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Arsen, Antimon, Bismut

Gewinnung

Arsen

Die technische Darstellung von Arsen erfolgt durch Erhitzen von Arsenkies, FeAsS, bzw. Arsenikalkies, FeAs2, auf 650-700 °C unter Luftabschluss; elementares Arsen sublimiert dabei ab:

FeAsS FeS+ As FeAs2 FeAs+ As

Auch die Reinigung des Roharsens von As2O3- und As2S3-Verunreinigungen geschieht in der Regel durch Sublimation.

Eine weitere Ausgangsverbindung zur Gewinnung von Arsen bildet As2O3, das mit Holzkohle oder Koks bei 700-800 °C zum Element reduziert wird:

2As2O3+ 3C 4As+ 3CO2

Arsen(III)-oxid, As2O3, ist Nebenprodukt der Arsen-Darstellung aus FeAsS sowie Röstprodukt bei der Verarbeitung arsenhaltiger sulfidischer Erze.

Hochreines Arsen für die Halbleitertechnik lässt sich durch dessen Sublimation aus Lösungen in flüssigem Blei, das Schwefel in Form von PbS zurückhält, oder Umwandlung in Arsenwasserstoff (Arsan), AsH3, und dessen thermische Zersetzung in Arsen und Wasserstoff bei 600 °C erhalten.

Antimon

Elementares Antimon wird technisch aus Grauspießglanz, Sb2S3, durch Niederschlagsarbeit bzw. nach dem Röstreduktionsverfahren gewonnen. Beim Niederschlagsverfahren werden Sulfid-Erze mit 40-60 % Sb-Gehalt mit Eisen in Tiegeln oder Flammöfen bei 550-600 °C verschmolzen, wobei sich der Schwefel mit dem Eisen verbindet und Antimon in Freiheit setzt (niederschlägt):

Sb2S3+ 3Fe 2Sb+ 3FeS

Sulfide mit geringerem Sb-Gehalt werden der Röstreduktionsarbeit zugeführt. Sb2S3 wird dabei vollständig abgeröstet und in das nichtflüchtige Antimon(III,V)-oxid (Antimontetroxid), Sb2O4, überführt, das dann in Flammöfen durch Glühen mit Koks oder Holzkohle in Gegenwart von Alkalicarbonat oder -sulfat als Flussmittel zum Metall reduziert wird:

Sb2S3+ 5O2 Sb2O4+ 3SO2 Sb2O4+ 4C 2Sb+ 4CO

Erfolgt der Röstprozess bei begrenzter Luftzufuhr, entsteht statt des Tetroxids das in der Hitze flüchtige Antimon(III)-oxid (Antimontrioxid), Sb2O3, das anschließend kondensiert wird.

Zur Entfernung von Beimengungen wie Schwefel, Arsen, Kupfer, Blei oder Eisen wird das Rohantimon mit Soda, Na2CO3, und Natriumnitrat, NaNO3, geschmolzen, wobei die Verunreinigungen oxidiert werden und sich in der Schlacke ansammeln.

Grauspießglanzerze mit größeren Anteilen an mineralischen Beiprodukten (Gangart) werden vor der Verarbeitung zunächst so weit erhitzt, dass das relativ niedrig schmelzende Antimon(III)-sulfid, Sb2S3, (Schmelzpunkt: 547 °C) auf schräger Fläche abfließt (Seigern, Seigerarbeit).

Bismut

Zur Gewinnung von Bismut werden sulfidische Erze, in der Hauptsache Bismutglanz, Bi2S3, in Analogie zum Antimon nach dem Niederschlags- oder Röstreduktionsverfahren umgesetzt:

Niederschlagsverfahren:
Bi2S3+ 3Fe 2Bi+ 3FeS
Röstreduktionsverfahren:
2Bi2S3+ 9O2 2Bi2O3+ 6SO2 2Bi2O3+ 3C 4Bi+ 3CO2

Natürliches Bi2O3 oder oxidische Erze werden in Tiegeln oder Flammöfen mit Kohle zu Bismut reduziert (siehe letzte Reaktionsgleichung).

Im Rohbismut enthaltene Verunreingungen (Arsen, Antimon, Blei, Eisen, Schwefel) lassen sich durch oxidierendes Schmelzen entfernen, Kupfer durch Schmelzen mit Natriumsulfid, Na2S, (Bildung von Kupfersulfid).

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