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铋元素是啥?
更新时间:2016.08.18 新闻来源:

元素符号Bi,灰白带粉红色金属,在元素周期表中属ⅤA族,原子序数83,原子量208.980,菱形晶体,常见化合价为+3。

在希腊、罗马时代人们就使用铋,只是不把它看作一个元素。铋的名称来自德文Wismut(白色金属),16世纪阿格里科拉(G.Agricola),将这个名称拉丁化为bisemutum,但此后很长时期铋仍被误认是铅、锡、银、锑等。1753年,若弗鲁瓦(C.Geoffroy)和伯格曼(T.Bergman)才确定铋是一种新元素。铋工业于1860年初具规模;1930年前后由于发展了铋在易熔合金和医药方面的新用途,铋的生产才发展较快。

自然界存在少量单质铋。铋矿物有辉铋矿[kg2](BiS)、泡铋矿(BiO,或称铋华)、菱铋矿(BiOCOHO)、铜铋矿(3CuS4BiS)方铅铋矿(2PbSBiS)等。主要工业资源为辉铋矿,常与铅、铜、锡、锑、钨、钼等矿物共生。世界铋矿的主要产地在秘鲁和墨西哥。中国铋矿的主要产地在江西、湖南、广东、云南等省。中国炼铋原料中,一半是铋精矿,另一半是铅、铜、锡、钨等选矿和冶炼的副产品。

性质和用途铋性脆,富有光泽。铋在疑固时体积增大,膨胀率为3.3%。铋是逆磁性最强的金属,在磁场作用下电阻率增大而热导率降低。除汞外,铋是热导率最低的金属。铋及其合金具有热电效应。铋的硒、碲化合物具有半导体性质。

室温下铋在湿空气中轻微氧化,加热到熔点时则燃烧生成三氧化二铋(BiO)。铋同盐酸作用缓慢,同硫酸反应放出SO,同硝酸反应生成硝酸盐。

铋主要以金属形态用于配制易熔合金,以化合物形态用于医药。前者熔点范围为47~262,最常用的是铋同铅、锡、锑、铟等金属组成的二元、三元、四元、五元合金。改变这些金属在合金中所占的百分比,就可获得一系列不同熔点和不同物理性质的合金;这些合金用于消防装置,做自动喷水器的热敏元件,锅炉和压缩空气缸的安全塞,焊料,金属热处理的熔浴介质等。铋合金具有在冷凝时不收缩的特性,用于铸造印刷铅字和高精度的铸型。铋及其合金常作为铸铁、钢和铝合金的添加剂,以改善合金的切削性能。含锑11%的铋合金用于制造红外线检测计。铋锡和铋镉合金用作硒整流器的辅助电极。利用铋在磁场作用下电阻率急剧减小的特性来制作磁力测定仪。铋锰合金可制永磁合金。铋的热中子吸收截面很小并且熔点低、沸点高,可用作核反应堆的传热介质。碲化铋(BiTe)广泛用于制造温差电致冷元件和低温温差电源三碲化锑铋(BiSbTe)作为温差电器元件用于太阳能电池。铋银铯合金用于制造光电放大器。硫化银铋(BiAgS)用于制造半导体仪器。铋镉温差元件用于报警装置。

[铋的主要物理性质]

产量和价格70年代后期,世界铋矿(以铋计)年产量估计为3630~4080吨。秘鲁是世界铋矿产量最高的国家,其次为玻利维亚和澳大利亚。消费铋最多的国家是美国;1976年为1093吨,1979年为1153吨,主要依靠进口其中25.5%用于冶炼易熔合金,27%用作冶金添加剂,45.7%用于制药,其他用途约占1.8%。纯度为99.99%和99.999%的铋,1976年的价格分别为16.52美元/公斤和17.62美元/公斤。中国近年铋的年产量约为400~500吨。

铋的冶炼分粗炼和精炼两步。

火法粗炼粗炼的方法因原料而异。以硫化铋精矿、氧化铋和硫化铋的混合矿、氧化铋渣以及氯氧化铋等作为炼铋原料时,采用混合熔炼法,配入适量的铁屑、纯碱、萤石粉、煤粉等,在反射炉中进行混合熔炼,得到粗铋,送去精炼。

以铅的火法冶金精炼过程中产生的钙镁铋浮渣为原料的炼制方法是:先将浮渣加热,使其中所含的铅下沉取出。继续加热熔渣,熔化后,加入氯化铅或通入氯气,以除去钙和镁,得到富含铋的铅铋合金,再送精炼。

火法精炼一般分为四个步骤:①氧化除砷、锑、碲等;②加锌除银;③氯化除铅锌;④高温除氯。火法精炼流程见图[粗铋火法精炼流程图]。粗铋在680~720熔化,其中铁、砷、锑等氧化成为干渣。为了减少铋被带走,通常用氢氧化钠作熔剂,熔化干渣,然后捞出。鼓风是为了进一步氧化砷、锑、碲、铁、锡等杂质,使砷、锑形成AsO和SbO,大部分挥发掉。粗铋中的银,可以加锌除去。粗铋中残余的锌、铅铜则在350~500通入氯气除去。最后在氢氧化钠及硝酸钾熔盐覆盖下,插树脱氯,所得铋锭纯度可达99.99%。如原料中含铅高时,可在除银前先氯化除铅。

湿法提铋将含铋的原料用盐酸浸出(见浸取),浸出液用大量的水稀释,使氯化铋水解成氯氧化铋沉淀。如需要提高纯度,可重复操作数次。氯氧化铋可在盐酸存在下用铁粉或锌粉进行置换沉淀,制取海绵铋;或与碳酸钠、碳混合后,熔融还原,直接制取粗铋。中国从锡矿中选出铋中矿,用盐酸浸出,分离锡和砷后,将氯化铋溶液进行隔膜电解,制取海绵铋。海绵铋为中间产品,还需精炼。

电解精炼对分离大量的银很有效,但如提炼高纯铋时,仍需与火法精炼配合。

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