铋是元素周期表第六周期的VA族元素。原子序数83，化学元素符号Bi，原子量208.98，外层电子层构型6S26P3。铋的熔点为271℃，沸点为1560℃，密度为9.75克/立方厘米。铋是抗磁性最强的金属，它可以与锡、镉、镓等金属混合形成易熔合金。铋的化学性质不活泼，在室温下仅被湿空气体轻微氧化。铋的化合物有近百种，其中硫化铋、氧化铋和硝酸铋是重要的。硫化铋和氧化铋分别以天然矿物辉铋矿(Bi2S3)和辉铋矿(Bi2O3)的形式存在于地壳中。铋在地壳中的丰度为1×10-5%，中国铋的储量和年产量均居世界前列。铋主要用作易熔合金，制造锅炉和压力容器的安全活塞，在医学上也有一定的应用。单独的铋矿床在自然界中很少见，大多与钨、钼、铅和铜矿共存。铋精矿从钨钼矿中分离出来时可以产出，但只有与铅、铜共生时才能在主金属生产过程中以副产物的形式综合回收。铋的生产方法分为火法和湿法两种。前者包括沉淀熔炼和混合熔炼，后者包括氯化浸出和矿浆电解。中国铋工业始于20世纪50年代。首先用还原熔炼法从铅电解阳极泥中提取铋。60年代用沉淀法冶炼铋精矿。改进工艺后，出现了混合熔炼法，可同时处理硫化铋精矿和含氧化铋物料，显著提高了金属回收率。20世纪70年代，在铋冶炼设备中，成功地用回转炉代替反射炉，大大降低了劳动强度。80年代发展出矿浆电解法，90年代用于提铋冶金，进入工业应用阶段。生产的铋精矿含铋20%-64%，还原剂多为煤粉，熔剂为铁屑、纯碱和萤石。该工艺包括熔炼、造锍、出锍和出铋。冶炼时，将硫化铋精矿、含氧化铋的炉渣、烟尘、熔剂和煤粉混合均匀，从自反炉顶部分批入炉，炉温750℃。炉料在1200-1300℃发生沉淀反应，生成冰铜、金属铋、炉渣和烟气。碳还原剂产生的CO与炉料中的Bi2O3反应生成铋:Bi2O3+3CO = = = 2Bi+3CO2炉料中心的铁屑与Bit S3发生置换反应:Bi2S3+3Fe = = = 2Bi+3FeS生成的FeS进入铜锍。炉料中的Bi2O3也会与Bi2S3相互作用生成铋和SO2气体:Bi2S3+2Bi2O3 = = = 6bi+3SO2冶炼产物成分见表。[下一个]
铋矿混合冶炼产品的成分/%
熔炼设备为反射炉，根据炉膛面积有6m2和10m2两种炉型。由于铋的密度较大(9.7g/m3)，容易在炉底发生泄漏，所以反射炉的炉底铺设在钢板焊接的罐壳内。炉膛一端建有燃烧室，另一端为上升排烟管道。靠近炉侧壁底部的铋出料口和装料口设置在炉顶。反射炉床能比0.9-1.2t/(m2·d)，铋直收率91%-93%。每生产一吨铋消耗纯碱34公斤，铁屑336公斤，燃煤1877公斤，萤石280公斤。冶炼生产的粗铋还含有相当多的铅、砷、铜、锑、银等杂质，必须逐一去除才能满足工业应用要求。精炼方法包括火法精炼和电解精炼，可获得bi >: 99.99%的精铋，化学成分达到国家标准。
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