1 परिचय

एंटीमनी, एक महत्वपूर्ण अलौह धातु होने के नाते, अग्निरोधी पदार्थों, मिश्र धातुओं, अर्धचालकों और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। हालांकि, प्रकृति में पाए जाने वाले एंटीमनी अयस्कों में अक्सर आर्सेनिक भी मौजूद होता है, जिसके परिणामस्वरूप कच्चे एंटीमनी में आर्सेनिक की मात्रा अधिक होती है, जो एंटीमनी उत्पादों के प्रदर्शन और अनुप्रयोगों को काफी हद तक प्रभावित करती है। यह लेख कच्चे एंटीमनी के शुद्धिकरण में आर्सेनिक को हटाने की विभिन्न विधियों का व्यवस्थित रूप से परिचय कराता है, जिनमें पायरोमेटलर्जिकल रिफाइनिंग, हाइड्रोमेटलर्जिकल रिफाइनिंग और इलेक्ट्रोलाइटिक रिफाइनिंग शामिल हैं। इसमें इन विधियों के सिद्धांत, प्रक्रिया प्रवाह, परिचालन स्थितियां और लाभ/हानि का विस्तृत वर्णन किया गया है।

2. आर्सेनिक हटाने के लिए पायरोमेटलर्जिकल शोधन

2.1 क्षारीय शोधन विधि

2.1.1 सिद्धांत

क्षारीय शोधन विधि में आर्सेनिक और क्षार धातु यौगिकों के बीच अभिक्रिया द्वारा आर्सेनेट का निर्माण होता है, जिसके आधार पर आर्सेनिक को हटाया जाता है। मुख्य अभिक्रिया समीकरण:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 प्रक्रिया प्रवाह

1. कच्चे माल की तैयारी: कच्चे एंटीमनी को 5-10 मिमी के कणों में पीस लें और इसे सोडा ऐश (Na₂CO₃) के साथ 10:1 के द्रव्यमान अनुपात में मिलाएँ।
2. गलाने की प्रक्रिया: प्रतिध्वनि भट्टी में 850-950°C तक गर्म करें, 2-3 घंटे तक इसी तापमान पर रखें।
3. ऑक्सीकरण: संपीड़ित वायु (दबाव 0.2-0.3 एमपीए), प्रवाह दर 2-3 घन मीटर/घंटे (टी) डालें।
4. स्लैग निर्माण: ऑक्सीकारक के रूप में उपयुक्त मात्रा में सॉल्टपीटर (NaNO₃) मिलाएं, खुराक एंटीमनी के वजन का 3-5% होनी चाहिए।
5. स्लैग हटाना: 30 मिनट तक स्थिर रहने के बाद, सतह पर जमा स्लैग को हटा दें।
6. प्रक्रिया दोहराएं: उपरोक्त प्रक्रिया को 2-3 बार दोहराएं।

2.1.3 प्रक्रिया पैरामीटर नियंत्रण

• तापमान नियंत्रण: इष्टतम तापमान 900±20°C
• क्षार की मात्रा: आर्सेनिक की मात्रा के अनुसार समायोजित करें, आमतौर पर एंटीमनी के वजन का 8-12%।
• ऑक्सीकरण समय: प्रति ऑक्सीकरण चक्र 1-1.5 घंटे

2.1.4 आर्सेनिक निष्कासन दक्षता

आर्सेनिक की मात्रा को 2-5% से घटाकर 0.1-0.3% तक किया जा सकता है।

2.2 ऑक्सीकरण वाष्पीकरण विधि

2.2.1 सिद्धांत

यह इस विशेषता का उपयोग करता है कि आर्सेनिक ऑक्साइड (As₂O₃) एंटीमनी ऑक्साइड की तुलना में अधिक वाष्पशील होता है। As₂O₃ केवल 193°C पर वाष्पीकृत हो जाता है, जबकि Sb₂O₃ को 656°C की आवश्यकता होती है।

2.2.2 प्रक्रिया प्रवाह

1. ऑक्सीकारक गलाने की प्रक्रिया: हवा के प्रवाह के साथ घूर्णनशील भट्टी में 600-650°C तक गर्म करना।
2. फ्लू गैस उपचार: वाष्पीकृत As₂O₃ को संघनित और पुनर्प्राप्त करना
3. अपचयन प्रस्फुटन: शेष पदार्थ को 1200°C पर कोक के साथ अपचयित करें।
4. शुद्धिकरण: आगे शुद्धिकरण के लिए थोड़ी मात्रा में सोडा ऐश मिलाएं।

2.2.3 मुख्य पैरामीटर

• ऑक्सीजन की सांद्रता: 21-28%
• निवास अवधि: 4-6 घंटे
• भट्टी की घूर्णन गति: 0.5-1 चक्कर/मिनट

3. आर्सेनिक हटाने के लिए जलधात्विक शोधन

3.1 क्षार सल्फाइड लीचिंग विधि

3.1.1 सिद्धांत

यह अभिक्रिया इस विशेषता का लाभ उठाती है कि आर्सेनिक सल्फाइड, एंटीमनी सल्फाइड की तुलना में क्षार सल्फाइड विलयनों में अधिक घुलनशील होता है। मुख्य अभिक्रिया:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → अघुलनशील

