1. Pendahuluan

Antimon, sebagai logam non-ferrous penting, banyak digunakan dalam bahan tahan api, paduan, semikonduktor, dan bidang lainnya. Namun, bijih antimon di alam seringkali berdampingan dengan arsenik, sehingga menghasilkan kandungan arsenik yang tinggi dalam antimon mentah yang secara signifikan memengaruhi kinerja dan aplikasi produk antimon. Artikel ini secara sistematis memperkenalkan berbagai metode untuk menghilangkan arsenik dalam pemurnian antimon mentah, termasuk pemurnian pirometalurgi, pemurnian hidrometalurgi, dan pemurnian elektrolitik, dengan merinci prinsip, alur proses, kondisi operasi, dan kelebihan/kekurangannya.

2. Pemurnian Pirometalurgi untuk Penghilangan Arsenik

2.1 Metode Pemurnian Alkali

2.1.1 Prinsip

Metode pemurnian alkali menghilangkan arsenik berdasarkan reaksi antara arsenik dan senyawa logam alkali untuk membentuk arsenat. Persamaan reaksi utama:
2As + 3Na₂CO₃ → 2Na₃AsO₃ + 3CO↑
4As + 5O₂ + 6Na₂CO₃ → 4Na₃AsO₄ + 6CO₂↑

2.1.2 Alur Proses

1. Persiapan bahan baku: Hancurkan antimon mentah menjadi partikel berukuran 5-10 mm dan campurkan dengan soda abu (Na₂CO₃) dengan perbandingan massa 10:1.
2. Peleburan: Panaskan dalam tungku reverberatory hingga 850-950°C, tahan selama 2-3 jam.
3. Oksidasi: Masukkan udara bertekanan (tekanan 0,2-0,3MPa), laju aliran 2-3m³/(h·t)
4. Pembentukan terak: Tambahkan kalium nitrat (NaNO₃) dalam jumlah yang sesuai sebagai oksidan, dosis 3-5% dari berat antimon.
5. Pembersihan terak: Setelah didiamkan selama 30 menit, bersihkan terak permukaan.
6. Ulangi operasi: Ulangi proses di atas 2-3 kali

2.1.3 Pengendalian Parameter Proses

• Kontrol suhu: Suhu optimal 900±20°C
• Dosis alkali: Sesuaikan berdasarkan kandungan arsenik, biasanya 8-12% dari berat antimon.
• Waktu oksidasi: 1-1,5 jam per siklus oksidasi

2.1.4 Efisiensi Penghilangan Arsenik

Dapat mengurangi kadar arsenik dari 2-5% menjadi 0,1-0,3%

2.2 Metode Volatilisasi Oksidatif

2.2.1 Prinsip

Memanfaatkan karakteristik bahwa arsen oksida (As₂O₃) lebih mudah menguap daripada antimon oksida. As₂O₃ menguap hanya pada suhu 193°C, sedangkan Sb₂O₃ membutuhkan suhu 656°C.

2.2.2 Alur Proses

1. Peleburan oksidatif: Panaskan dalam tungku putar hingga 600-650°C dengan pemasukan udara.
2. Pengolahan gas buang: Mengembunkan dan memulihkan As₂O₃ yang menguap
3. Peleburan reduksi: Reduksi sisa material pada suhu 1200°C dengan kokas.
4. Pemurnian: Tambahkan sedikit soda abu untuk pemurnian lebih lanjut.

2.2.3 Parameter Utama

• Konsentrasi oksigen: 21-28%
• Waktu tinggal: 4-6 jam
• Kecepatan putaran tungku: 0,5-1 putaran/menit

3. Pemurnian Hidrometalurgi untuk Penghilangan Arsenik

3.1 Metode Pelindian Alkali Sulfida

3.1.1 Prinsip

Memanfaatkan karakteristik bahwa arsen sulfida memiliki kelarutan yang lebih tinggi dalam larutan alkali sulfida dibandingkan antimon sulfida. Reaksi utama:
As₂S₃ + ​​3Na₂S → 2Na₃AsS₃
Sb₂S₃ + ​​Na₂S → Tidak larut

3.1.2 Alur Proses

1. Sulfidasi: Campurkan bubuk antimon mentah dengan sulfur dengan rasio massa 1:0,3, lakukan sulfidasi pada suhu 500°C selama 1 jam.
2. Pelarutan: Gunakan larutan Na₂S 2 mol/L, rasio cairan-padat 5:1, aduk pada suhu 80°C selama 2 jam.
3. Penyaringan: Saring dengan filter press, residunya adalah konsentrat antimon rendah arsenik.
4. Regenerasi: Masukkan H₂S ke dalam filtrat untuk meregenerasi Na₂S.

