1. Introduction

L'antimoine, métal non ferreux important, est largement utilisé dans les retardateurs de flamme, les alliages, les semi-conducteurs et d'autres domaines. Cependant, les minerais d'antimoine naturels coexistent souvent avec l'arsenic, ce qui entraîne une forte teneur en arsenic dans l'antimoine brut, ce qui affecte considérablement les performances et les applications des produits à base d'antimoine. Cet article présente de manière systématique différentes méthodes d'élimination de l'arsenic lors de la purification de l'antimoine brut, notamment l'affinage pyrométallurgique, l'affinage hydrométallurgique et l'affinage électrolytique, en détaillant leurs principes, leurs flux de production, leurs conditions opératoires et leurs avantages/inconvénients.

2. Raffinage pyrométallurgique pour l'élimination de l'arsenic

2.1 Méthode de raffinage alcalin

2.1.1 Principe

Le raffinage alcalin élimine l'arsenic grâce à la réaction entre l'arsenic et des composés de métaux alcalins pour former des arséniates. Principales équations de réaction :
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Flux de processus

1. Préparation de la matière première : Broyer l'antimoine brut en particules de 5 à 10 mm et mélanger avec du carbonate de sodium (Na₂CO₃) dans un rapport massique de 10:1
2. Fusion : Chauffer dans un four à réverbère à 850-950°C, maintenir pendant 2 à 3 heures
3. Oxydation : Introduire de l'air comprimé (pression 0,2-0,3 MPa), débit 2-3 m³/(h·t)
4. Formation de scories : ajouter une quantité appropriée de salpêtre (NaNO₃) comme oxydant, dosage de 3 à 5 % du poids d'antimoine
5. Élimination des scories : Après 30 minutes de décantation, éliminer les scories superficielles
6. Répéter l'opération : Répétez le processus ci-dessus 2 à 3 fois

2.1.3 Contrôle des paramètres du processus

• Contrôle de la température : Température optimale 900±20°C
• Dosage alcalin : Ajuster en fonction de la teneur en arsenic, généralement 8 à 12 % du poids d'antimoine
• Temps d'oxydation : 1 à 1,5 heure par cycle d'oxydation

2.1.4 Efficacité d'élimination de l'arsenic

Peut réduire la teneur en arsenic de 2 à 5 % à 0,1 à 0,3 %

2.2 Méthode de volatilisation oxydative

2.2.1 Principe

Utilise la caractéristique selon laquelle l'oxyde d'arsenic (As₂O₃) est plus volatil que l'oxyde d'antimoine. As₂O₃ se volatilise à seulement 193 °C, tandis que Sb₂O₃ nécessite 656 °C.

2.2.2 Flux de processus

1. Fusion oxydative : chauffage dans un four rotatif à 600-650°C avec introduction d'air
2. Traitement des fumées : Condenser et récupérer l'As₂O₃ volatilisé
3. Fusion par réduction : Réduire le matériau restant à 1200°C avec du coke
4. Raffinage : ajouter une petite quantité de carbonate de sodium pour une purification supplémentaire

2.2.3 Paramètres clés

• Concentration en oxygène : 21-28 %
• Temps de séjour : 4 à 6 heures
• Vitesse de rotation du four : 0,5-1 tr/min

3. Raffinage hydrométallurgique pour l'élimination de l'arsenic

3.1 Méthode de lixiviation au sulfure alcalin

3.1.1 Principe

Utilise la propriété que le sulfure d'arsenic présente une solubilité supérieure à celle du sulfure d'antimoine dans les solutions de sulfure alcalin. Réaction principale :
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Insoluble

3.1.2 Flux de processus

1. Sulfurisation : Mélanger de la poudre d'antimoine brute avec du soufre dans un rapport massique de 1:0,3, sulfurer à 500 °C pendant 1 heure
2. Lixiviation : Utiliser une solution de Na₂S à 2 mol/L, rapport liquide-solide 5:1, agiter à 80 °C pendant 2 heures
3. Filtration : Filtre avec filtre-presse, le résidu est un concentré d'antimoine à faible teneur en arsenic
4. Régénération : Introduire du H₂S dans le filtrat pour régénérer le Na₂S

3.1.3 Conditions du processus

• Concentration de Na₂S : 1,5-2,5mol/L
• pH de lixiviation : 12-13
• Efficacité de lixiviation : As > 90 %, perte de Sb < 5 %

3.2 Méthode de lixiviation oxydative acide

3.2.1 Principe

Utilise l'oxydation plus facile de l'arsenic dans des conditions acides, en utilisant des oxydants comme FeCl₃ ou H₂O₂ pour une dissolution sélective.

3.2.2 Flux de processus

1. Lixiviation : Dans une solution de HCl à 1,5 mol/L, ajouter 0,5 mol/L de FeCl₃, rapport liquide-solide 8:1
2. Contrôle du potentiel : Maintenir le potentiel d'oxydation à 400-450 mV (par rapport à SHE)
3. Séparation solide-liquide : filtration sous vide, envoi du filtrat vers la récupération de l'arsenic
4. Lavage : Laver les résidus du filtre 3 fois avec de l'acide chlorhydrique dilué

4. Méthode de raffinage électrolytique

4.1 Principe

Utilise la différence de potentiel de dépôt entre l'antimoine (+0,212 V) et l'arsenic (+0,234 V).

4.2 Flux de processus

1. Préparation de l'anode : couler de l'antimoine brut dans des plaques d'anode de 400 × 600 × 20 mm
2. Composition électrolytique : Sb³⁺ 80 g/L, HCl 120 g/L, additif (gélatine) 0,5 g/L
3. Conditions d'électrolyse :
   • Densité de courant : 120-150A/m²
   • Tension de la cellule : 0,4-0,6 V
   • Température : 30-35°C
   • Distance des électrodes : 100 mm
4. Cycle : Retirer de la cellule tous les 7 à 10 jours

4.3 Indicateurs techniques

• Pureté de l'antimoine cathodique : ≥ 99,85 %
• Taux d'élimination de l'arsenic : > 95 %
• Rendement actuel : 85-90 %

5. Technologies émergentes d'élimination de l'arsenic

5.1 Distillation sous vide

Sous un vide de 0,1 à 10 Pa, utilise la différence de pression de vapeur (As : 133 Pa à 550 °C, Sb nécessite 1 000 °C).

5.2 Oxydation du plasma

Utilise un plasma à basse température (5000-10000K) pour l'oxydation sélective de l'arsenic, un temps de traitement court (10-30min), une faible consommation d'énergie.

6. Comparaison des processus et recommandations de sélection

Recommandations de sélection :

• Alimentation à haute teneur en arsenic (As>3%) : Privilégier la lixiviation au sulfure alcalin
• Arsenic moyen (0,5-3 %) : Raffinage alcalin ou électrolyse
• Exigences de haute pureté et de faible teneur en arsenic : raffinage électrolytique recommandé

7. Conclusion

L'élimination de l'arsenic de l'antimoine brut nécessite une prise en compte approfondie des caractéristiques des matières premières, des exigences du produit et des aspects économiques. Les méthodes pyrométallurgiques traditionnelles offrent une grande capacité, mais une pression environnementale importante ; les méthodes hydrométallurgiques sont moins polluantes, mais les processus sont plus longs ; les méthodes électrolytiques produisent une grande pureté, mais consomment davantage d'énergie. Les axes de développement futurs comprennent :

1. Développer des additifs composites efficaces
2. Optimisation des processus combinés à plusieurs étapes
3. Améliorer l'utilisation des ressources en arsenic
4. Réduire la consommation d'énergie et les émissions polluantes