1. Pengenalan

Antimoni, sebagai logam bukan ferus yang penting, digunakan secara meluas dalam bahan kalis api, aloi, semikonduktor dan bidang lain. Walau bagaimanapun, bijih antimoni dalam alam semula jadi sering wujud bersama arsenik, mengakibatkan kandungan arsenik yang tinggi dalam antimoni mentah yang mempengaruhi prestasi dan aplikasi produk antimoni dengan ketara. Artikel ini secara sistematik memperkenalkan pelbagai kaedah untuk penyingkiran arsenik dalam penulenan antimoni mentah, termasuk penapisan pirometalurgi, penapisan hidrometalurgi dan penapisan elektrolitik, memperincikan prinsip, aliran proses, keadaan operasi dan kelebihan/kekurangannya.

2. Penapisan Pirometalurgi untuk Penyingkiran Arsenik

2.1 Kaedah Penapisan Alkali

2.1.1 Prinsip

Kaedah penapisan alkali menyingkirkan arsenik berdasarkan tindak balas antara sebatian arsenik dan logam alkali untuk membentuk arsenat. Persamaan tindak balas utama:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Aliran Proses

1. Penyediaan bahan mentah: Hancurkan antimoni mentah menjadi zarah 5-10mm dan campurkan dengan soda abu (Na₂CO₃) pada nisbah jisim 10:1
2. Peleburan: Panaskan dalam relau bergema hingga 850-950°C, tahan selama 2-3 jam
3. Pengoksidaan: Masukkan udara termampat (tekanan 0.2-0.3MPa), kadar aliran 2-3m³/(h·t)
4. Pembentukan sanga: Tambahkan jumlah saltpeter (NaNO₃) yang sesuai sebagai pengoksida, dos 3-5% daripada berat antimoni
5. Penyingkiran sanga: Selepas mendap selama 30 minit, keluarkan sanga permukaan
6. Ulangi operasi: Ulangi proses di atas 2-3 kali

2.1.3 Kawalan Parameter Proses

• Kawalan suhu: Suhu optimum 900±20°C
• Dos alkali: Laraskan mengikut kandungan arsenik, biasanya 8-12% daripada berat antimoni
• Masa pengoksidaan: 1-1.5 jam setiap kitaran pengoksidaan

2.1.4 Kecekapan Penyingkiran Arsenik

Boleh mengurangkan kandungan arsenik daripada 2-5% kepada 0.1-0.3%

2.2 Kaedah Pengewapan Oksidatif

2.2.1 Prinsip

Menggunakan ciri bahawa arsenik oksida (As₂O₃) lebih meruap daripada antimoni oksida. As₂O₃ meruap pada hanya 193°C, manakala Sb₂O₃ memerlukan 656°C.

2.2.2 Aliran Proses

1. Peleburan oksidatif: Panaskan dalam tanur berputar hingga 600-650°C dengan pengenalan udara
2. Rawatan gas serombong: Mengewap dan mendapatkan semula As₂O₃ yang meruap
3. Peleburan pengurangan: Kurangkan bahan yang tinggal pada suhu 1200°C dengan kok
4. Penapisan: Tambah sedikit soda abu untuk penulenan selanjutnya

2.2.3 Parameter Utama

• Kepekatan oksigen: 21-28%
• Masa kediaman: 4-6 jam
• Kelajuan putaran relau: 0.5-1r/min

3. Penapisan Hidrometalurgi untuk Penyingkiran Arsenik

3.1 Kaedah Pelarutan Alkali Sulfida

3.1.1 Prinsip

Menggunakan ciri bahawa arsenik sulfida mempunyai keterlarutan yang lebih tinggi dalam larutan sulfida alkali berbanding antimoni sulfida. Tindak balas utama:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Tidak larut