3.1.3 Kondisi Proses

• Konsentrasi Na₂S: 1,5-2,5mol/L
• pH pencucian: 12-13
• Efisiensi pelarutan: As>90%, kehilangan Sb<5%

3.2 Metode Pelindian Oksidatif Asam

3.2.1 Prinsip

Memanfaatkan kemudahan oksidasi arsenik dalam kondisi asam, menggunakan oksidan seperti FeCl₃ atau H₂O₂ untuk pelarutan selektif.

3.2.2 Alur Proses

1. Pelarutan: Dalam larutan HCl 1,5 mol/L, tambahkan FeCl₃ 0,5 mol/L, rasio cairan-padat 8:1
2. Kontrol potensial: Pertahankan potensial oksidasi pada 400-450mV (vs.SHE)
3. Pemisahan padat-cair: Filtrasi vakum, kirim filtrat untuk pemulihan arsenik.
4. Pencucian: Cuci residu filter 3 kali dengan asam klorida encer.

4. Metode Pemurnian Elektrolitik

4.1 Prinsip

Memanfaatkan perbedaan potensial pengendapan antara antimon (+0,212V) dan arsenik (+0,234V).

4.2 Alur Proses

1. Persiapan anoda: Tuangkan antimon mentah ke dalam pelat anoda berukuran 400×600×20mm.
2. Komposisi elektrolit: Sb³⁺ 80 g/L, HCl 120 g/L, aditif (gelatin) 0,5 g/L
3. Kondisi elektrolisis:
   • Kepadatan arus: 120-150A/m²
   • Tegangan sel: 0,4-0,6V
   • Suhu: 30-35°C
   • Jarak antar elektroda: 100 mm
4. Siklus: Keluarkan dari sel setiap 7-10 hari

4.3 Indikator Teknis

• Kemurnian antimon katoda: ≥99,85%
• Tingkat penghilangan arsenik: >95%
• Efisiensi saat ini: 85-90%

5. Teknologi Penghilangan Arsenik yang Sedang Berkembang

5.1 Distilasi Vakum

Di bawah vakum 0,1-10 Pa, memanfaatkan perbedaan tekanan uap (As: 133 Pa pada 550°C, Sb membutuhkan 1000°C).

5.2 Oksidasi Plasma

Menggunakan plasma suhu rendah (5000-10000K) untuk oksidasi arsenik selektif, waktu pemrosesan singkat (10-30 menit), konsumsi energi rendah.

6. Perbandingan Proses dan Rekomendasi Seleksi

Rekomendasi pemilihan:

• Bahan baku dengan kandungan arsenik tinggi (As>3%): Lebih disukai menggunakan pelindian alkali sulfida.
• Arsenik sedang (0,5-3%): Pemurnian alkali atau elektrolisis
• Persyaratan kemurnian tinggi dengan kadar arsenik rendah: Pemurnian elektrolitik direkomendasikan.

7. Kesimpulan

Penghilangan arsenik dari antimon mentah memerlukan pertimbangan komprehensif mengenai karakteristik bahan baku, persyaratan produk, dan aspek ekonomi. Metode pirometalurgi tradisional memiliki kapasitas besar tetapi tekanan lingkungan yang signifikan; metode hidrometalurgi memiliki polusi yang lebih rendah tetapi prosesnya lebih lama; metode elektrolitik menghasilkan kemurnian tinggi tetapi mengkonsumsi lebih banyak energi. Arah pengembangan di masa depan meliputi:

1. Mengembangkan aditif komposit yang efisien
2. Mengoptimalkan proses gabungan multi-tahap
3. Meningkatkan pemanfaatan sumber daya arsenik
4. Mengurangi konsumsi energi dan emisi polusi