[发明专利]一种单质砷的制备方法

说明书

本发明属于有害固废处理技术领域，具体公开了一种单质砷的制备方法，其特征在于，将硫化砷原料、金属碳化物的混合物在保护气氛下反应，随后将反应产物进行负压蒸馏，得到单质砷。本发明通过硫化砷原料、金属碳化物在所述的温度条件下进行反应，配合后续的负压蒸馏，可以出人意料地获得晶态单质砷，不仅如此，还能够显著提升单质砷的收率和纯度。

技术领域

本发明涉及砷化物资源化处理领域，具体涉及一种利用硫化砷与碳化钙的反应从硫化砷渣中回收单质砷的方法。

背景技术

砷是一种极具危害性的类金属元素，广泛存在于自然中，目前已知的含砷矿物达数百种。砷的化合物几乎全部都有毒性，毒性大小主要取决于其化学形态，不同形态砷的毒性相差甚远，无机砷的毒性高于有机砷。砷在农业、电子、医药、冶金、化工等领域有着特殊的用途。常被应用到杀虫剂、除草剂和、木材防腐剂、脱色剂、有色金属合金、陶瓷等，尤其在半导体材料中的应用越来越多。以高纯砷为原料制备的第二代半导体材料砷化镓相对于传统硅半导体材料拥有诸多更优良的性能，随着物联网、5G时代的来临，砷化镓半导体材料的需求日益增涨。在含砷矿石的冶炼过程中有大量的砷进入到“污酸”废水中，冶炼厂处理这种“污酸”废水大多采用硫化工艺使砷最终进入硫化砷渣中。由于这些硫化砷渣处理处置难度较大，许多冶炼厂都采取直接堆放、稳定化填埋等方式处置。这样的处置方式不仅会对土壤环境和人类身体健康产生严重的危害，也无法满足资源充分利用、国民经济持续发展的需要。

由于硫化砷渣中砷含量很高，资源化利用硫化砷渣中的砷具有非常广阔的前景。目前针对硫化砷渣的资源化利用，主要的处理工艺有火法和湿法两大类。火法中硫化砷渣经过氧化焙烧，其中的硫化砷转化成三氧化二砷直接挥发进入烟气，然后冷凝实现三氧化二砷的回收。此法的缺点是产品质量差，伴生的二氧化硫烟气含砷高，难以处理，二次污染严重。湿法主要采取酸浸、碱浸或盐浸进行处理，先把砷从渣中分离出来，然后再进一步回收砷产品或进行无害化处理，产品主要是三氧化二砷、砷酸盐等。湿法处理优点是不产生粉尘、能耗低、污染少，但湿法处理普遍生产流程复杂、处理成本较高。无论是火法还是湿法，其产品都是毒性较大的砷化合物三氧化二砷或砷酸盐，市场需求有限。

专利CN106756113A公布了一种硫化砷渣还原固硫焙烧直接生产金属砷的方法，以硫化砷渣为原料，加入氧化铜和还原剂，混合后在高温下还原固硫焙烧，焙烧产物经真空分离得到单质砷。该法所使用的氧化铜价格较贵，获得单位质量单质砷产品消耗氧化铜质量较大，处理成本很高，且得到的单质砷纯度不高，回收率较低。除此之外，该法使用原料是未经提纯的硫化砷渣，含有大量的其它金属硫化物，不仅导致氧化铜与硫化砷接触差，目标反应效率低，同时增加了能耗，降低设备使用效率。

专利CN103922294A公布了一种从硫化砷渣中回收砷的方法，以硫化砷渣为原料，首先以分段真空蒸馏的方法处理硫化砷渣获得纯的硫化砷，而后以铁粉与硫化砷混合在高温下反应，反应产物经真空分离得到单质砷。该法过程简单，硫化砷渣经提纯处理后，与铁粉可更好地接触反应。但该法所需的铁粉成本较高，并且生成的单质砷与铁发生副反应生成砷铁化合物，降低铁粉的利用率的同时也降低砷的回收率。

CN 101386915 A中公布的方法，利用砷酸与盐酸和二氯化锡反应，生成金属砷，该方法中的反应虽然简单，但是反应所需二氯化锡价格比较高，而且得到的金属砷的纯度不高。

发明内容

为解决现有技术问题，本发明提供了一种硫化砷制备单质砷的方法，旨在提供一种高纯度、高收率和低成本制备单质砷的方法。

本发明第二目的在于，提供一种从硫化砷渣中回收单质砷的方法，实现硫化砷渣的资源化高价值回收。

一种单质砷的制备方法，将硫化砷原料、金属碳化物的混合物在保护气氛内且在不低于550℃的温度下反应不低于30min，随后将反应产物进行负压蒸馏，得到单质砷。