Producción y usos del trióxido de antimonio

Antimony trioxide formula

El trióxido de antimonio (Sb2O3) es un polvo cristalino blanco con una masa molar de 291,52 g/mol y un punto de fusión de 656 °C. Tiene dos formas: senarmontita (por debajo de 570 °C) y valentinita (por encima de 570 °C).

La senarmontita tiene una densidad de 5,25 g/cm3, mientras que la valentinita tiene una densidad de 5,7 g/cm3. El trióxido de antimonio es soluble en ácidos y álcalis.

Tabla de contenido

1. Producción de trióxido de antimonio

El trióxido de antimonio se puede producir tostando trisulfuro de antimonio, quemando antimonio en un ambiente rico en oxígeno o hidrolizando haluros de antimonio o trisulfuro de antimonio.

production of antimony trioxide

1.1. Tostación de sulfuro de antimonio

El trióxido de antimonio (Sb2O3) se puede producir a partir de compuestos de sulfuro mediante dos métodos: tostación volatilizante y tostación no volatilizante. La tostación volatilizada produce Sb2O3 volátil, que puede separarse del residuo. La tostación no volatilizante produce Sb2O4 no volátil, que permanece mezclado con el residuo.

El tostado por volatilización es el método preferido porque produce un producto más puro. Sin embargo, es más complicado controlar la temperatura y el tiro en el horno durante este proceso.

La reacción fundamental para el tostado volatilizante es:

2 Sb2S3 + 9 O2 → 2 Sb2O3 + 6 SO2

El exceso de oxígeno puede provocar la formación de Sb2O4:

Sb2S3 + 5 O2 → Sb2O4 + 3 SO2

A temperaturas superiores a 560°C, la velocidad de reacción disminuye notablemente. Durante el tostado, el Sb2O4 también puede reaccionar con el Sb2S3 para producir Sb2O3:

Sb2S3 + 9 Sb2O4 → 10 Sb2O3 + 3 SO2

Por lo tanto, es necesaria una ingeniería cuidadosa del proceso para garantizar una formación rápida y preferencial de Sb2O3. La temperatura debe ser suficientemente alta para promover la volatilización, mientras que el suministro de oxígeno debe limitarse para evitar la formación de Sb2O4.

Sin embargo, temperaturas excesivamente altas pueden provocar la fusión de parte de la carga, envolviendo los granos de sulfuro e impidiendo su oxidación. Durante la condensación de Sb2O3, es fundamental mantener un bajo contenido de oxígeno en la fase gaseosa para evitar la oxidación de Sb2O4.

La temperatura empleada depende del contenido de sulfuro del mineral. Los minerales de baja ley pueden tostarse entre 850 y 1000°C. Para minerales ricos, el límite superior de temperatura es el punto de fusión del sulfuro (546°C).

En la práctica, las temperaturas no deben exceder los 400°C. El control del suministro de oxígeno se logra incorporando carbón de leña o brisa de coque a la carga y admitiendo sólo el aire necesario para formar monóxido de carbono y Sb2O3.

El monóxido de carbono sirve para suprimir la formación de Sb2O4. Sin embargo, la prevención completa de la formación de Sb2O4 supone un desafío.

El rendimiento del proceso varía según el método específico empleado y el contenido de sulfuro del mineral, oscilando entre el 60% y el 90% o más.

El Sb2O3 comercial debe contener un mínimo de 99,5% de Sb2O3. La calidad también se evalúa en función de su finura cristalina, adherencia a las superficies y ausencia de apelmazamiento. Un tinte rojizo en el óxido sugiere la presencia de Sb2S3, mientras que un tono amarillento es indeseable e indica contaminación por selenio y PbO.

El contenido de arsénico aceptable debería rondar el 0,1%.

El Sb2O3 comercial refinado se puede producir mediante un proceso de tostación secundaria, en el que el óxido crudo se somete a condiciones de tostación controladas. Este proceso de separación es especialmente crítico para obtener Sb2O3 de alta calidad, ya que el óxido de arsénico tiene poco valor.

