發展簡史
15世紀時已知,1737年由埃洛(J.Hellot)和日夫魯瓦(C.J.Geoffroy)製得鉍。
古希臘和羅馬就使用金屬鉍,用作盒和箱的底座。但直到1556年德意志G.阿格里科拉才在《論金屬》一書中提出了銻和鉍是兩種獨立金屬的見解。1737年赫羅特(Hellot)用火法分析鈷礦時曾獲得一小塊樣品,但不知何物。1753年英國C.若弗魯瓦和T.伯格曼確認鉍是一種化學元素,定名為bismuth。1757年法國人日夫魯瓦(Geoffroy)經分析研究,確定為新元素。
含量分布
鉍在自然界中以游離金屬和礦物的形式存在。礦物有輝鉍礦、鉍華等。金屬鉍由礦物經煅燒後成三氧化二鉍,再與碳共熱還原而獲得,可用火法精煉和電解精煉製得高純鉍。
鉍在地殼中的含量不大,為2×10 %,自然界中鉍以單質和化合物兩種狀態存在,主要礦物有輝鉍礦(BiS)、泡鉍礦(BiO)、菱鉍礦(nBiO·mCO·HO)、銅鉍礦(3CuS·4BiS)、方鉛鉍礦(2PbS·BiS)。
鉍在自然界中有硫化物的輝鉍礦(BiS)和氧化物氧化鉍(BiO),或稱鉍黃土,是由輝鉍礦和其他含鉍的硫化物氧化後形成的。由於鉍的熔點低,因此用炭等可以將它從它的天然礦石中還原出來。所以鉍早被古代人們取得,但由於鉍性脆而硬,缺乏延展性,因而古代人們得到它後,沒有找到它的套用,只是把它留在合金中。
據美國地質調查局資料顯示,全球鉍金屬儲量33萬噸,略低於白銀的40萬噸。 中國鉍資源儲量居世界首位,中國已有鉍礦70多處,鉍金屬儲量在1萬噸以上的大中型礦區有6處,儲量占全國總儲量的78%,其中5萬噸以上金屬儲量的大型礦區2處,儲量占全國總儲量的66%。中國鉍資源分布在13個省市自治區,其中儲量最大的是湖南、廣東和江西,這三個省的儲量占全國總儲量的85%左右;其次分布在雲南、內蒙古、福建、廣西和甘肅等省。 其中,湖南省郴州市金船塘礦區勘探儲量累計估算錫鉍資源量82萬噸(包括鉍10萬噸)、潛在經濟價值70億人民幣,使中國成為世界鉍的絕對優勢國家,勘查成果使金船塘礦一躍成為世界最大鉍礦床。
世界主要產鉍國分別為中國、墨西哥、秘魯、日本、澳大利亞、哈薩克斯坦、加拿大以及玻利維亞等。全球鉍年產量預計在15,000噸左右,其中中國的產量超過10,000噸,占70%以上,墨西哥大約8%,比利時5%左右。由於受資源和環保因素的影響,鉍產量在不斷下降,日本和美國等國家由於成本和環保的要求,鉍產量也在逐年減少。2010年全球金屬鉍產量預計接近16,000噸,其中中國的產量超過12,000噸,墨西哥大約1,200噸,比利時800噸,秘魯650噸,日本400噸。
理化性質
物理性質
純鉍是柔軟的金屬,不純時性脆。常溫下穩定。主要礦石為輝鉍礦(BiS)和赭鉍石(Bio)。液態鉍凝固時有膨脹現象。
性脆,導電和導熱性都較差。鉍的硒化物和碲化物具有半導體性質。
金屬鉍為有銀白色(粉紅色)到淡黃色光澤的金屬,質脆易粉碎;室溫下,鉍不與氧氣或水反應,在空氣中穩定。.導電導熱性差;以前鉍被認為是相對原子質量最大的穩定元素,但在2003年,發現了鉍微弱的放射性,可經α衰變變為鉈-205。其半衰期為1.9X10^19年左右,達到宇宙年齡的10億倍。
