Исследование азотно-кислотного растворения стибнита с добавлением винной кислоты

Работа посвящена изучению процесса азотно-кислотного выщелачивания стибнита с добавлением винной кислоты, выполняющей функцию комплексообразующего агента. Предлагаемый способ переработки стибнита обладает высокой актуальностью, поскольку сурьма широко используется в промышленности – от электроники до применения в качестве легирующих добавок. В ходе термодинамического анализа выявлено, что в процессе азотно-кислотного растворения стибнита неизбежно образуются оксиды сурьмы, что приводит к существенному снижению извлечения целевого металла в раствор. Для того чтобы снизить эти потери и повысить эффективность процесса, в качестве добавки предложено использовать винную кислоту. Исследования показали, что она способствует образованию стабильных комплексов с ионами сурьмы, что позволяет сохранить металл в растворе и минимизировать риск осаждения оксидов. С использованием математического планирования эксперимента установлено, что массовое соотношение винной кислоты к сурьме, а также концентрация азотной кислоты оказывают большее влияние на эффективность процесса выщелачивания, чем температура и продолжительность процесса. Определены оптимальные условия для достижения максимального значения извлечения сурьмы в раствор – 87 %: температура 35 °C, концентрация азотной кислоты 5 моль/дм3 , время выщелачивания 45 мин и массовое соотношение винной кислоты к сурьме 4,5 : 1,0.

1. Moosavi-Khoonsari E., Mostaghel S., Siegmund A., Cloutier J-P. A review on pyrometallurgical extraction of antimony from primary resources: Current practices and evolving processes. Processes. 2022;10:1590. https://doi.org/10.3390/pr10081590

2. Multani R.S., Feldmann T., Demopoulos G.P. Antimony in the metallurgical industry: A review of its chemistry and environmental stabilization options. Hydrometallurgy. 2016;164:141—53. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2016.06.014

3. Dembele S., Akcil A., Panda S. Technological trends, emerging applications and metallurgical strategies in antimony recovery from stibnite. Minerals Engineering. 2022;175:107304. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.107304

4. Ye L., Ouyang Z., Chen Y., Chen Y., Xiao L. Sulfur fixation and reduction roasting of stibnite for clean extraction of antimony by a combined metallurgy and beneficiation process. Minerals Engineering. 2019;144:106049. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2019.106049

5. Zekavat M., Yoozbashizadeh H., Khodaei A. Leaching of antimony from stibnite ore in KOH solution for sodium pyroantimonate production: Systematic optimization and kinetic study. Thermodynamic Optimization of Critical Metals Processing and Recovery. 2021;73:903—912. https://doi.org/10.1007/s11837-020-04531-8

6. Aghazadeh S., Abdollahi H., Gharabaghi M., Mirmohammadi M. Selective leaching of antimony from tetrahedrite rich concentrate using alkaline sulfide solution with experimental design: Optimization and kinetic studies. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2021;119:298—312. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2021.01.021

7. Sudova M., Sisol M., Kanuchova M., Marcin M., Kurty J. Environmentally friendly leaching of antimony from mining residues using deep eutectic solvents: Optimization and sustainable extraction strategies. Processes. 2024;12(3):555. https://doi.org/10.3390/pr12030555

8. Wang X., Yang Y., Tao L., He M. Antimonite oxidation and adsorption onto two tunnel-structured manganese oxides: Implications for antimony mobility. Chemical Geology. 2021;579:120336. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2021.120336

9. Ye L., Ouyang Z., Chen Y., Chen Y. Ferric chloride leaching of antimony from stibnite. Hydrometallurgy. 2019;186:210—217. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2019.04.021

10. Xiang L., Liu C., Liu D., Ma L., Qiu X., Wang H., Liu X. Antimony transformation and mobilization from stibnite by an antimonite oxidizing bacterium Bosea sp. AS-1. Journal of Environmental Sciences. 2022;111:273—281. https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.03.042

