫氣有爆炸的危險(xiǎn)。美國(guó)專利US3，567，379曾提出以氨氣為還原劑的還原方法，在一定溫度下，氨分解出游離氫氣，還原三氧化二砷得到砷，該法雖然避免了氫氣爆炸的危險(xiǎn)，但工藝過(guò)程和設(shè)備復(fù)雜，能耗大；有研究者利用含砷礦物直接分解，獲得金屬砷，但回收率低，且只適用于部分礦物；碳熱還原法由兩類方式，其一是將三氧化二砷與炭混合，在坩堝爐或電爐中加熱還原，使砷氣化致冷凝器中收集，此類方式原料損失大、直收率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，環(huán)境污染大，且電爐耗電量大，投資大，成本高。另一類則是三氧化二砷不與炭混合，是使三氧化二砷通過(guò)灼熱炭層的還原方式。我國(guó)水口山冶煉廠較早的采用了此種碳還原法，其采用木炭還原三氧化二砷制取砷，還原反應(yīng)在一高硅耐熱鑄鐵豎爐中進(jìn)行，豎爐內(nèi)部分兩層，反應(yīng)時(shí)炭控制750-80(TC，三氧化二砷揮發(fā)通過(guò)炭層，被還原后生成砷蒸氣，砷蒸氣在冷凝器中凝結(jié)得到產(chǎn)品砷。此方法簡(jiǎn)單易行，適應(yīng)性強(qiáng)。我國(guó)專利(ZL 89101045.9,92110735. 8)在微負(fù)壓條件下，將木炭置于內(nèi)熱電爐爐膛還原區(qū)，三氧化二砷逐漸揮發(fā)，通過(guò)灼熱的炭層，還原為金屬砷，而后冷凝，得到純度為99%左右的砷。但上述兩種方法都是在高溫下砷對(duì)豎爐腐蝕嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高；同時(shí)，由于其在常壓或微負(fù)壓下進(jìn)行，砷還原氣氛難以控制，還原后的砷容易再被氧化，還原率低。本發(fā)明與上述方法相比，在10 200Pa的環(huán)境壓力中，用碳層還原三氧化二砷蒸氣，具有工藝流程簡(jiǎn)單、還原率高，對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，尚未見國(guó)內(nèi)外的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種真空碳熱還原三氧化二砷制備粗砷的方法，以木炭或焦炭為還原劑，在真空環(huán)境壓力中，使三氧化二砷揮發(fā)自下而上的通過(guò)熱還原劑層、被還原，得到砷蒸氣，砷蒸氣進(jìn)入冷凝器凝結(jié)為固體粗砷。其工藝流程見附圖1，主要步驟如下(1)將木炭或焦炭放入真空爐還原劑料層，將純度為80%以上的三氧化二砷放入還原劑料層下部的揮發(fā)坩堝中；(2)將真空爐抽真空至10 2001 后，以10 20°C /min的速度將碳層加熱至 500 700 °C ；(3)再將三氧化二砷加熱至300 500°C，使其揮發(fā)自下而上的通過(guò)還原劑層、被還原，保溫2 他，得到砷蒸氣；(4)砷蒸氣進(jìn)入冷凝器在50 200°C條件下凝結(jié)為固體粗砷，其純度達(dá)到95%以上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單，便于操作，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程在真空中進(jìn)行，還原率高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。


圖1是本發(fā)明真空碳熱還原三氧化二砷制備粗砷的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將200g木炭放入真空爐還原劑層中，將砷灰(Aii2O3 > 90% ) 500g裝入真空爐揮發(fā)坩堝，開啟真空系統(tǒng)，當(dāng)壓力穩(wěn)定(10 12Pa)時(shí)開始升溫，以20°C/min的速度將木炭層升溫至600°C，此時(shí)爐內(nèi)壓力達(dá)31 ；然后將三氧化二砷加熱至400°C，此時(shí)爐內(nèi)壓力為97Pa，保持揮發(fā)溫度4h，過(guò)程中爐內(nèi)壓力在14 186Pa區(qū)間波動(dòng)，待爐內(nèi)壓力穩(wěn)定至14 左右，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，待自然冷卻后打開真空爐，從冷凝器中取出固體粗砷，其純度為 95. 3%。實(shí)施例2將IOOOg焦炭放入真空爐還原劑層中，將砷灰(Ai^2O3 > 90% )2000g裝入真空爐揮發(fā)坩堝，開啟真空系統(tǒng)，當(dāng)壓力穩(wěn)定(15 18Pa)時(shí)開始升溫，以15°C/min的速度將木炭層升溫至700°C，此時(shí)爐內(nèi)壓力達(dá)35 ；然后將三氧化二砷加熱至350°C，此時(shí)爐內(nèi)壓力為104Pa，保持揮發(fā)溫度8h，過(guò)程中爐內(nèi)壓力在21 162 區(qū)間波動(dòng)，待爐內(nèi)壓力穩(wěn)定至21 左右，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，待自然冷卻后打開真空爐，從冷凝器中取出固體粗砷，其純度為96. 7%。
權(quán)利要求
1.一種真空碳熱還原三氧化二砷制備粗砷的方法，其特征在于含有以下步驟(1)將木炭或焦炭放入真空爐還原劑料層，將純度為80%以上的三氧化二砷放入還原劑料層下部的揮發(fā)坩堝中；(2)將真空爐抽真空至10 2001 后，以10 20°C/min的速度將碳層加熱至500 900 0C ；(3)再將三氧化二砷加熱至300 500°C，使其揮發(fā)自下而上的通過(guò)還原劑層、被還原， 保溫2 他，得到砷蒸氣；(4)砷蒸氣進(jìn)入冷凝器在50 200°C條件下凝結(jié)為固體粗砷，其純度達(dá)到95%以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空碳熱還原三氧化二砷制備粗砷的方法，其特征在于所述的步驟( 碳層加熱至500 900°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空碳熱還原三氧化二砷制備粗砷的方法，其特征在于所述的步驟O)中以20°C /min的速度將碳層加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空碳熱還原三氧化二砷制備粗砷的方法，其特征在于所述的步驟(3)中三氧化二砷加熱至300 500°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種真空碳熱還原三氧化二砷制備粗砷的方法，其制備工藝為以木炭或焦炭為還原劑，在10～200Pa的環(huán)境壓力中，以10～20℃/min的速度將還原劑加熱至500～900℃，而后將三氧化二砷加熱至300～500℃，使其揮發(fā)自下而上的通過(guò)還原劑層、被還原，得到砷蒸氣，砷蒸氣進(jìn)入冷凝器在50～200℃條件下凝結(jié)為固體粗砷。該工藝流程簡(jiǎn)單，還原溫度低，便于操作，還原率高，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程在真空中進(jìn)行，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
文檔編號(hào)C22B30/04GK102321813SQ20111029942
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者劉大春, 劉新陽(yáng), 姚耀春, 徐寶強(qiáng), 戴永年, 曲濤, 楊成林, 楊斌, 熊恒, 王煒, 秦博, 鄧勇, 郁青春, 馬文會(huì) 申請(qǐng)人:云南錫業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司研究設(shè)計(jì)院, 昆明理工大學(xué)