熔點 | 271.3℃ |
沸點 | 1560±5℃ |
相對密度 | 9.8 |
聲音的傳播速率 | 1790(m/S) |
電離能 (kJ /mol) | 第一電離能7.289電子伏特 |
莫氏硬度 | 2.25 |
膨脹率 | 3.3% |
化學性質
加熱到熔點以上時能燃燒,發出淡藍色的火焰,生成三氧化二鉍,鉍在紅熱時也可與硫、鹵素化合。鉍不溶於水,不溶於非氧化性的酸(如鹽酸)即使濃硫酸和濃鹽酸,也只是在供熱時才稍有反應,但能溶於王水和濃硝酸。其中+5價化合物NaBiO(鉍酸鈉)是強氧化劑。
原子量 | 208.9803987 |
化學符號 | Bi |
原子序數 | 83 |
原子體積(立方厘米/摩爾) | 21.3 |
製備方法
工藝原理及流程:
高品位鉍精礦的處理,大部分採用火法反射爐熔煉,鉍精礦和還原劑煤粉、置換劑鐵屑、組溶劑純鹼等配料混合,加入反射爐混合熔煉,產出爐渣、冰銅和粗鉍,粗鉍經過精煉生產出精鉍。中國開始致力於鉍礦濕法冶金新工藝的研究。用FeCl作浸出劑,在酸性氯化物體系中浸出鉍,使礦物中的鉍呈鉍氯配合物的形態進入溶液,用鐵粉置換產出海綿鉍,經過火法精煉生產精鉍,首先在雲錫第三冶煉廠建成濕法車間,處理錫鉍混合精礦。
二十一世紀後,中國的許多科研單位根據鉍礦的不同組成和原料差異,圍繞降低作業成該,解決環境污染、FeCl的再生和溶液中的有價金屬的富集問題,研究了許多濕法冶金流程。
主要試劑和儀器
鹽酸(工業純),FeCl(化學純)。電動攪拌器,721可見分光光度計,pH計。浸出劑由工業鹽酸、FeCl、蒸餾水按一定比例配製而成;鉍礦在研缽中研磨30min,浸出在500mL燒杯中進行;攪拌器為常規的電動攪拌。
浸出工藝原理
在鹽酸溶液中,三氯化鐵可將鉍礦中輝鉍礦的硫元素氧化,使Bi 轉入溶液,硫元素轉變為單質硫。加入鹽酸,既可提高鉍的浸出率,又可防止溶液中三氯化鉍的水解。浸出液中加入鉍礦還原,使溶液中殘留的三氯化鐵還原為二價,浸出液中加入鐵粉置換生成海綿鉍。置換後的溶液通入氯氣氧化再生。
工藝流程
稱量20g鉍礦在研缽中研磨30min,裝入500mL燒杯中,將配製好的浸出劑按液固體積比為3:1直接加入燒杯中,用攪拌器攪拌,一定時間後過濾,濾渣用1.5mol/L鹽酸溶液洗滌2~3次,取1mL浸出液配製成250mL溶液,測定Bi 濃度。其餘濾液加入一定量的鐵粉進行置換沉澱製成海綿鉍,濾渣在100°C溫度下烘乾,測定其中鉍的含量。其餘尾礦用清水洗至中性,轉入銅鉬分選工序。部分廢水用石灰中和後排放。
工藝流程如圖。
主要套用
工業用途
鉍主要用於製造易熔合金,熔點範圍是47~262℃,最常用的是鉍同鉛、錫、銻、銦等金屬組成的合金,用於消防裝置、自動噴水器、鍋爐的安全塞,一旦發生火災時,一些水管的活塞會“自動”熔化,噴出水來。在消防和電氣工業上,用作自動滅火系統和電器保險絲、焊錫。鉍合金具有凝固時不收縮的特性,用於鑄造印刷鉛字和高精度鑄型。碳酸氧鉍和硝酸氧鉍用於治療皮膚損傷和腸胃病。
