CN103145184B - 一种由铋金属湿法制备针状氧化铋的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由铋金属湿法制备针状氧化铋的工艺。是通过在电弧作用和低温情况下,使铋原料熔解成铋液,进而形成大量铋蒸气,通过与空气中的氧接触生成形貌为球状的β-氧化铋,再将β-氧化铋加入硝酸,控制反应时间,再加入氢氧化钠调节pH值,制备得形貌为针型的α-氧化铋。本发明的实施,可节省大量酸、碱,并可以回收硝酸钠晶体副产品。大大的降低了辅料消耗,并且易于在工业生产上实现。
Description
技术领域
本发明涉及铋产品的深加工处理技术,特别是一种由铋金属湿法制备针状氧化铋的工艺。
背景技术
氧化铋(Bismuth oxide)的化学式Bi203,分子量465.96,熔点820℃,沸点1890℃,α-氧化铋为黄色单斜晶系结晶,有球形、针形等等。其相对密度为8.9,熔点825℃,溶于酸,不溶于水和碱。氧化铋作为一种电子功能材料,广泛用于压敏电阻,氧化锌避雷针器,彩色显象管,电容器等电子工业产品的制造。另外,电池行业和超导技术中也有氧化铋的应用。目前传统工艺制备针状氧化铋的方法有:第一种是采用铋金属加硝酸溶解,再加入碱制备得次硝酸铋,然后通过高温煅烧得针状氧化铋;第二种是用铋金属加入硝酸溶解成硝酸铋溶液,再调节加入过量碱液,调节pH值,制备得针状氧化铋;第二种是2011年04月06日,中国发明专利申请公布号CNl02001706A所公开的一种火法氧化铋生产方法,将铋锭破碎、制粉并过筛后投入卧式旋转氧化炉内升温,通过阶梯加热方式实现对氧化炉的温控,该阶梯加热包括升温和恒温阶段的重复出现,同时通入氧气氧化铋粉,氧化阶段完毕,停止供氧并降温至室温后出炉,得到氧化铋。该工艺需对铋锭破碎,制粉,且粒度要足够细,氧化时物料料层要足够薄,氧化后得到氧化铋产品经常氧化不完全,且工艺步骤多,不利于产业化。
发明内容
基于上述存在的问题,本发明提出一种由铋金属湿法制备针状氧化铋的工艺,该工艺通过电弧直接生产β-氧化铋,再用硝酸和氢氧化钠制备得α-氧化铋,可节省大量酸、碱,并可以回收硝酸钠晶体副产品。大大的降低了辅料消耗,并且易于在工业生产上实现。
本发明的技术方案是:一种由铋金属湿法制备针状氧化铋的工艺,通过在电弧作用和低温情况下,使铋原料熔解成铋液,进而形成大量铋蒸气,通过与空气中的氧接触生成形貌为球状的β-氧化铋,再将β-氧化铋加入硝酸,控制反应时间,再加入氢氧化钠调节pH值,制备得形貌为针型的α-氧化铋;具体工艺条件步骤如下:
①将铋原料放入电弧炉中,对系统进行负压抽空气,通电在电弧作用下铋原料熔解成铋液,进而形成大量铋蒸气;通过与空气中的氧接触生成形貌为球状的β-氧化铋;工艺过程中,控制炉温300~500℃;电弧炉工作电压32~64V,工作电流1000~24000A;
②取球状的β-氧化铋,加入硝酸;以克/克为单位,液固质量比为1~10:1;硝酸与氧化铋质量比0.1~1:1,反应温度85~100℃,反应时间3~4h;使反应物变白色;
③在步骤②的白色反应物中,直接加入碱液,调节pH值11~14,温度25~100℃,继续反应2h,离心或压滤固液分离,得到针状氧化铋;
④将离心或压滤固液分离的后液体,调节pH6~8,蒸发,浓缩,结晶得硝酸钠晶体。
本发明所述铋原料为铋锭、铋珠、铋粉及各类铋金属。
本发明相比传统工艺有如下优势:
1、本发明所述铋原料无需经过破碎,研磨,制粉等工艺,采取投料方式为直接入炉;
2、环保,无氮氧化物排放,废水中的硝酸钠溶液通过蒸法浓缩制备,还可以得硝酸钠晶体副产品。
3、成本优势,本发明相比传统工艺节省了大量酸、碱,大大的降低了辅料消耗,尤其对酸碱辅料价格高的地方成本优势更加明显,
4、易于在工业生产上实现。
附图说明
图1为实施方案的X射线衍射分析图。
图2为实施方案1中的电子扫描显像图。
图3为实施方案2中的X射线衍射分析图。
图4为实施方案2中的电子扫描显像图。
图5为实施方案3中的X射线衍射分析图。
图6为实施方案3中的电子扫描显像图。
具体实施方式
本发明以下结合附图和具体实施例做进一步描述,但并不是限制本发明。
本实施例铋原料为铋锭金属。
由铋金属湿法制备针状氧化铋的工艺,通过在电弧作用和低温情况下,使铋锭金属熔解成铋液,进而形成大量铋蒸气,通过与空气中的氧接触生成形貌为球状的β-氧化铋。再将β-氧化铋加入硝酸,控制反应时间,再加入氢氧化钠调节pH值,制备得形貌为针型的α-氧化铋。
1、 本实施例熔铋温度350~500℃,工作电压32~64V,电流1000~24000A,负压抽空气,1t铋锭产出氧化铋1.116t,所得氧化铋产品中Bi~99.9%,晶相及电镜见附图1和附图2。
2、 β-氧化铋直接制备得次硝酸铋;取β-氧化铋30g加入6.3~7.5g硝酸,温度85℃,反应时间3h,所得产品为白色粉体,晶相及电镜见附图3和附图4。
3、 次硝酸铋转换为针状氧化铋,直接加入碱液,调节pH值13,温度25~100℃,离心或压滤固液分离,得到针状氧化铋。
4、 实施内容2中产品中反应物变白色后,加入NaOH调节pH~13,继续反应2h,固液分离,烘干得针状氧化铋。晶相及电镜见附图5和附图6。
5、 上步骤固液分离后液体含硝酸钠,调节pH6~8,通过蒸法浓缩制备得硝酸钠晶体副产品。
Claims (1)
1.一种由铋金属湿法制备针状氧化铋的工艺,其特征在于:通过在电弧作用和低温情况下,使铋原料熔解成铋液,进而形成大量铋蒸气,通过与空气中的氧接触生成形貌为球状的β-氧化铋,再将β-氧化铋加入硝酸,控制反应时间,再加入氢氧化钠调节pH值,制备得形貌为针型的α-氧化铋;具体工艺条件步骤如下:
①将铋原料放入电弧炉中,对系统进行负压抽空气,通电在电弧作用下铋原料熔解成铋液,进而形成大量铋蒸气;通过与空气中的氧接触生成形貌为球状的β-氧化铋;工艺过程中,控制炉温350℃;电弧炉工作电压32~64V,工作电流1000~24000A;
②取球状的β-氧化铋,加入硝酸;以克/克为单位,液固质量比为1~10:1;硝酸与氧化铋质量比0.1~1:1,反应温度85~100℃,反应时间3~4h;使反应物变白色;
③在步骤②的白色反应物中,直接加入碱液,调节pH值11,温度25~100℃,继续反应2h,离心或压滤固液分离,得到针状氧化铋;
④将离心或压滤固液分离后的液体,调节pH6~8,蒸发,浓缩,结晶得硝酸钠晶体。
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