1. Introducció

L'antimoni, com a metall no ferrós important, s'utilitza àmpliament en retardants de flama, aliatges, semiconductors i altres camps. Tanmateix, els minerals d'antimoni a la natura sovint coexisteixen amb l'arsènic, cosa que resulta en un alt contingut d'arsènic en l'antimoni cru que afecta significativament el rendiment i les aplicacions dels productes d'antimoni. Aquest article introdueix sistemàticament diversos mètodes per a l'eliminació d'arsènic en la purificació d'antimoni cru, incloent-hi el refinament pirometal·lúrgic, el refinament hidrometal·lúrgic i el refinament electrolític, detallant els seus principis, fluxos de procés, condicions d'operació i avantatges/desavantatges.

2. Refinació pirometal·lúrgica per a l'eliminació d'arsènic

2.1 Mètode de refinació alcalina

2.1.1 Principi

El mètode de refinació alcalí elimina l'arsènic basant-se en la reacció entre l'arsènic i els compostos de metalls alcalins per formar arsenats. Principals equacions de reacció:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Flux del procés

1. Preparació de la matèria primera: Tritureu l'antimoni cru en partícules de 5-10 mm i barregeu-lo amb carbonat de sodi (Na₂CO₃) en una proporció de massa de 10:1.
2. Fusió: Escalfar en un forn de reverber a 850-950 °C, mantenir durant 2-3 hores
3. Oxidació: Introduir aire comprimit (pressió 0,2-0,3 MPa), cabal 2-3 m³/(h·t)
4. Formació d'escòria: afegiu la quantitat adequada de salnitre (NaNO₃) com a oxidant, dosificació del 3-5% del pes d'antimoni
5. Eliminació d'escòria: Després de reposar durant 30 minuts, elimineu l'escòria superficial
6. Repetició de l'operació: Repetiu el procés anterior 2-3 vegades

2.1.3 Control dels paràmetres del procés

• Control de temperatura: Temperatura òptima 900 ± 20 °C
• Dosi d'alcali: ajustar segons el contingut d'arsènic, normalment del 8 al 12% del pes d'antimoni
• Temps d'oxidació: 1-1,5 hores per cicle d'oxidació

2.1.4 Eficiència d'eliminació d'arsènic

Pot reduir el contingut d'arsènic del 2-5% al ​​0,1-0,3%

2.2 Mètode de volatilització oxidativa

2.2.1 Principi

Aprofita la característica que l'òxid d'arsènic (As₂O₃) és més volàtil que l'òxid d'antimoni. L'As₂O₃ es volatilitza a només 193 °C, mentre que l'Sb₂O₃ requereix 656 °C.

2.2.2 Flux del procés

1. Fusió oxidativa: Escalfar en un forn rotatori a 600-650 °C amb introducció d'aire
2. Tractament de gasos de combustió: condensar i recuperar l'As₂O₃ volatilitzat
3. Fusió per reducció: reduir el material restant a 1200 °C amb coc
4. Refinació: afegiu una petita quantitat de carbonat de sodi per a una purificació addicional

2.2.3 Paràmetres clau

• Concentració d'oxigen: 21-28%
• Temps de residència: 4-6 hores
• Velocitat de rotació del forn: 0,5-1 r/min

3. Refinació hidrometal·lúrgica per a l'eliminació d'arsènic

3.1 Mètode de lixiviació de sulfur alcalin

3.1.1 Principi

Aprofita la característica que el sulfur d'arsènic té una solubilitat més alta en solucions de sulfur alcalin que el sulfur d'antimoni. Reacció principal:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Insoluble

3.1.2 Flux del procés

1. Sulfidació: Barregeu pols d'antimoni cru amb sofre en una proporció de massa d'1:0,3, sulfiditzeu a 500 °C durant 1 hora.
2. Lixiviació: utilitzeu una solució de Na₂S de 2 mol/L, proporció líquid-sòlid 5:1, remeneu a 80 °C durant 2 hores.
3. Filtració: Filtre amb filtre premsa, el residu és concentrat d'antimoni amb baix contingut d'arsènic
4. Regeneració: Introduir H₂S al filtrat per regenerar Na₂S

3.1.3 Condicions del procés

• Concentració de Na₂S: 1,5-2,5 mol/L
• pH de lixiviació: 12-13
• Eficiència de lixiviació: As>90%, pèrdua de Sb<5%

3.2 Mètode de lixiviació oxidativa àcida

3.2.1 Principi

Utilitza l'oxidació més fàcil de l'arsènic en condicions àcides, utilitzant oxidants com FeCl₃ o H₂O₂ per a la dissolució selectiva.

3.2.2 Flux del procés

1. Lixiviació: En una solució d'HCl d'1,5 mol/L, afegiu-hi 0,5 mol/L de FeCl₃, proporció líquid-sòlid 8:1
2. Control de potencial: Mantenir el potencial d'oxidació a 400-450 mV (vs. SHE)
3. Separació sòlid-líquid: filtració al buit, enviament del filtrat a la recuperació d'arsènic
4. Rentat: Rentar els residus del filtre 3 vegades amb àcid clorhídric diluït

4. Mètode de refinació electrolítica

4.1 Principi

Aprofita la diferència en els potencials de deposició entre l'antimoni (+0,212 V) i l'arsènic (+0,234 V).

4.2 Flux del procés

1. Preparació de l'ànode: Colar antimoni cru en plaques d'ànode de 400 × 600 × 20 mm
2. Composició d'electròlits: Sb³⁺ 80 g/L, HCl 120 g/L, additiu (gelatina) 0,5 g/L
3. Condicions d'electròlisi:
   • Densitat de corrent: 120-150A/m²
   • Voltatge de la cel·la: 0,4-0,6V
   • Temperatura: 30-35 °C
   • Distància d'elèctrode: 100 mm
4. Cicle: Treure de la cèl·lula cada 7-10 dies

4.3 Indicadors tècnics

• Puresa de l'antimoni catòdic: ≥99,85%
• Taxa d'eliminació d'arsènic: >95%
• Eficiència actual: 85-90%

5. Tecnologies emergents d'eliminació d'arsènic

5.1 Destil·lació al buit

Sota un buit de 0,1-10 Pa, utilitza la diferència de pressió de vapor (As: 133 Pa a 550 °C, Sb requereix 1000 °C).

5.2 Oxidació del plasma

Utilitza plasma de baixa temperatura (5000-10000K) per a l'oxidació selectiva de l'arsènic, temps de processament curt (10-30 min), baix consum d'energia.

6. Comparació de processos i recomanacions de selecció

Recomanacions de selecció:

• Alimentació amb alt contingut d'arsènic (As>3%): preferiblement lixiviació amb sulfurs alcalins
• Arsènic mitjà (0,5-3%): Refinació alcalina o electròlisi
• Requisits d'alta puresa i baix contingut d'arsènic: es recomana el refinament electrolític

7. Conclusió

L'eliminació d'arsènic de l'antimoni cru requereix una consideració exhaustiva de les característiques de les matèries primeres, els requisits del producte i l'economia. Els mètodes pirometal·lúrgics tradicionals tenen una gran capacitat però una pressió ambiental significativa; els mètodes hidrometal·lúrgics tenen menys contaminació però processos més llargs; els mètodes electrolítics produeixen una alta puresa però consumeixen més energia. Les futures direccions de desenvolupament inclouen:

1. Desenvolupament d'additius compostos eficients
2. Optimització de processos combinats de diverses etapes
3. Millorar l'ús dels recursos d'arsènic
4. Reducció del consum d'energia i de les emissions contaminants