用於制低熔合金,在消防和電氣安全裝置上有特殊的重要性。
在分析化學中用於檢測Mn。鉍可制低熔點合金,用於自動關閉器或活字合金中。
生理功能
鉍屬微毒類。大多數化合物、特別是鹽基性鹽類,在消化道中難吸收。不溶於水,僅稍溶於組織液。不能經完整皮膚黏膜吸收。鉍吸收後分布於身體各處,以腎最多,肝次之。大部分貯存在體內的鉍,在數周以至數月內由尿排出。
鉍在體內的代謝與鉛相似。在酸中毒時,組織可將積存的鉍釋放。鉍與鉛可互相影響。在體內,鉍化合物能形成不易溶於水和稀酸的硫化鉍,沉澱在組織中或栓塞在毛細血管中,發生局部潰瘍,甚至壞死。硝酸鉍在腸道內細菌的作用下,可還原為亞硝酸鉍,吸收後引起高鐵血紅蛋白血症。嚴重慢性中毒時,由於鉍多存在於腎臟,可出現嚴重腎炎,其中以腎小管上皮細胞的損害最重,肝亦可累及。反覆經口或經其他途徑慢性中毒患者可出現 “鉍線”。
未見吸入鉍及其化合物引起的職業中毒。慢性中毒主要由含可溶性鉍鹽的藥物所引起。靜脈注射或肌肉注射可溶性鉍鹽,曾有引起死亡的報導。
皮膚有損傷者要避免直接接觸可溶性鉍鹽。二巰基丙磺酸鈉等可作解毒劑。
原料上的套用
1.冶金添加劑
鋼中加入微量鉍,可改善鋼的加工性能,可鍛鑄鐵加入微量鉍,能使可鍛鑄鐵具備類似不鏽鋼的性能。
Cu-Bi多元合金可以取代目前飲水管件上用的含鉛銅合金,成本相差不大,可解決自來水鉛污染問題。
CuSn3Zn8Bi2-7,合金以鉍代替鉛可獲得相同類似的複合材料,達到類似的鑄造、機械和加工性能。
在鋁、鎂和青銅中加入鉍,可改善機械加工性能和耐磨性能。
2.鉍基低熔點易熔合金
易熔合金的熔點一般在38~230℃,在熔點下不易受溫度和壓力的影響而發生變化。英國研究出一種無鉛錫合金焊料,其成分Sn>82、Zn6.0~4.5、In約3.5、Bi約1.0。合金無毒性,適合作易於過熱受損電晶體組裝電路板焊接用。
鉍鋁配製的合金作彎曲薄壁管的填充料,能保持管內壁平滑光潔,且填料可多次反覆使用。
鉍錫合金配製的合金製作模具,用作金屬薄板材的冷衝壓成型,不低於鋼模的溫度,而且成型快,更新快,合金可多次返回使用。
鉍與鋁、錫、鎘、銦組成的一系列低熔點合金,製作電器、保險器,自動裝置訊號器等。用鉍錫合金子彈代替鉛彈。
3.醫藥治療
鉍化合物具有收斂、止瀉、治療胃腸消化不良症,次碳酸鉍和次硝酸鉍,次橡膠酸鉍鉀用於製造胃藥,外科利用鉍藥的收斂作用來處理創傷和止血,在放射治療中,用鉍基合金代替鋁為患者防止身體其他部位受到輻射製造護板,隨著鉍類藥物的發展,現已發現某些鉍類藥物具有抗癌作用。
4.鉍在阻燃劑方面的套用
在阻燃劑的添加劑中,Bi203的效果比Sb203更好,而且安全無毒,燃燒時發生的煙氣致死性極小,同時不影響阻燃製品的穩定性。
5.鉍在化工中的套用
鉍黃顏料是釩酸鉍和鉬酸鉍的混合體。用於取代鉛、鎘等顏料具有雙晶面的黃色顏料,具有更好的表面抗化學腐蝕性,而且黏合力極強,色澤光亮,又不易脫落褪色,用於黃色汽車外殼最後一道工序的噴漆,黃色工業塗料,電氣線圈用材的塗料,及橡膠、塑膠製品印刷油墨的著色。