3.1.2 प्रक्रिया प्रवाह

1. सल्फाइडीकरण: कच्चे एंटीमनी पाउडर को सल्फर के साथ 1:0.3 के द्रव्यमान अनुपात में मिलाएं और 500°C पर 1 घंटे के लिए सल्फाइडीकरण करें।
2. लीचिंग: 2 मोल/लीटर Na₂S विलयन का प्रयोग करें, द्रव-ठोस अनुपात 5:1 रखें, 80°C पर 2 घंटे तक हिलाते रहें।
3. छानने की प्रक्रिया: फ़िल्टर प्रेस से छानने पर, अवशेष कम आर्सेनिक वाला एंटीमनी सांद्रण होता है।
4. पुनर्जनन: Na₂S को पुनर्जीवित करने के लिए फ़िल्ट्रेट में H₂S डालें।

3.1.3 प्रक्रिया की शर्तें

• Na₂S सांद्रता: 1.5-2.5mol/L
• लीचिंग पीएच: 12-13
• लीचिंग दक्षता: आर्सेनिक > 90%, सार्ब की हानि < 5%

3.2 अम्लीय ऑक्सीडेटिव लीचिंग विधि

3.2.1 सिद्धांत

यह अम्लीय परिस्थितियों में आर्सेनिक के आसान ऑक्सीकरण का लाभ उठाता है, और चयनात्मक विघटन के लिए FeCl₃ या H₂O₂ जैसे ऑक्सीकारक पदार्थों का उपयोग करता है।

3.2.2 प्रक्रिया प्रवाह

1. लीचिंग: 1.5 मोल/लीटर एचसीएल विलयन में 0.5 मोल/लीटर FeCl₃ मिलाएं, द्रव-ठोस अनुपात 8:1 होगा।
2. विभव नियंत्रण: ऑक्सीकरण विभव को 400-450mV (SHE के सापेक्ष) पर बनाए रखें।
3. ठोस-तरल पृथक्करण: वैक्यूम फिल्ट्रेशन, फिल्ट्रेट को आर्सेनिक पुनर्प्राप्ति के लिए भेजें
4. धुलाई: फिल्टर के अवशेषों को तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल से 3 बार धोएं।

4. इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन विधि

4.1 सिद्धांत

यह एंटीमनी (+0.212V) और आर्सेनिक (+0.234V) के बीच निक्षेपण क्षमता में अंतर का उपयोग करता है।

4.2 प्रक्रिया प्रवाह

1. एनोड निर्माण: कच्चे एंटीमनी को 400×600×20 मिमी आकार की एनोड प्लेटों में ढालें।
2. इलेक्ट्रोलाइट संघटन: Sb³⁺ 80 ग्राम/लीटर, HCl 120 ग्राम/लीटर, योजक (जिलेटिन) 0.5 ग्राम/लीटर
3. इलेक्ट्रोलाइसिस की शर्तें:
   • धारा घनत्व: 120-150 A/m²
   • सेल वोल्टेज: 0.4-0.6V
   • तापमान: 30-35 डिग्री सेल्सियस
   • इलेक्ट्रोड की दूरी: 100 मिमी
4. चक्र: हर 7-10 दिन में सेल से निकालें

4.3 तकनीकी संकेतक

• कैथोड एंटीमनी शुद्धता: ≥99.85%
• आर्सेनिक निष्कासन दर: >95%
• वर्तमान दक्षता: 85-90%

5. आर्सेनिक हटाने की उभरती प्रौद्योगिकियां

5.1 निर्वात आसवन

0.1-10Pa निर्वात के अंतर्गत, वाष्प दाब अंतर का उपयोग करता है (As: 550°C पर 133Pa, Sb के लिए 1000°C की आवश्यकता होती है)।

5.2 प्लाज्मा ऑक्सीकरण

यह चयनात्मक आर्सेनिक ऑक्सीकरण के लिए कम तापमान वाले प्लाज्मा (5000-10000 के) का उपयोग करता है, प्रसंस्करण का समय कम (10-30 मिनट) होता है और ऊर्जा की खपत भी कम होती है।

6. प्रक्रिया तुलना और चयन संबंधी अनुशंसाएँ

चयन संबंधी सुझाव:

• उच्च आर्सेनिक युक्त फ़ीड (As>3%): क्षार सल्फाइड लीचिंग को प्राथमिकता दें
• मध्यम आर्सेनिक (0.5-3%): क्षारीय शोधन या विद्युत अपघटन
• कम आर्सेनिक और उच्च शुद्धता की आवश्यकताएँ: इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन की अनुशंसा की जाती है।

7. निष्कर्ष

कच्चे एंटीमनी से आर्सेनिक को हटाने के लिए कच्चे माल की विशेषताओं, उत्पाद की आवश्यकताओं और आर्थिक पहलुओं पर व्यापक विचार करना आवश्यक है। पारंपरिक पायरोमेटलर्जिकल विधियों की क्षमता अधिक होती है, लेकिन इनसे पर्यावरण पर काफी दबाव पड़ता है; हाइड्रोमेटलर्जिकल विधियों से प्रदूषण कम होता है, लेकिन प्रक्रिया में अधिक समय लगता है; इलेक्ट्रोलाइटिक विधियों से उच्च शुद्धता प्राप्त होती है, लेकिन ऊर्जा की खपत अधिक होती है। भविष्य के विकास की दिशाएँ इस प्रकार हैं:

1. कुशल मिश्रित योजकों का विकास करना
2. बहु-चरणीय संयुक्त प्रक्रियाओं का अनुकूलन
3. आर्सेनिक संसाधन के उपयोग में सुधार करना
4. ऊर्जा की खपत और प्रदूषण उत्सर्जन को कम करना