11. Zhang F., Cui Y., He X., Lv C., Li L., Zhang J., Nan J. Selective alkaline leaching of antimony from Low-grade refractory gold ores and process optimization. Minerals Engineering. 2023;201:108198. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2023.108198

12. Cornelis G., Gerven T., Vandecasteete C. Antimony leaching from MSWI bottom ash: Modelling of the effect of pH and carbonation. Waste Management. 2012;32(2):278—286. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2011.09.018

13. Madkur L.H. Thermodynamic behaviour of complex antimonite ore for electrodeposition of metal value. Journal de Chimie Physique. 1997;94:620—634. https://doi.org/10.1051/jcp/1997940620

14. Smincakova E., Raschman P. Leaching of natural stibnite using Na2S and NaOH solutions. International Journal of Energy Engineering. 2011;1(2):85—89. https://doi.org/10.5963/IJEE0102006

15. Rogozhnikov D., Dizer O., Karimov K., Zakhar’yan S. Nitric acid leaching of the copper-bearing arsenic sulphide concentrate of Akzhal. Tsvetnye Metally. 2020;8:11—17. https://doi.org/10.17580/tsm.2020.08.02

16. Kuzas E., Rogozhnikov D., Dizer O., Karimov K., Shoppert A., Suntsov A., Zhidkov I. Kinetic study on arsenopyrite dissolution in nitric acid media by the rotating disk method. Minerals Engineering. 2022;187:107770. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107770

17. Rusalev R., Rogozhnikov D., Dizer O., Golovkin D., Karimov K. Development of a two-stage hydrometallurgical process for gold—antimony concentrate treatment from the olimpiadinskoe deposit. Materials. 2023;16:4767. https://doi.org/10.3390/ma16134767

18. Dizer O., Rogozhnikov D., Karimov K., Kuzas E., Suntsov A. Nitric acid dissolution of tennantite, chalcopyrite and sphalerite in the presence of Fe (III) ions and FeS2. Materials. 2022;15:1545. https://doi.org/10.3390/ma15041545

19. Madkour L.H., Salem I.A. Electrolytic recovery of antimony from natural stibnite ore. Hydrometallurgy. 1996;43:265—75. https://doi.org/10.1016/0304-386X(95)00113-U

20. Давиденко П.С., Трошкин А.М., Мельников Ю.Т. Кинетика взаимодействия сульфида сурьмы с раствором азотной кислоты. Известия вузов. Цветная металлургия. 2006;(1):24—27.

21. Besold J., Kumar N., Scheinost A., Pacheco J., Fendorf S., Planer-Friedrich B. Antimonite complexation with thiol and carboxyl/phenol groups of peat organic matter. Environmental Science & Technology. 2019;53(9):5005—5015. https://doi.org/10.1021/acs.est.9b00495

22. Шабданова Э.A. Использование органических оксикислот в процессах выщелачивания и комплексообразования металлов. Известия вузов (Кыргызстан). 2015;2:95—102.

23. Larba R., Boukerche I., Alane N., Habbache N., Djerad S., Tifouti L. Citric acid as an alternative lixiviant for zinc oxide dissolution. Hydrometallurgy. 2013;134— 135:117—23. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2013.02.002

24. Oke E.A., Potgieter H., Mondlane F., Skosana N.P., Teimouri S., Nyembwe J.K. Concurrent leaching of copper and cobalt from a copper—cobalt ore using sulfuric and organic acids. Minerals Engineering. 2024;216:108853. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2024.108853

25. Borda J., Torres R. Effect of pretreatments to improve nickel leaching from laterites in carboxylic media: Mechanism and kinetic model. South African Journal of Chemical Engineering. 2023;46:12—21. https://doi.org/10.1016/j.sajce.2023.07.001

26. Tzeferis P.G., Agatzini-Leonardou S. Leaching of nickel and iron from Greek non-sulphide nickeliferous ores by organic acids. Hydrometallurgy. 1994;36:345—60. https://doi.org/10.1016/0304-386X(94)90031-0