鉍鹽在生產人造纖維製品的一種原料丙烯腈時,需要大量鉍鹽作催化劑。
氧化鉍,2005年日本計畫用鉍代替鉛,用於生產汽車玻璃,這種玻璃含鉛10%,生產商將用鉍取代這部分鉛,生產環保無鉛玻璃。化學試劑、鉍鹽、高折光率玻璃,核工業玻璃和核反應堆燃料。
氫氧化鉍用在塑膠中作添加劑,使產品煥發美麗的珍珠光澤,還可用於製造無鉛顏料和化妝品。
氯化鉍用於還原燃料性的柏油、雜酚油和非幹性油。
6.電子陶瓷
含鉍的電子陶瓷如鍺酸鉍晶體,是一種新型閃爍晶體,用於核輻射探測器,x射線層面掃瞄器、電光、壓電雷射等器件製造;鉍鈣釩(石榴型鐵氧體是重要的微波旋磁材料和磁包材料)、摻氧化鉍的氧化鋅壓敏電阻,含鉍的邊界層高頻陶瓷電容器,錫鉍永磁體,鈦酸鉍陶瓷和粉末、矽酸鉍晶體,含鉍易熔玻璃等10多種材料也均開始在工業上套用。
7.半導體
用高純鉍與碲、硒、銻等組合、拉晶的半導體元件,用於溫差電偶,低溫溫差發電和溫差製冷。用於裝配空調器和電冰櫃。用人工硫化鉍可製造光電動設備中的光電阻,增大可見光譜區域的靈敏度。
8.核工業
高純鉍(99.999%Bi)用於核工業堆中作載熱體或冷卻劑,用於防護原子裂變裝置材料。
國家標準
國家推薦標準:《鉍》(GB/T 915-2010)替代GB/T 915-1995,2011年11月1日生效。
化學元素周期表
族→ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 電子層 | 0族電子數 | |
周期↓ | I A | 0 | |||||||||||||||||||
1 | 1 H 氫 | 2 He 氦 | K | 2 | |||||||||||||||||
II A | III A | IV A | V A | VI A | VII A | ||||||||||||||||
2 | 3 Li 鋰 | 4 Be 鈹 | 5 B 硼 | 6 C 碳 | 7 N 氮 | 8 O 氧 | 9 F 氟 | 10 Ne 氖 | L K | 8 2 | |||||||||||
3 | 11 Na 鈉 | 12 Mg 鎂 | 13 Al 鋁 | 14 Si 矽 | 15 P 磷 | 16 S 硫 | 17 Cl 氯 | 18 Ar 氬 | M L K | 8 8 2 | |||||||||||
III B | IV B | V B | VI B | VII B | VIII | I B | II B | ||||||||||||||
4 | 19 K 鉀 | 20 Ca 鈣 | 21 Sc 鈧 | 22 Ti 鈦 | 23 V 釩 | 24 Cr 鉻 | 25 Mn 錳 | 26 Fe 鐵 | 27 Co 鈷 | 28 Ni 鎳 | 29 Cu 銅 | 30 Zn 鋅 | 31 Ga 鎵 | 32 Ge 鍺 | 33 As 砷 | 34 Se 硒 | 35 Br 溴 | 36 Kr 氪 | N M L K | 8 18 8 2 | |