Los minerales de Sb que contienen mercurio generalmente requieren tostación a temperaturas inferiores a 400 °C para volatilizar el mercurio, siendo necesario un control preciso de la temperatura para evitar el sobrecalentamiento y la volatilización de los compuestos de Sb.

El mineral tostado, que todavía contiene Sb2S3, se enfría lentamente con exclusión de oxígeno antes de someterse a reducción o precipitación de hierro en hornos de solera abierta.

Los hornos de tostación modernos suelen emplear hornos rotativos. Estos hornos pueden alcanzar rendimientos de Sb2O3 del 95 al 98 % con un alto rendimiento, independientemente de la naturaleza del mineral. Son adecuados para minerales de óxido-sulfuro, reduciendo inicialmente el Sb al metal y posteriormente oxidándolo a Sb2O3, libre de impurezas no volátiles y gases residuales producidos durante la reducción.

Algunos hornos rotatorios utilizan aire caliente para calentar, lo que reduce los caudales de gas y minimiza el arrastre de ganga, pero aún así puede provocar fluctuaciones de temperatura que provoquen la fusión de la carga.

El Sb2O3 crudo, producido con aproximadamente 81% de Sb, 0,3% de As y 0,15% de Ni, se puede obtener mediante una tostación volatilizante de concentrado de sulfuro en un horno rotatorio. Las temperaturas durante este proceso oscilan entre 1100 y 1200°C.

La oxidación de Sb2S3 a Sb2O3 se produce parcialmente en fase gaseosa. En particular, este proceso de conversión utiliza el proceso Chemetron, que incorpora características únicas en el control de oxidación y enfriamiento.

Si bien el Sb2O3 se elimina continuamente del horno, los elementos no volátiles permanecen dentro del horno y se eliminan periódicamente durante las campañas de desescoriación. Los parámetros críticos de control del proceso incluyen velocidades de alimentación del horno, posicionamiento del quemador y velocidades de enfriamiento, que influyen en el producto.

1.2. Recuperación de óxido de antimonio

El trióxido de antimonio (Sb2O3), también conocido como óxido de antimonio (III), es un retardante de llama ampliamente utilizado. Su demanda ha aumentado en los últimos años y se produce principalmente tostando minerales de sulfuro de antimonio u otras materias primas que contienen antimonio.

Para obtener trióxido de antimonio de alta pureza, especialmente para separar el arsénico del trióxido de antimonio, se utiliza un proceso de volatilización selectiva. Esto implica vaporizar preferentemente el trióxido de arsénico más volátil y luego condensar selectivamente el tetróxido de antimonio menos volátil a altas temperaturas. Este proceso da como resultado la condensación del trióxido de arsénico a temperaturas más bajas.

Otro método para recuperar trióxido de antimonio a partir de minerales complejos de sulfuro de antimonio es hacerlos reaccionar con cloruro de calcio. Esta reacción tiene lugar en una atmósfera oxidante a unos 500°C, como se muestra en la siguiente ecuación:

Sb2S3 + 3 CaCl2 + 6 O2 → 2 SbCl3 + 3 CaSO4

Durante este proceso, más del 90% del antimonio se volatiliza como SbCl3, que luego puede purificarse mediante destilación e hidrólisis para producir Sb2O3.

2. Usos del óxido de antimonio

uses of antimony trioxide

El trióxido de antimonio (Sb2O3) es un material versátil con una amplia gama de aplicaciones, clasificadas en términos generales en usos ignífugos y no ignífugos.

