手機掃碼訪問本站
微信咨詢
鉍是元素符號Bi，原子序數(shù)83，原子量208.98，外圍電排布6s26p3，，位于第六周期第ⅤA族，共價半徑152pm，離子半徑Bi3+120pm，Bi5+74pm，第一電離能703.3kJ/mol，電負性1.9。銀白色或微紅色有金屬光澤的晶體，熔點271.4℃，沸點1560±5℃，蒸氣分子中單原子分子和雙原子分子處于平衡狀態(tài)。主要氧化數(shù)-3、+1、+3、+5。質脆而硬，凝固時體積膨脹，膨脹率為3.3%。密度9.747g/cm3。常溫下在干燥空氣中穩(wěn)定，在潮溫空氣中可被氧化。紅熱時燃燒呈藍色火焰，生成黃色氧化物Bi2O3。常溫下不跟水反應，紅熱時能被水蒸氣緩慢氧化。鉍粉可在氯氣中自燃，加熱時跟溴、碘、硫、硒直接化合生成三價化合物。不溶于稀鹽酸和稀硫酸，溶于硝酸和濃硫酸生成三價鉍鹽。1753年英吉甫魯匠瓦發(fā)現(xiàn)了鉍。自然界中有游離態(tài)和化合態(tài)兩種形式。主要礦物有輝鉍礦、鉍華等。在地殼中的豐度為2.0×10-5%。主要用于制低熔點合金(熔點在45℃以上100℃以下)，在消防和電氣工業(yè)上用作自動滅火裝置和保險絲及焊錫。還用于制活字合金、醫(yī)藥等。由煅燒輝鉍礦得三氧化二鉍，再與碳共熱還原得到鉍。
鉍的主要用途：(1)為防火設備、金屬接點、導熱介質用低熔(易熔)合金的組分。(2)用于制備治療胃病和梅毒的藥物。(3)用于電設備(熱電合金和永久磁體)。(4)用作催化劑，特別用在丙烯腈制備中。(5)高溫陶瓷和顏料等方面。
1. FeCl3浸出-鐵粉置換法
該方法可分為三氯化鐵、鹽酸浸出，鐵粉置換，海綿鉍熔煉3個主要步驟，工藝流程見圖。
1)三氯化鐵+鹽酸浸出。用三氯化鐵與鹽酸的混合液浸出硫化鉍礦，礦石中的Bi2S3為FeCl3所溶解生成可溶性三氯化鉍：
同時，礦石中夾雜的少量天然鉍也被溶解：Bi+3FeCl3BiCl3+3FeCl2，礦石中的氧化鉍則為鹽酸所溶解：Bi2O3+6HCl2BiCl3+3H2O。浸出劑中加入鹽酸有助于防止BiCl3水解為不溶性的BiOCl沉淀。
2)鐵粉置換。礦石中的鉍經浸出后都轉入到溶液中，加鐵粉可置換出海綿鉍：
2BiCl3+3Fe2Bi+3FeCl2。
3)海綿鉍的精煉。置換出的海綿鉍需加熱熔化鑄成鉍錠，但直接熔化會發(fā)生嚴重的氧化反應，因此工業(yè)上是在熔融的氫氧化鈉(熔點318.4℃，密度2.13g/cm3)中進行熔化，這樣既可防止鉍的氧化，而且熔融的液鉍(熔點27l℃，同溫液體密度為10.064g/cm3)也易于聚集，同時鉍的氧化物及其中某些雜質也能被NaOH吸收。下層聚集的液鉍經流鑄形成一定大小的鉍錠，其中仍含有一些雜質，屬于粗鉍，須進一步精煉。此法工藝比較成熟，鉍的浸出率高(94%～94.5%)，環(huán)境污染小。其缺點是材料消耗高，每噸海綿鉍消耗鹽酸1.5～1.8t，氯氣0.4～0.5t，鐵粉0.5～0.6t。由于采用鐵粉置換和氯氣再生技術，鐵和氯離子在溶液中的積累不容忽視，廢液排放量大，浸出液中離子濃度較高，溶液粘度較大，渣的過濾和洗滌較為困難。
