專利名稱：一種真空碳熱還原三氧化二砷制備粗砷的方法
技術領域：
本發明屬于熱還原火法冶金技術領域，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：
砷是一種對人體及其他生物體有毒害作用的致癌物質，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，砷有多種價態(_3， 0，+3，+幻，在不同的氧化還原環境中常以+3價和+5價態砷存在，而不同價態的砷的毒性相差很大，其中以+3價態存在的砷化合物是劇毒物，其毒性危害最大，如“砒霜”(As2O3)的毒性自古以來即家喻戶曉。+5價砷的毒性也很大；而單質砷不溶于水，一般無害。在工業中， 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)和半導體(砷化鎵)及輕化工等行業；在農林牧業中是十分重要的防治病蟲害的農藥原料；在醫藥方面， 砷可作為治療牛皮癬等皮膚病、寄生蟲病及風濕癥、白血病等惡性疾病的醫藥制劑，藥用雄黃、雌黃更是在中藥配方中所常見。單質砷的制取，國內外現有的技術主要有氫還原法、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。美國專利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，但工藝過程和設備復雜，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、產品質量不穩定，環境污染大，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灼熱炭層的還原方式。我國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，還原反應在一高硅耐熱鑄鐵豎爐中進行，豎爐內部分兩層，反應時炭控制750-80(TC，三氧化二砷揮發通過炭層，被還原后生成砷蒸氣，砷蒸氣在冷凝器中凝結得到產品砷。此方法簡單易行，適應性強。我國專利(ZL 89101045.9,92110735. 8)在微負壓條件下，將木炭置于內熱電爐爐膛還原區，三氧化二砷逐漸揮發，通過灼熱的炭層，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豎爐腐蝕嚴重，生產成本高；同時，由于其在常壓或微負壓下進行，砷還原氣氛難以控制，還原后的砷容易再被氧化，還原率低。本發明與上述方法相比，在10 200Pa的環境壓力中，用碳層還原三氧化二砷蒸氣，具有工藝流程簡單、還原率高，對環境友好等特點，尚未見國內外的相關報道。
發明內容
本發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，在真空環境壓力中，使三氧化二砷揮發自下而上的通過熱還原劑層、被還原，得到砷蒸氣，砷蒸氣進入冷凝器凝結為固體粗砷。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，使其揮發自下而上的通過還原劑層、被還原，保溫2 他，得到砷蒸氣；(4)砷蒸氣進入冷凝器在50 200°C條件下凝結為固體粗砷，其純度達到95%以上。本發明的優點是工藝流程簡單，便于操作，整個反應過程在真空中進行，還原率高，對環境無污染。
圖1是本發明真空碳熱還原三氧化二砷制備粗砷的工藝流程圖。
具體實施例方式實施例1將200g木炭放入真空爐還原劑層中，將砷灰(Aii2O3 > 90% ) 500g裝入真空爐揮發坩堝，開啟真空系統，當壓力穩定(10 12Pa)時開始升溫，以20°C/min的速度將木炭層升溫至600°C，此時爐內壓力達31 ；然后將三氧化二砷加熱至400°C，此時爐內壓力為97Pa，保持揮發溫度4h，過程中爐內壓力在14 186Pa區間波動，待爐內壓力穩定至14 左右，關閉加熱系統，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裝入真空爐揮發坩堝，開啟真空系統，當壓力穩定(15 18Pa)時開始升溫，以15°C/min的速度將木炭層升溫至700°C，此時爐內壓力達35 ；然后將三氧化二砷加熱至350°C，此時爐內壓力為104Pa，保持揮發溫度8h，過程中爐內壓力在21 162 區間波動，待爐內壓力穩定至21 左右，關閉加熱系統，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，使其揮發自下而上的通過還原劑層、被還原， 保溫2 他，得到砷蒸氣；(4)砷蒸氣進入冷凝器在50 200°C條件下凝結為固體粗砷，其純度達到95%以上。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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℃，使其揮發自下而上的通過還原劑層、被還原，得到砷蒸氣，砷蒸氣進入冷凝器在50～200℃條件下凝結為固體粗砷。該工藝流程簡單，還原溫度低，便于操作，還原率高，整個反應過程在真空中進行，對環境無污染。
文檔編號C22B30/04GK102321813SQ20111029942
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者劉大春, 劉新陽, 姚耀春, 徐寶強, 戴永年, 曲濤, 楊成林, 楊斌, 熊恒, 王煒, 秦博, 鄧勇, 郁青春, 馬文會 申請人:云南錫業集團有限責任公司研究設計院, 昆明理工大學