[发明专利]内热法制取砷的工艺方法及其装置

说明书

本发明涉及内热法用碳还原三氧化二砷制取砷的工艺方法及其装置。

砷的制取方法有几种方法，主要有氢还原法、碳还原法和硫砷铁矿热分解法。

氢还原法是以氢为还原剂，还原三氧化二砷获得砷（Gmedins    Handbuch    der    anoiganischen    Chemie，8th    Edition，1952，part    17    Arsen，pages    81-97）。该法的缺点是有爆炸的危险，作为还原剂大量消耗的氢，在许多地方不易得到。美国专利文献US3，567，379提出以氨气为反应试剂的还原方珐。在还原的温度下，氨气分解出游离氢，使三氧化二砷的还原成砷。该法避免了氢气爆炸的危险，但是工艺过程和设备复杂需要高温，能量消耗大。

含砷矿物的直接热分解法（有色金属，冶炼部分，1985年N02），所获得的砷质量差，回收率低，且只适用于一部分矿物原料。

碳还原法（水口山科技，1978，N01）是采用木炭作还原剂，还原三氧化二砷制取砷。还原反应是在一高硅耐热铸铁竖罐中进行，高硅耐热铸铁竖罐分上下两层，以炉蓖相隔。上层放置木炭，下层安放三氧化二砷。反应时，木炭控制750～800℃，三氧化二砷层控制的温度为400～800℃，将三氧化二砷逐渐升温，使之挥发上升，三氧化二砷蒸汽与上层木炭反应，生成砷，砷蒸汽挥发到顶部的冷凝器，冷却结晶得到金属砷产品，进行反应时，用工频感应装置对高硅耐热铸铁（RTSi-4）竖罐的上部和下部分别加热控温。这种碳还原法较为简单易行，适应性强，砷的直接回率在58～79.3%之间。该法的缺点是在高温下砷对高硅耐热铸铁竖罐严重腐蚀，经常更换，被废弃的高硅耐热铸铁竖罐由于含砷，不易回收。该法由于应用工频感应装置外部加热能耗高，一般每吨砷耗电4000～5000度。正由于能耗高，高硅耐热铸铁竖罐经常损坏，而使砷的成本增高。

本发明的目的在于研究出一种能耗少，成本低的制取砷的工艺方法。

本发明的另一个目的是研制出一种专门适应于上述本发明的制取砷的工艺方法的装置，使上述本发明的制取砷的工艺方法能够顺利进行。

本发明制取金属砷的工艺方法是将木炭置于内热电炉炉膛上部的进行还原反应的还原区，三氧化二砷放在内热电炉炉膛的下部（放置木炭的还原区的下方），使反应体系形成微负压，加热木炭至600～800℃，三氧化二砷的温度从300℃加热至750℃，使三氧化二砷逐渐挥发到放置木炭的还原区，将三氧化二砷还原成金属砷，砷蒸汽于冷凝区冷凝成α金属砷。

为实现上述的制取金属砷的工艺方法，研制出了专门适用于上述工艺方法的装置，该装置由内热电炉和冷凝器13所组成，内热电炉有筒状炉体外壳1，在炉体外壳1内衬有粘土耐火砖层2的炉膛，在炉膛中部装有可拆卸的木炭托7，将炉膛分成上部的放置木炭层9的还原区和下部的放置三氧化二砷料层4的区域，在放置木炭的还原区和放置三氧化二砷的区域分别装有均匀分布的加热体，所说的加热体由内串炉丝的一端封闭的高铝瓷试管8所组成，在炉体的上顶端安装一个中间有一孔21（作为加料口）的可拆卸的炉体上盖12，冷凝器13与炉体上盖12连成一体，冷凝器13为带有一个可拆卸的冷凝器上盖18的盆状体，在冷凝器13底的中间有一孔与炉膛相通，在所说冷凝器底的中间孔上装有一个冷凝器内筒17，该内筒横截面的形状和大小与冷凝器底中间孔的形状大小完全相同，该内筒的顶部紧靠在冷凝器上盖18上，内筒的下端与冷凝器底的中间孔相接，内筒的侧面有一孔作为冷凝器的进气口22，在冷凝器的侧面装有一个冷凝器的出气口23。

为了更好地使三氧化二砷挥发到被加热的木炭还原区中，使三氧化二砷被还原成金属砷，加热木炭的温度为600～800℃，但以650～700℃为好。木炭的大小为20毫米左右的块状，加入木炭量与加入三氧化二砷的量的重量比为1∶5～7。使反应体系所形成的微负压以-1～-50毫米水柱为好，又以-5毫米～-10毫米水柱为更佳。为了使砷蒸汽更好冷凝成α状金属砷，冷凝器的进口温度K（4）为400～500℃，冷凝器的出口温度K（5）为300～350℃。