3.1.2 Aliran Proses

1. Sulfidasi: Campurkan serbuk antimoni mentah dengan sulfur pada nisbah jisim 1:0.3, sulfidasikan pada suhu 500°C selama 1 jam
2. Pelarutan: Gunakan larutan 2mol/L Na₂S, nisbah cecair-pepejal 5:1, kacau pada suhu 80°C selama 2 jam
3. Penapisan: Tapis dengan mesin penapis, sisanya ialah pekatan antimoni arsenik rendah
4. Penjanaan semula: Masukkan H₂S ke dalam filtrat untuk menjana semula Na₂S

3.1.3 Syarat Proses

• Kepekatan Na₂S: 1.5-2.5mol/L
• pH pelarutan: 12-13
• Kecekapan larut lesap: As>90%, kehilangan Sb <5%

3.2 Kaedah Pelarutan Oksidatif Berasid

3.2.1 Prinsip

Menggunakan pengoksidaan arsenik yang lebih mudah dalam keadaan berasid, menggunakan oksidan seperti FeCl₃ atau H₂O₂ untuk pembubaran terpilih.

3.2.2 Aliran Proses

1. Pelarutan: Dalam larutan HCl 1.5mol/L, tambahkan 0.5mol/L FeCl₃, nisbah cecair-pepejal 8:1
2. Kawalan potensi: Kekalkan potensi pengoksidaan pada 400-450mV (vs.SHE)
3. Pemisahan pepejal-cecair: Penapisan vakum, hantar turasan ke pemulihan arsenik
4. Pencucian: Basuh sisa penapis 3 kali dengan asid hidroklorik cair

4. Kaedah Penapisan Elektrolitik

4.1 Prinsip

Menggunakan perbezaan potensi pemendapan antara antimoni (+0.212V) dan arsenik (+0.234V).

4.2 Aliran Proses

1. Penyediaan anod: Tuangkan antimoni mentah ke dalam plat anod 400×600×20mm
2. Komposisi elektrolit: Sb³⁺ 80g/L, HCl 120g/L, bahan tambahan (gelatin) 0.5g/L
3. Keadaan elektrolisis:
   • Ketumpatan arus: 120-150A/m²
   • Voltan sel: 0.4-0.6V
   • Suhu: 30-35°C
   • Jarak elektrod: 100mm
4. Kitaran: Keluarkan dari sel setiap 7-10 hari

4.3 Petunjuk Teknikal

• Ketulenan antimoni katod: ≥99.85%
• Kadar penyingkiran arsenik: >95%
• Kecekapan semasa: 85-90%

5. Teknologi Penyingkiran Arsenik yang Baru Muncul

5.1 Penyulingan Vakum

Di bawah vakum 0.1-10Pa, menggunakan perbezaan tekanan wap (As: 133Pa pada 550°C, Sb memerlukan 1000°C).

5.2 Pengoksidaan Plasma

Menggunakan plasma suhu rendah (5000-10000K) untuk pengoksidaan arsenik terpilih, masa pemprosesan yang singkat (10-30min), penggunaan tenaga yang rendah.

6. Perbandingan Proses dan Cadangan Pemilihan

Cadangan pemilihan:

• Makanan arsenik tinggi (As>3%): Lebih suka larut lesap alkali sulfida
• Arsenik sederhana (0.5-3%): Penapisan alkali atau elektrolisis
• Keperluan ketulenan tinggi arsenik rendah: Penapisan elektrolitik disyorkan

7. Kesimpulan

Penyingkiran arsenik daripada antimoni mentah memerlukan pertimbangan menyeluruh terhadap ciri-ciri bahan mentah, keperluan produk dan ekonomi. Kaedah pirometalurgi tradisional mempunyai kapasiti yang besar tetapi tekanan persekitaran yang ketara; kaedah hidrometalurgi mempunyai kurang pencemaran tetapi proses yang lebih lama; kaedah elektrolitik menghasilkan ketulenan yang tinggi tetapi menggunakan lebih banyak tenaga. Arah pembangunan masa hadapan termasuk:

1. Membangunkan bahan tambahan komposit yang cekap
2. Mengoptimumkan proses gabungan berbilang peringkat
3. Meningkatkan penggunaan sumber arsenik
4. Mengurangkan penggunaan tenaga dan pelepasan pencemaran