Gemeinsamer Produktionsprozess von Flammschutzmitteln: Antimontrioxid-Produktionsprozess

Gemeinsamer Produktionsprozess von Flammschutzmitteln: Antimontrioxid-Produktionsprozess

Antimonmetall ist in der Industrie als „industrielles Mononatriumglutamat“ bekannt und wird häufig in der industriellen Fertigung und in verschiedenen Zusatzstoffen verwendet. Die extreme Knappheit von Antimonmetall wirkt sich jedoch erheblich auf das Produktionsvolumen und die Kosten für nachgelagerte Additivhersteller aus. In den letzten Jahren ist die weltweite Antimonproduktion rückläufig und sank von 167.000 Tonnen im Jahr 2010 auf 104.000 Tonnen im Jahr 2024. Dieser anhaltende Produktionsrückgang zwingt die Hersteller von Flammschutzmitteln dazu, entweder zu höheren Preisen einzukaufen oder durch die Entwicklung alternativer Produkte neue Wege zu gehen.

Die globalen Antimonressourcen sind hauptsächlich in Ländern wie China, Russland, Bolivien und Kirgisistan verteilt, wobei China 29,7 % der Ressourcen besitzt. Die inländische Antimonerzproduktion in China beträgt derzeit 60.000 Tonnen, während die ausländische Produktion etwa 44.000 Tonnen beträgt. Die prognostizierten Lieferungen für 2025–2027 belaufen sich auf 60.700/61.400/62.300 Tonnen im Inland und 46.000/48.000/52.000 Tonnen aus ausländischen Quellen, was auf ein langsames Angebotswachstum hindeutet.

Die Verteilungsstruktur der weltweiten Antimonerzreserven im Jahr 2024 ist in der folgenden Grafik dargestellt, wobei China über die größten Reserven verfügt, aber immer noch mit rückläufigen Produktionsproblemen konfrontiert ist. Die primären Strategien umfassen derzeit Importe und den Ausbau des Sekundärrecyclings. Da die Produktion zurückgeht, wird erwartet, dass die Sekundärrecyclingtechnologie allmählich zur Hauptreservemethode für Antimonmetall wird.

Für die Flammschutzmittelindustrie ist Antimon schwer zu ersetzen, insbesondere halogenierte und bromierte Flammschutzmittel, die in der Kunststoff-, Gummi-, Textil-, Chemiefaser- und anderen Industriezweigen unersetzlich sind. Der geschätzte Verbrauch für 2025 liegt bei rund 80.000 Tonnen.

In der Flammschutzmittelindustrie ist die Antimon-Lieferkette wie in der folgenden Abbildung dargestellt verteilt.

Das Trenddiagramm der chinesischen Antimonerzproduktion von 2011 bis 2024 ist unten dargestellt. Da die Produktion allmählich zurückgeht, haben viele auf Forschung und Entwicklung im Bereich Flammschutzmittel ausgerichtete Unternehmen mit der Produktion von Ersatzstoffen und technologischen Verbesserungen begonnen.

Die Herstellungsverfahren für Antimontrioxid werden hauptsächlich in Trockenverfahren und Nassverfahren unterteilt. Zu den Trockenmethoden gehören die metallische Antimon-Methode und die Stibnit-Methode. Zu den Nassmethoden gehören die Säurelaugungsmethode und die Antimonsalzzersetzungsmethode. Spezifische Vorbereitungsdetails sind wie folgt.

1. Methode mit metallischem Antimon
Erhitzen Sie metallisches Antimon (schwefelhaltig) in einem Graphitofen auf 1200 °C und führen Sie 5 Minuten lang Luft mit einer Geschwindigkeit von 0,3 m³/min ein, bis der Schwefeldioxidgehalt im Abgas ≤5×10⁻⁶ beträgt. Auf 786 °C abkühlen lassen und dann 12 Stunden lang Luft mit einer Geschwindigkeit von 2 m³/min einblasen, um Antimontrioxid mit einer Ausbeute von 92,1 % zu erhalten.

2. Säurelaugungsmethode
Schritt 1: 1 kg rohes Antimonerz (Bleigehalt 1,0–2,0 %) zum Eintauchen in 3 l 1 mol/l Salzsäure geben. Anschließend Chlorgas (Durchflussrate 300 l/h) in die Lösung einleiten und 2–4 Stunden bei 70–90 °C reagieren lassen. Nach der Reaktion wird filtriert und gewaschen, um eine Antimonchlorid-Mischlösung zu erhalten.
Schritt 2: 40 g Eisenpulver als Reduktionsmittel zur Antimonchlorid-Mischlösung aus Schritt 1 hinzufügen und 2–3 Stunden bei 70–90 °C reagieren lassen. Nach der Reaktion wird filtriert und gewaschen, um eine Antimonchloridlösung zu erhalten.
Schritt 3: Geben Sie die Antimonchloridlösung aus Schritt 2 langsam unter Rühren in eine 4 mol/L Natriumhydroxidlösung, bis der Niederschlag in der Lösung nicht mehr zunimmt oder abzunehmen beginnt. Hören Sie dann mit der Zugabe auf. Stellen Sie den pH-Wert der Lösung auf 8–9 ein und rühren Sie 1–3 Stunden lang weiter. Nach der Reaktion filtrieren und waschen. Trocknen Sie den Filterrückstand und kalzinieren Sie ihn anschließend 3–5 Stunden lang bei 600–800 °C in einer Luftatmosphäre, um Antimontrioxid herzustellen.
Schritt 4: Geben Sie das Antimontrioxid aus Schritt 3 in einen Schmelzofen und erhöhen Sie die Temperatur auf 700–800 °C, bis der Feststoff vollständig schmilzt. Führen Sie dann kontinuierlich Druckluft und ein zusammengesetztes Bleientfernungsmittel (zugegeben mit 60 kg/m³ Antimontrioxidschmelze) in die geschmolzene Flüssigkeit ein. 60–90 Minuten lang ununterbrochen behandeln, die Oberflächenschlacke von der Antimonflüssigkeit entfernen, dann die Ofentemperatur auf 400–550 °C senken und die Abfallflüssigkeit aus dem Ofen ablassen, um Antimontrioxidpulver zu erhalten.
Schritt 5: Erhitzen Sie das Antimontrioxidpulver aus Schritt 4 in einem Schmelzofen auf 1600–1700 °C und halten Sie es 1 Stunde lang auf dieser Temperatur, bis es vollständig verdampft ist. Das verdampfte Produkt gelangt in eine Kühl- und Absetzvorrichtung, während zum Abschrecken kontinuierlich Inertgas in die Vorrichtung eingeleitet wird, wodurch letztendlich hochreines Antimontrioxid entsteht.

Fazit:
Die Knappheit von Antimon und die „sanfte Steigung“ des Angebots haben für bromierte Flammschutzsysteme Alarm geschlagen. Auf der einen Seite besteht eine immer noch wachsende starre Nachfrage von 80.000 Tonnen, auf der anderen Seite ein Bergbausektor, der sowohl mit rückläufiger Produktion als auch mit geopolitischen Risiken konfrontiert ist, was sowohl Preis als auch Lieferzeiten unter Druck setzt. Die Beschleunigung des Einsatzes von Sekundärrecycling, die Entwicklung antimonarmer/antimonfreier synergistischer Systeme und der Übergang vom „Verlassen auf Erz“ zum „Verlassen auf Technologie“ sind die wahren Trumpfkarten für die Flammschutzmittelindustrie, um in dieser Zeit des „industriellen Mononatriumglutamat“-Mangels die Lieferkette zu stabilisieren und die Kosten aufrechtzuerhalten.