一种利用气液相图进行真空蒸馏分离砷锑的方法

本发明属于有色金属冶炼，具体涉及一种利用气液相图进行真空蒸馏分离砷锑的方法。

背景技术：

1、锑被广泛应用于阻燃剂、合金、医药和电子材料等领域，提高锑纯度是其高端化和高值化应用的关键。粗锑中的杂质主要包括砷、铅、铜、铁、钠、锡和硫，其中砷杂质与锑的物理化学性质极为相似，难以脱除。因此，如何低成本、高效地脱除粗锑中的砷杂质是实现高纯锑制备的关键。

2、在工业生产中，粗锑中砷杂质的脱除依赖于向粗锑中加入大量的纯碱，在反射炉中进行熔炼和吹炼除去杂质砷，产出金属锑。然而，炉内的高温环境加之强碱性氛围会对炉壁产生强腐蚀作用，不可避免地造成炉体寿命急速缩短，且环境污染严重。基于上述问题，科研人员发现向粗锑中加入金属添加剂，可以取得较好的精炼效果，如中国专利cn104328289a公开了一种粗锑真空精炼过程中铅砷的脱除方法，向粗锑中加入粗锑质量1～5％的金属添加剂，在真空度为4～20pa、温度为580～650℃的条件下蒸馏0.5～1h，金属添加剂的加入引入了新的杂质，需要考虑额外的工艺去除。

3、冶金工业领域的反应过程主要以分离提纯为主，气液相平衡数据不但可以检验气液相平衡理论的正确性，还可以指导实际的生产过程设计，如设计单元操作流程、优化生产工艺、装置评估等。通常情况下，气液相平衡数据是由科研工作者通过实验测定的，但是某些物系由于受到各种因素影响无法直接测定实验数据时，也可通过理论计算的途径获得。

4、中国专利cn104561567a公开了一种高砷锑合金真空蒸馏脱砷的方法，在真空度为1～100pa、温度为600～1000℃的条件下蒸馏0.5～4h，得到粗锑合金和粗砷合金，但该方法仅适用于高砷锑合金，高砷锑合金中包括以下质量百分比的组分：砷含量1.5～25％，锑含量75～99％，余量为其它杂质金属。而且，粗锑脱砷的真空蒸馏工艺参数过于宽泛，最佳工艺参数需依赖于大量重复性实验探索，造成能源、时间、精力的浪费，资源利用率低，不利于锑资源的可持续发展。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用气液相图进行真空蒸馏分离砷锑的方法。本发明提供的真空蒸馏分离砷锑的方法，以气液相图为指导，能够准确、直观、快速地得到最优真空蒸馏工艺参数，且适用于全浓度范围内的砷锑合金。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种利用气液相图进行真空蒸馏分离砷锑的方法，包括以下步骤：

4、利用热力学模型计算得到砷-锑二元体系的热力学性质；

5、将所述热力学性质用于绘制砷-锑二元气液相图，确定真空蒸馏的工艺参数；

6、采用所述真空蒸馏的工艺参数进行真空蒸馏分离砷锑，得到金属锑和砷。

7、优选的，所述热力学模型为wilson方程。

8、优选的，所述热力学性质包括组元活度、组元活度系数。

9、优选的，所述真空蒸馏的工艺参数包括真空度和对应真空度下的蒸馏温度。

10、优选的，所述真空度为1～100pa，所述蒸馏温度为600～900k。

11、优选的，所述真空蒸馏分离砷锑的时间为60～120min。

12、优选的，所述真空蒸馏分离砷锑的设备为真空炉，所述真空炉的内顶部设有气态砷的捕获回收器。

13、本发明提供了一种利用气液相图进行真空蒸馏分离砷锑的方法，包括以下步骤：利用热力学模型计算得到砷-锑二元体系的热力学性质；根据气液相平衡理论，将所述热力学性质用于绘制砷-锑二元气液相图，确定真空蒸馏的工艺参数；采用所述真空蒸馏的工艺参数进行真空蒸馏分离砷锑，得到金属锑和砷。

14、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

15、本发明提供的真空蒸馏分离砷锑的方法，以气液相图为指导，通过气液相图分析，在确定的压力和温度条件下，可以得到砷、锑在气相中和液相中的含量，能够准确、直观、快速地得到分离砷锑的最优真空蒸馏工艺参数(包括真空度和对应真空度下的蒸馏温度)，且适用于全浓度范围内的砷锑合金；改善了现有火法炼锑工艺资源利用率低、环境污染严重的问题。

16、进一步地，本发明采用真空蒸馏法进行砷锑的分离，无需引入添加剂，具有产品附加值高、绿色环保、操作简单的优点。本发明基于理论指导实验，分离提纯过程属于物理方法，无三废产生，得到的金属锑或砷的纯度均在99.99wt.％以上，具有能耗低、砷锑分离效率高、环境友好的优点；对于缓解精锑供应短缺、提高资源利用率、拓宽粗锑精炼工艺等方面具有积极作用。

技术特征：

1.一种利用气液相图进行真空蒸馏分离砷锑的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的真空蒸馏分离砷锑的方法，其特征在于，所述热力学模型为wilson方程。

3.根据权利要求1所述的真空蒸馏分离砷锑的方法，其特征在于，所述热力学性质包括组元活度、组元活度系数。

4.根据权利要求1所述的真空蒸馏分离砷锑的方法，其特征在于，所述真空蒸馏的工艺参数包括真空度和对应真空度下的蒸馏温度。

5.根据权利要求4所述的真空蒸馏分离砷锑的方法，其特征在于，所述真空度为1～100pa，所述蒸馏温度为600～900k。

6.根据权利要求1所述的真空蒸馏分离砷锑的方法，其特征在于，所述真空蒸馏分离砷锑的时间为60～120min。

7.根据权利要求1所述的真空蒸馏分离砷锑的方法，其特征在于，所述真空蒸馏分离砷锑的设备为真空炉，所述真空炉的内顶部设有气态砷的捕获回收器。

技术总结
本发明属于有色金属冶炼技术领域，具体涉及一种利用气液相图进行真空蒸馏分离砷锑的方法。本发明应用热力学模型对As‑Sb二元体系的组元活度进行计算，再基于相平衡理论绘制多真空度下的As‑Sb二元气液相图，根据气液相图得到最优实验条件；然后在最优实验条件下进行真空蒸馏，实现砷锑分离。本发明通过As‑Sb二元气液相图分析，快速精准确定对应压力下的蒸馏温度，成功脱除粗锑中的砷，金属锑的纯度在99.99wt.％以上，同时，也适用于粗砷除锑。且本发明属于物理化学方法，不需要任何添加剂或催化剂。本发明的提纯过程绿色环保、蒸馏温度低、杂质脱除效率高，经济效益和社会效益显著。

技术研发人员：杨红卫,文启虹,刘大春,孔祥峰,杨佳,徐宝强,蒋文龙,查国正,李一夫,曲涛,杨斌
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15