กระบวนการกลั่นและการทำให้บริสุทธิ์สารหนู

กระบวนการกลั่นและการทำให้บริสุทธิ์สารหนูเป็นวิธีการที่ใช้ความแตกต่างในความผันผวนของสารหนูและสารประกอบของสารหนูเพื่อแยกและทำให้บริสุทธิ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับการกำจัดกำมะถัน ซีลีเนียม เทลลูเรียม และสิ่งเจือปนอื่น ๆ ในสารหนูต่อไปนี้เป็นขั้นตอนสำคัญและข้อควรพิจารณา:

1.การเตรียมวัตถุดิบเบื้องต้น

• แหล่งที่มาของสารหนูดิบ:โดยปกติเป็นผลพลอยได้จากการถลุงแร่ที่มีสารหนู (เช่น อาร์เซไนต์ เรียลการ์) หรือของเสียที่มีสารหนูรีไซเคิล
• การคั่วแบบออกซิเดชัน(ทางเลือก): หากวัตถุดิบเป็นสารหนูซัลไฟด์ (เช่น As₂S₃) จะต้องคั่วก่อนเพื่อเปลี่ยนเป็น As₂O₃ ที่ระเหยได้

As2S3+9O2→As2O3+3SO2As2​S3+9O2​→เป็น2​O3​+3SO2​

2.หน่วยกลั่น

• อุปกรณ์:เครื่องกลั่นแบบควอทซ์หรือเซรามิก (ทนทานต่อการกัดกร่อน ทนอุณหภูมิสูง) พร้อมท่อคอนเดนเซอร์และขวดรับ
• การป้องกันเฉื่อย:ไนโตรเจนหรือคาร์บอนไดออกไซด์ถูกใส่เข้าไปเพื่อป้องกันการออกซิเดชันของสารหนูหรือความเสี่ยงต่อการระเบิด (ไอสารหนูสามารถติดไฟได้)

3.กระบวนการกลั่น

• การควบคุมอุณหภูมิ:
  • การระเหิดของสารหนู:การระเหิดของสารหนู As2O3 ที่อุณหภูมิ 500-600 °C (การระเหิดของสารหนูบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิประมาณ 615 °C).
  • การแยกสิ่งเจือปน:สิ่งเจือปนที่มีจุดเดือดต่ำ เช่น กำมะถันและซีลีเนียม จะถูกระเหยออกไปโดยเฉพาะ และสามารถแยกออกได้ด้วยการควบแน่นแบบแบ่งส่วน
• การเก็บรวบรวมการควบแน่น:ไอสารหนูควบแน่นเป็น As₂O₃ ที่มีความบริสุทธิ์สูงหรือสารหนูธาตุในโซนควบแน่น (100-200°C).

4.หลังการประมวลผล

• การลดน้อยลง(หากจำเป็นต้องใช้สารหนูธาตุ): การลด As2O3 ด้วยคาร์บอนหรือไฮโดรเจน

As2O3+3H2→2As+3H2OAs2​O3​+3H2​→2As+3H2​โอ

• การกลั่นสูญญากาศ:การฟอกสารหนูธาตุให้บริสุทธิ์ยิ่งขึ้นเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนระเหยที่ตกค้าง

5.ข้อควรระวัง

• การป้องกันพิษ:กระบวนการทั้งหมดเป็นการดำเนินการแบบปิด โดยมีอุปกรณ์ตรวจจับการรั่วไหลของสารหนูและบำบัดฉุกเฉิน
• การบำบัดก๊าซไอเสีย:หลังจากการควบแน่น ก๊าซไอเสียจะต้องถูกดูดซับโดยสารละลายโซดาไฟ (เช่น NaOH) หรือการดูดซับคาร์บอนกัมมันต์เพื่อหลีกเลี่ยง As₂O₃การปล่อยมลพิษ
• การเก็บโลหะสารหนู:เก็บรักษาในบรรยากาศเฉื่อยเพื่อป้องกันการออกซิเดชันหรือการกัดกร่อน

6. ความบริสุทธิ์การปรับปรุง

• การกลั่นหลายขั้นตอน:การกลั่นซ้ำๆ สามารถเพิ่มความบริสุทธิ์ได้มากกว่า 99.99%
• การละลายโซน (ทางเลือก): การกลั่นโซนของสารหนูธาตุเพื่อลดการเจือปนของโลหะเพิ่มเติม

ขอบเขตการใช้งาน

สารหนูที่มีความบริสุทธิ์สูงใช้ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ (เช่น GaAsคริสตัล), สารเติมแต่งโลหะผสม หรือในการผลิตแก้วพิเศษกระบวนการต่างๆ จะต้องปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดเพื่อให้มั่นใจถึงความปลอดภัยและการกำจัดขยะเป็นไปตามกฎหมาย