2. FeCl3浸出-隔膜電極法
用隔膜電極法取代鐵粉置換法，適當控制電位，鉍在陰極被還原：
鐵在陽極發(fā)生氧化：
該方法的關鍵是電極電位的控制和溶液透過隔膜的速度控制。在陰極區(qū)，溶液中的主要陽離子是Bi3+、Fe2+和H+，在陽極區(qū)，溶液中的主要陽離子是Bi3+、Fe3+和H+。為使陽極區(qū)的三價鐵離子不致在陰極放電而降低電流效率，采用適當隔膜材料把陰、陽兩極分開，陰極區(qū)液面高于陽極區(qū)液面?？刂齐娊庖旱臐B透速度，使與二價鐵的氧化速度相當。
3. FeCl3-水解沉鉍法
利用氯化鉍易水解的特性，在弱酸性溶液中水解氯化鉍，使生成氯氧化鉍，制取氯氧鉍精礦。為使水解完全，溶液pH值一般控制在1～2之間。溶液需稀釋數(shù)倍，造成水和試劑耗量大、鉍回收率低、廢水排放量大。柿竹園選廠曾采用此法生產氯氧鉍精礦，每噸精礦消耗工業(yè)鹽酸800kg，鉍的回收率僅為60%。
4. 氯氣選擇性浸出法
控制溶液電位，用氯氣選擇性浸出硫化鉍礦，同時抑制雜質的浸出：
此法消除了大量鐵離子在流程中的循環(huán)和積累問題，提高了產品質量，渣的過濾、洗滌性能也得以改善，鉍的浸出率較高，但氯氣的消耗量大，部分單質硫會進一步氧化為硫酸根，氯氣的污染和腐蝕較為嚴重，設備材質和密封要求較高。與三氯化鐵浸出法相比沒有明顯的優(yōu)越性。
5. 鹽酸-亞硝酸浸出法
該法已進行半工業(yè)試驗，處理的是難選含鉍輝鉍礦。基本化學反應為：
該法消耗試劑種類多且量大，除鹽酸和氯化鈉外，還需硝酸納、煤油和雙氧水等。
6. 氯化-水解法
研究結果表明，采用高濃度氯離子溶液，在90～105℃下，二段循環(huán)浸出
硫化鉍礦，鉍浸出率超過94%，工藝流程如圖2所示。氯化-水解法浸出硫化鉍礦，解決了大量鐵在溶液中的循環(huán)和浸出劑的氧化再生問題，而且浸出液中有價金屬的濃度比較高。但浸出時所需溫度較高，元素硫的氧化嚴重，雜質元素如As的
浸出率也較高，因而氧化劑的消耗量大，同時還存在設備腐蝕、廢液排放量大等問題。
7. 礦漿電解法
礦漿電解法是北京礦冶研究總院歷經20余年的研究結果，是一種新的濕法冶金工藝。在一個裝置中同時完成鉍礦石的氧化浸出和鉍的電積還原，將傳統(tǒng)的浸出、固液分離、溶液凈化、電積等過程有機地結合起來，改變了鉍礦浸出時耗氧，而電積時陽極氧化空耗能量的不合理情況，簡化了濕法冶金流程，金屬回收率較高，能耗降低，有利于保護環(huán)境。礦漿電解法處理鉍精礦是在中等溫度(50～60℃)下和酸性氯鹽體系中進行。漿化后的鉍精礦加入到礦漿電解槽的陽極區(qū)直接電解，鉍精礦在被氧化浸出的同時，金屬鉍在陰極被還原析出，實現(xiàn)了金屬鉍的一步提取。陽極區(qū)發(fā)生的鉍精礦的浸出反應為：
[1] 中學教師實用化學辭典
[2] 中國成人教育百科全書·化學·化
[3] 金屬鉍制備方法研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