5 | 37 Rb 銣 | 38 Sr 鍶 | 39 Y 釔 | 40 Zr 鋯 | 41 Nb 鈮 | 42 Mo 鉬 | 43 Tc 鎝 | 44 Ru 釕 | 45 Rh 銠 | 46 Pd 鈀 | 47 Ag 銀 | 48 Cd 鎘 | 49 In 銦 | 50 Sn 錫 | 51 Sb 銻 | 52 Te 碲 | 53 I 碘 | 54 Xe 氙 | O N M L K | 8 18 18 8 2 | |
6 | 55 Cs 銫 | 56 Ba 鋇 | 57- 71 鑭系 | 72 Hf 鉿 | 73 Ta 鉭 | 74 W 鎢 | 75 Re 錸 | 76 Os 鋨 | 77 Ir 銥 | 78 Pt 鉑 | 79 Au 金 | 80 Hg 汞 | 81 Tl 鉈 | 82 Pb 鉛 | 83 Bi 鉍 | 84 Po 釙 | 85 At 砹 | 86 Rn 氡 | P O N M L K | 8 18 32 18 8 2 | |
7 | 87 Fr 鍅 | 88 Ra 鐳 | 89- 103 錒 | 104 Rf 鑪 | 105 Db | 106 Sg | 107 Bh | 108 Hs | 109 Mt | 110 Ds 鐽 | 111 Rg 錀 | 112 Uub | 113 Uut | 114 Uuq | 115 Uup | 116 Uuh | 117 Uus | 118 Uuo | |||
鑭系元 素 | 57 La 鑭 | 58 Ce 鈰 | 59 Pr 鐠 | 60 Nd 釹 | 61 Pm 鉕 | 62 Sm 釤 | 63 Eu 銪 | 64 Gd 釓 | 65 Tb 鋱 | 66 Dy 鏑 | 67 Ho 鈥 | 68 Er 鉺 | 69 Tm 銩 | 70 Yb 鐿 | 71 Lu 鑥 | ||||||
錒系元 素 | 89 Ac 錒 | 90 Th 釷 | 91 Pa 鏷 | 92 U 鈾 | 93 Np 鎿 | 94 Pu 鈽 | 95 Am 鎇 | 96 Cm 鋦 | 97 Bk 錇 | 98 Cf 鐦 | 99 Es 鑀 | 100 Fm 鐨 | 101 Md 鍆 | 102 No 鍩 | 103 Lr 鐒 |
拼音是bi的漢字
拼音是bi的漢字共有188個,如下: |
臂|比|筆|閉|鼻|碧|必|避|逼|畢|彼|鄙|壁|蓖|幣|弊|蔽|斃|庇|敝|陛|毖|痹|秕|荸|芘|匕|裨|畀|嬖|狴|篳|箅|篦|舭|蓽|襞|庳|鉍|蹕|吡|愎|潷|濞|璧|嗶|髀|弼|妣|婢|仳|佊|佖|偪|匂|咇|啚|嗶|坒|堛|夶|奰|妼|娝|媲|嬶|屄|崥|幣|幤|庀|廦|弻|彃|怭|怶|悂|愊|斃|旇|朼|枇|枈|柀|柲|梐|楅|檗|殍|毴|沘|湢|滭|潷|煏|熚|獘|獙|珌|畁|畐|畢|疕|疪|皀|皕|禆|稫|笓|筆|箄|箆|篳|粃|粊|紕|紴|綼|縪|繴|紕|罼|翍|聛|肶|肸|胇|腗|腷|苾|萞|蓽|蘗|蜌|螕|袐|襅|襣|觱|詖|詖|豍|貏|貱|費|贔|贔|跛|踾|蹕|躃|躄|邲|鄨|鄪|鈚|鉍|鎞|鏎|閇|閈|閉|閟|閈|陴|鞞|鞸|韠|飶|饆|馝|馥|駜|驆|髲|魓|魮|鮅|鮩|鰏|鰏|鴓|鵖|鶝|鷝|鷩|鸊|鼊 |