กระบวนการกลั่นและทำให้บริสุทธิ์ของสารหนู

กระบวนการกลั่นและทำให้บริสุทธิ์ของสารหนูเป็นวิธีการที่ใช้ความแตกต่างในความผันผวนของสารหนูและสารประกอบของสารหนูเพื่อแยกและทำให้บริสุทธิ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับการกำจัดกำมะถัน ซีลีเนียม เทลลูเรียม และสิ่งเจือปนอื่นๆ ในสารหนูต่อไปนี้คือขั้นตอนและข้อควรพิจารณาที่สำคัญ:

1.การเตรียมวัตถุดิบเบื้องต้น

• แหล่งที่มาของสารหนูดิบโดยปกติแล้วจะเป็นผลพลอยได้จากการถลุงแร่ที่มีสารหนูเป็นส่วนประกอบ (เช่น อาร์เซไนต์, เรียลการ์) หรือของเสียที่มีสารหนูเป็นส่วนประกอบที่นำกลับมาใช้ใหม่
• การคั่วแบบออกซิเดชัน(ทางเลือก): หากวัตถุดิบคือสารหนูซัลไฟด์ (เช่น As₂S₃) จะต้องนำไปเผาให้สุกก่อนเพื่อเปลี่ยนเป็น As₂O₃ ที่ระเหยได้

As2S3+9O2→As2O3+3SO2As2​S3+9O2​→เป็น2O3 + 3SO2

2.หน่วยกลั่น

• อุปกรณ์เครื่องกลั่นทำจากควอตซ์หรือเซรามิก (ทนต่อการกัดกร่อน ทนต่ออุณหภูมิสูง) พร้อมท่อควบแน่นและขวดรับสาร
• การป้องกันแบบเฉื่อยมีการเติมไนโตรเจนหรือคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของสารหนูหรือความเสี่ยงต่อการระเบิด (ไอระเหยของสารหนูติดไฟได้)

3.กระบวนการกลั่น

• การควบคุมอุณหภูมิ:
  • การระเหิดของสารหนู: การระเหิดของ As₂O₃ ที่อุณหภูมิ 500-600 °C (การระเหิดของสารหนูบริสุทธิ์ที่ประมาณ 615 °C)).
  • การแยกสิ่งเจือปนสารเจือปนที่มีจุดเดือดต่ำ เช่น กำมะถันและซีลีเนียม จะระเหยได้ง่ายกว่า และสามารถแยกออกได้โดยการควบแน่นแบบแบ่งส่วน
• การสะสมไอน้ำไอระเหยของสารหนูจะควบแน่นกลายเป็น As₂O₃ ที่มีความบริสุทธิ์สูง หรือสารหนูในรูปธาตุ ในบริเวณการควบแน่น (100-200°C)).

4.การประมวลผลภายหลัง

• การลดน้อยลง(หากต้องการสารหนูในรูปธาตุ): ลด As₂O₃ ด้วยคาร์บอนหรือไฮโดรเจน

As2O3+3H2→2As+3H2OAs2​O3​+3H2​→2As+3H2โอ

• การกลั่นสุญญากาศ: การทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมของธาตุสารหนูเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนระเหยที่หลงเหลืออยู่

5.ข้อควรระวัง

• การป้องกันพิษกระบวนการทั้งหมดเป็นการทำงานแบบปิด โดยมีอุปกรณ์ตรวจจับการรั่วไหลของสารหนูและอุปกรณ์บำบัดฉุกเฉินติดตั้งอยู่ด้วย
• การบำบัดก๊าซท้ายหลังจากควบแน่นแล้ว ก๊าซไอเสียจะต้องถูกดูดซับด้วยสารละลายด่าง (เช่น NaOH) หรือการดูดซับด้วยถ่านกัมมันต์ เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิด As₂O₃การปล่อยมลพิษ
• การจัดเก็บโลหะอาร์เซนิกเก็บรักษาในบรรยากาศเฉื่อยเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันหรือการดูดความชื้น

6. ความบริสุทธิ์การปรับปรุง

• การกลั่นหลายขั้นตอนการกลั่นซ้ำหลายครั้งสามารถเพิ่มความบริบริสุทธิ์ให้สูงกว่า 99.99% ได้
• การหลอมละลายของโซน (ทางเลือก): การกลั่นแยกโซนของธาตุสารหนูเพื่อลดสิ่งเจือปนของโลหะเพิ่มเติม

ขอบเขตการประยุกต์ใช้

สารหนูที่มีความบริสุทธิ์สูงใช้ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ (เช่น GaAs)ผลึก) สารเติมแต่งโลหะผสม หรือในการผลิตแก้วชนิดพิเศษ Pกระบวนการต่างๆ จำเป็นต้องปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมอย่างเคร่งครัด เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยและการกำจัดของเสียอย่างถูกต้องตามกฎหมาย