铋

铋(Bismuth）元素符号Bi，原子序数83。稳定同位素209。相对原子质量208.98037。

1．产品性能

带极浅红白灰色金属，有金属光泽，具菱形晶体结构。其粉末为黑色，性极脆，不具展性和延性。在空气中几乎不发生变化，在水中通入空气则氧化成氧化物。此种氧化物与空气中的二氧化碳化合后即生成针状具有光泽的碳酸铋。它不溶于盐酸和稀硫酸，溶于硝酸、浓硫酸和王水中。金属铋可从铋盐溶液中被Zn, Cd,Al, Sn, Mn, Fe所置换出来。相对密度为9.80，熔点271.4℃，沸点1552℃。加热时燃烧发生淡蓝色火焰，并生成黄色或褐色的三氧化二铋。熔融的金属在凝固时体积增大。铋合金具有优良的热电敏性和充填性能。

2．生产方法

(1)三氧化二铋还原法工业上将辉铋矿缎烧成三氧化二铋后，与炭共热还原得到铋。

2Bi₂0₃＋3C→4Bi＋3CO₂↑

(2)氯氧化铋还原法先把粗铋氯化，得BiC1₃。然后将其水解成BiOCI，用纯净的氢在800-950℃还原出Bi，同时放出H₂O和BiC1₃，当BICl₃逸出时又带走了其他金属杂质。用本法生产的高纯Bi经光谱分析不含B, Pb, Cu, Ag, Ti和Al。氯化、水解、区域熔炼和分步分解亦可除去其中某些杂质。

2Bi＋3C1₂→2BiC1₃

BiCl₃＋H₂O→BiOCI↓＋2HCl

3BlOCl＋3H₂→2Bi＋3H₂0＋BiC1₃

(3)氧化铋用氢还原法工业铋与硝酸反应生成硝酸铋，水解得硝酸氧铋，干燥后灼烧得三氧化二铋，用氢气还原得到高钝铋。

Bi＋6HN0₃→Bl(N0₃)₃＋3NO₂↑＋3H₂0

Bi(N0₃)₃＋H₂O→BION0₃＋2HN0₃

2BiON0₃→Bi₂0₃＋NO↑＋NO₂↑＋0₂↑

Bi₂0₃＋H₂→Bi＋H₂0

3．工艺流程

(1)氯氧化铋还原法

(2)氧化铋氢还原法

4．生产工艺

(1)氯氧化铋还原法将300g工业铋在充纯氮的玻璃管中加热到500℃，然后以20L/h的流速通入氯气，氯化2h。将所得的BiCl₃进行水解得BlOCI沉淀，再将沉淀洗净干燥后，置于石英管中，于900℃下用纯氢30L/h的流速还原15min，得到高纯铋。

(2)氧化铋氢还原法将16kg 99.9％的工业铋置于不锈钢的反应锅内，用少量稀硝酸洗去表面污物，把硝酸放出，关紧阀门。再用电导水洗涤金属铋，把水放出，关紧阀门。然后慢慢地加入1：1高纯HN0₃[35kg HN0₃ (d=1.42）加20L电导水］，约需1h加完。加完后反应10min左右（如反应速率慢可以用蒸汽加热，加速反应），尽量使铋过量些。稍冷后过滤，将滤液吸入不锈钢反应锅中进行浓缩，直至相对密度1.9(温度在65-70℃时），将该液倒入特制不锈钢盘内，在搅拌下进行冷却结晶，必要时可进行重结晶。

将上述结晶再行溶解，使之成为饱和溶液，然后倒入盛有大量煮沸的热电导水中，在搅拌下进行水解。水解完毕后静置5min，倾出上层清液，吸滤白色结晶性粉末次硝酸铋。

在水解的过程中除去了大量可溶性硝酸盐。然后将次硝酸铋用不锈钢小型离心机甩干，并用电导水洗涤成品。用瓷匙将成品移入大号的瓷蒸发皿中，上盖一蒸发皿，移至马弗炉中，在600℃时灼烧6-7h。冷却后取出，研成粉末，仍放入瓷皿中再行灼烧6-7h，获得高纯氧化铋。

然后将氧化铋移至石英舟中，放入石英管内在管式炉中加热至550℃，用氢还原为金属铋。送样分析，如能符合99.99％即可；如纯度不够，可用真空蒸馏提纯。

第一阶段的蒸馏是在指定的真空度下，开始缓慢地升高温度，例如在1.33-0.013Pa下，温度达到600-620℃时，挥发性较铋大的元素如As, S, Te, Mg和Zn等不会在冷凝器中冷凝，而是通过蒸发而除去。同时，稍微加热蒸馏器外端（与冷凝器连续部分），在0.133Pa, 540℃下保持0.5h，此时挥发性较大的元素可全部除去。原料铋的损失为5％一10％（按重量计）。

接着开始第二阶段的蒸馏。往冷凝器内通入惰性气体（氩或氮），降低真空度至规定的压力(1-4)×133.3Pa时，逐渐升高温度至铋的馏出温度。这样，蒸气压较铋低的元素例如Fe,Co,Ni,Pb和Sn等就作为残渣而分离。如果馏出温度达到720-750℃时，则较铋难挥发的元素有馏出的危险，须停止加热。所以，只要适当控制真空度和馏出温度，最终产物是可以符合产品标准的。

5．产品标准（高纯品，％）

6．产品用途

高纯铋可用于制作Bi₂Te₃半导体，应用于温差电领域。铋合金具有优良的热电敏性。铋与铅、锡等金属组成一系列低熔合金，用于保险丝、自动装置信号器材、焊锡等。高纯铋还用于核反应堆作载热体或冷却剂，也可用于雷达设备的部件和高矫顽力的磁性材料。