2.1. Aplicaciones retardantes de llama:

  • Poli(cloruro de vinilo) (PVC): el Sb2O3 se usa comúnmente en combinación con una fuente de halógeno, como una resina alquídica clorada, una resina de poli(cloruro de vinilo) o un plastificante clorado, para impartir propiedades retardantes de llama al PVC. Esta combinación es eficaz para prevenir la liberación de gases inflamables durante la combustión. Se utiliza en cintas transportadoras para minas, revestimientos de cables y tejidos recubiertos para aplicaciones como revestimiento de paredes y fundas de cojines.
  • Poliestirenos de alto impacto (HIPS): el Sb2O3 se utiliza en HIPS para productos como respaldos de televisores, electrodomésticos y carcasas para equipos eléctricos, incluidas computadoras (PC).
  • Polietileno y polipropileno: estos plásticos incorporan Sb2O3 principalmente para revestimiento de cables y conductos eléctricos utilizados en aplicaciones de construcción.
  • Poliamidas y plásticos de ingeniería: el Sb2O3 se emplea en materiales como el nailon, que se utiliza en componentes de automóviles, equipos industriales y piezas moldeadas eléctricas. Sus propiedades retardantes de llama mejoran la seguridad en estas aplicaciones.
  • Poliésteres insaturados: este tipo de polímero se beneficia del Sb2O3 en aplicaciones como paneles de construcción, piezas de automóviles y cascos de botes salvavidas, donde la resistencia al fuego es esencial.

2.2. Aplicaciones no retardantes de llama:

  • Pigmentos: El Sb2O3 se utiliza en pigmentos, particularmente en la fabricación de pigmentos de cromato. Estos pigmentos tienen diversos propósitos en la coloración de materiales.
  • Opacificante para esmaltes y fritas cerámicos: En cerámica, el Sb2O3 funciona como opacificante para esmaltes y fritas. Contribuye a la opacidad y apariencia de los productos cerámicos.
  • Refinado de cristal de plomo y vidrio para tubos de televisión: el Sb2O3 juega un papel vital en el refinado de cristal de plomo y vidrio utilizado para tubos de televisión. Ayuda a eliminar el color no deseado y las burbujas de gas del vidrio, mejorando su claridad y calidad. El antimonato de sodio también puede utilizarse para fines similares.
  • Catalizador de polimerización: el Sb2O3 sirve como catalizador en la producción de fibras de poliéster. Promueve el proceso de polimerización, dando lugar a la creación de fibras de poliéster utilizadas en diversas aplicaciones textiles e industriales.

La demanda de trióxido de antimonio ha crecido significativamente desde aproximadamente 1970, lo que refleja su importancia en diversos sectores. Se prevé que el mercado mundial del trióxido de antimonio alcance los 4.100 millones de dólares en 2028, según un informe de MarketsandMarkets.

El uso cada vez mayor de trióxido de antimonio en aplicaciones retardantes de llama es el principal impulsor del crecimiento del mercado. La creciente demanda de plásticos en diversas industrias, como la automoción, la construcción y la electrónica, también está impulsando el crecimiento del mercado.

3. Toxicología

Toxicology of antimony trioxide

El trióxido de antimonio (Sb2O3) es un compuesto tóxico que puede causar una variedad de problemas de salud, que incluyen:

  • Intoxicación oral aguda: los síntomas pueden incluir vómitos, diarrea y dolores abdominales.
  • Intoxicación respiratoria crónica: los síntomas pueden incluir dolor, hemorragias nasales, rinitis, faringitis, neumonitis y traqueítis.
  • Exposición a largo plazo: puede provocar radiografías de pulmón similares a las que se observan en la neumoconiosis. Los trabajadores expuestos a Sb2O3 durante períodos prolongados pueden desarrollar neumoconiosis y enfisema.
  • Cáncer: Se sospecha que el trióxido de antimonio es carcinógeno en humanos.

El TLV (valor límite umbral) para el trióxido de antimonio es de 0,5 mg/m3 (como Sb). Esto significa que los trabajadores no deben estar expuestos a niveles de trióxido de antimonio en el aire que superen los 0,5 mg/m3.

El TCLo (nivel de toxicidad crónica más bajo observado) para el trióxido de antimonio es de 4,2 mg/m3 durante 52 semanas. Esto significa que la exposición al trióxido de antimonio a niveles de 4,2 mg/m3 durante 52 semanas o más puede causar problemas de salud crónicos.

Referencia