元素符號(hào)Bi,灰白帶粉紅色金屬,在元素周期表中屬ⅤA族,原子序數(shù)83,原子量208.980,菱形晶體,常見(jiàn)化合價(jià)為+3。
在希臘、羅馬時(shí)代人們就使用鉍,只是不把它看作一個(gè)元素。鉍的名稱來(lái)自德文Wismut(白色金屬),16世紀(jì)阿格里科拉(G.Agricola),將這個(gè)名稱拉丁化為bisemutum,但此后很長(zhǎng)時(shí)期鉍仍被誤認(rèn)是鉛、錫、銀、銻等。1753年,若弗魯瓦(C.Geoffroy)和伯格曼(T.Bergman)才確定鉍是一種新元素。鉍工業(yè)于1860年初具規(guī)模;1930年前后由于發(fā)展了鉍在易熔合金和醫(yī)藥方面的新用途,鉍的生產(chǎn)才發(fā)展較快。
自然界存在少量單質(zhì)鉍。鉍礦物有輝鉍礦[kg2](BiS)、泡鉍礦(BiO,或稱鉍華)、菱鉍礦(BiOCOHO)、銅鉍礦(3CuS4BiS)方鉛鉍礦(2PbSBiS)等。主要工業(yè)資源為輝鉍礦,常與鉛、銅、錫、銻、鎢、鉬等礦物共生。世界鉍礦的主要產(chǎn)地在秘魯和墨西哥。中國(guó)鉍礦的主要產(chǎn)地在江西、湖南、廣東、云南等省。中國(guó)煉鉍原料中,一半是鉍精礦,另一半是鉛、銅、錫、鎢等選礦和冶煉的副產(chǎn)品。
性質(zhì)和用途鉍性脆,富有光澤。鉍在疑固時(shí)體積增大,膨脹率為3.3%。鉍是逆磁性最強(qiáng)的金屬,在磁場(chǎng)作用下電阻率增大而熱導(dǎo)率降低。除汞外,鉍是熱導(dǎo)率最低的金屬。鉍及其合金具有熱電效應(yīng)。鉍的硒、碲化合物具有半導(dǎo)體性質(zhì)。
室溫下鉍在濕空氣中輕微氧化,加熱到熔點(diǎn)時(shí)則燃燒生成三氧化二鉍(BiO)。鉍同鹽酸作用緩慢,同硫酸反應(yīng)放出SO,同硝酸反應(yīng)生成硝酸鹽。
鉍主要以金屬形態(tài)用于配制易熔合金,以化合物形態(tài)用于醫(yī)藥。前者熔點(diǎn)范圍為47~262,最常用的是鉍同鉛、錫、銻、銦等金屬組成的二元、三元、四元、五元合金。改變這些金屬在合金中所占的百分比,就可獲得一系列不同熔點(diǎn)和不同物理性質(zhì)的合金;這些合金用于消防裝置,做自動(dòng)噴水器的熱敏元件,鍋爐和壓縮空氣缸的安全塞,焊料,金屬熱處理的熔浴介質(zhì)等。鉍合金具有在冷凝時(shí)不收縮的特性,用于鑄造印刷鉛字和高精度的鑄型。鉍及其合金常作為鑄鐵、鋼和鋁合金的添加劑,以改善合金的切削性能。含銻11%的鉍合金用于制造紅外線檢測(cè)計(jì)。鉍錫和鉍鎘合金用作硒整流器的輔助電極。利用鉍在磁場(chǎng)作用下電阻率急劇減小的特性來(lái)制作磁力測(cè)定儀。鉍錳合金可制永磁合金。鉍的熱中子吸收截面很小并且熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高,可用作核反應(yīng)堆的傳熱介質(zhì)。碲化鉍(BiTe)廣泛用于制造溫差電致冷元件和低溫溫差電源三碲化銻鉍(BiSbTe)作為溫差電器元件用于太陽(yáng)能電池。鉍銀銫合金用于制造光電放大器。硫化銀鉍(BiAgS)用于制造半導(dǎo)體儀器。鉍鎘溫差元件用于報(bào)警裝置。
[鉍的主要物理性質(zhì)]
產(chǎn)量和價(jià)格70年代后期,世界鉍礦(以鉍計(jì))年產(chǎn)量估計(jì)為3630~4080噸。秘魯是世界鉍礦產(chǎn)量最高的國(guó)家,其次為玻利維亞和澳大利亞。消費(fèi)鉍最多的國(guó)家是美國(guó);1976年為1093噸,1979年為1153噸,主要依靠進(jìn)口其中25.5%用于冶煉易熔合金,27%用作冶金添加劑,45.7%用于制藥,其他用途約占1.8%。純度為99.99%和99.999%的鉍,1976年的價(jià)格分別為16.52美元/公斤和17.62美元/公斤。中國(guó)近年鉍的年產(chǎn)量約為400~500噸。
鉍的冶煉分粗煉和精煉兩步。
火法粗煉粗煉的方法因原料而異。以硫化鉍精礦、氧化鉍和硫化鉍的混合礦、氧化鉍渣以及氯氧化鉍等作為煉鉍原料時(shí),采用混合熔煉法,配入適量的鐵屑、純堿、螢石粉、煤粉等,在反射爐中進(jìn)行混合熔煉,得到粗鉍,送去精煉。
以鉛的火法冶金精煉過(guò)程中產(chǎn)生的鈣鎂鉍浮渣為原料的煉制方法是:先將浮渣加熱,使其中所含的鉛下沉取出。繼續(xù)加熱熔渣,熔化后,加入氯化鉛或通入氯氣,以除去鈣和鎂,得到富含鉍的鉛鉍合金,再送精煉。
火法精煉一般分為四個(gè)步驟:①氧化除砷、銻、碲等;②加鋅除銀;③氯化除鉛鋅;④高溫除氯。火法精煉流程見(jiàn)圖[粗鉍火法精煉流程圖]。粗鉍在680~720熔化,其中鐵、砷、銻等氧化成為干渣。為了減少鉍被帶走,通常用氫氧化鈉作熔劑,熔化干渣,然后撈出。鼓風(fēng)是為了進(jìn)一步氧化砷、銻、碲、鐵、錫等雜質(zhì),使砷、銻形成AsO和SbO,大部分揮發(fā)掉。粗鉍中的銀,可以加鋅除去。粗鉍中殘余的鋅、鉛銅則在350~500通入氯氣除去。最后在氫氧化鈉及硝酸鉀熔鹽覆蓋下,插樹(shù)脫氯,所得鉍錠純度可達(dá)99.99%。如原料中含鉛高時(shí),可在除銀前先氯化除鉛。
濕法提鉍將含鉍的原料用鹽酸浸出(見(jiàn)浸取),浸出液用大量的水稀釋?zhuān)孤然G水解成氯氧化鉍沉淀。如需要提高純度,可重復(fù)操作數(shù)次。氯氧化鉍可在鹽酸存在下用鐵粉或鋅粉進(jìn)行置換沉淀,制取海綿鉍;或與碳酸鈉、碳混合后,熔融還原,直接制取粗鉍。中國(guó)從錫礦中選出鉍中礦,用鹽酸浸出,分離錫和砷后,將氯化鉍溶液進(jìn)行隔膜電解,制取海綿鉍。海綿鉍為中間產(chǎn)品,還需精煉。
電解精煉對(duì)分離大量的銀很有效,但如提煉高純鉍時(shí),仍需與火法精煉配合。
©2008-2023 福建明海鑫企業(yè)股份有限公司 閩ICP備07035527號(hào)-1
閩公網(wǎng)安備 35040302610038號(hào)