CN106947873A - 一种去除粗铋合金中杂质铅的方法 - Google Patents

一种去除粗铋合金中杂质铅的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去除粗铋合金中杂质铅的方法，采用分步结晶法提纯工艺进行操作,包括以下步骤：将装有含铅量为0.01%~44.5%的粗铋物料的坩埚置于加热炉中，控制坩埚内温度在150℃~350℃，待物料熔融后将坩埚以0.5~5mm/min的速度提升，使物料自上而下逐步结晶。该过程为物理过程，区别于通氯气除铅的化学过程，不产生冶炼废渣，金属直收率高。通过多次物料分离和重复提升，本方法可获得的产品分别为纯度超过99.99%的精铋和含铅量接近44.5%质量分数的铅铋合金。精铋的附加值高，铅铋合金有利于下一步精炼。

Description

一种去除粗铋合金中杂质铅的方法
技术领域
本发明涉及一种提纯金属的方法，尤其涉及一种采用分步结晶法提纯工艺去除粗铋合金中杂质铅的方法。
背景技术
铋是一种硬而脆的无毒金属，享有“绿色金属”的美誉。金属铋有特殊的物理及化学性质，如密度大、熔点低、热导电性低、凝固时体积冷胀热缩等，被广泛应用于医药、电子、冶金、化工、核工业等领域。此外金属铋与铅的性质很类似，在很多情况下可作为对人体有害的铅的替代品。
粗铋主要是其他金属特别是铅冶炼的副产品，因而其精炼过程通常伴随有铅杂质。粗铋精炼生产金属铋的主要方法有火法工艺和电解提纯工艺。目前国内铅、铋分离技术主要以氯化法和电解法为主。氯化法需要使用氯气，容易产生环境污染，工作环境差，同时产生大量的氯化渣，金属直收率低；电解法需要使用化学药剂，电解废水易污染环境，电解的能耗高。目前提出的新的分离方法也存在着诸多不足。例如，公开号为CN 102634681A，名称为“用于铋火法精炼的除铅剂及除铅方法”的专利是以为磷的含氧酸为除铅剂，加入到温度400℃～800℃的炼铋锅的金属熔融液体的表面，鼓风搅动反应30 分钟后捞出浮渣。该方案所用酸性除铅剂容易造成设备腐蚀，同时产生浮渣量较多，金属直收率低。再如公开号为CN104018009A，名称为“铋金属的分离提纯技术”的专利是在1500℃下抽真空使金属液产生铋蒸汽来提纯铋，该方案所需温度高能耗大，同时需要保障蒸馏炉的真空度，对设备要求高。再比如公开号为CN101736163A，名称为“除铅的方法、金属再生物和制品”的专利则使用金属卤化物和金属卤氧化物作为除铅剂，该方案引入了新的杂质，即除铅剂中的其他金属。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种采用分步结晶提纯工艺去除粗铋合金中杂质铅的方法，实现经济、高效率的生产高纯度的铋，减少环境污染。
原料选用经过除铜、砷、锑等杂质后的铅铋合金，其中铅含量为0.01%~44.5%。实现本发明技术方案的步骤为：
1) 将粗铋物料加入坩埚，置于加热炉中，加热温度为280℃~350℃，使物料完全熔融；
2) 将坩埚通过钢丝与调速装置相连，设置提升速度在0.5mm/min~5mm/min，提升坩埚使物料自上而下逐步结晶；物料重复提升五次使精炼效果累积；
3) 冷却得到合金柱，将上面经提纯的金属铋与下面富集铅的合金进行分离；
4）将步骤3）中得到的不同铅含量的产物分别重复上述步骤，坩埚顶部结晶的金属铋不断得以提纯，可达到4N纯度的要求；杂质铅则不断富集于底部合金，铅含量可接近44.5%。
本发明的有益效果在于，可以有效地把金属铋中铅的含量降低到100ppm以下，获得更高的经济效益。相对使用氯化法或电解法生产高纯铋，此工艺流程简单，设备投入低，同时所需要的温度相对较低，能耗少；不需要使用氯气、电解液等化学试剂避免了对环境的污染，不产生废水废气，废渣极少。
附图说明
图1为本发明实施例4中五次提升过程合金柱顶部的含铅量变化图。
图2为本发明实施例4中五次提升过程合金柱底部的含铅量变化图。
具体实施方式
实施例1
称取3.7kg含铅为34.1%的粗铋样品装入石墨坩埚中，置于加热炉中在300℃下加热60min，物料熔化后调节控速提升装置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩埚使其离开加热炉。待物料冷却后得到一长165mm的合金柱，金属柱顶部铅含量降至26.2%，底部铅含量为44.0%接近共晶点的铅含量44.5%。
实施例2
称取3.7kg含铅为8.34%的粗铋样品装入石墨坩埚中，置于加热炉中在300℃下加热60min，物料熔化后调节控速提升装置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩埚使其离开加热炉。待物料冷却后得到一长165mm的合金柱。金属柱顶部铅含量降至3.29%，底部铅含量为18.1%。
实施例3
称取3.7kg含铅为8.34%的粗铋样品装入石墨坩埚中，置于加热炉中在300℃下加热60min，物料熔化后调节控速提升装置以5mm/min的速度拉升石墨坩埚使其离开加热炉。待物料冷却后得到一长165mm的合金柱。金属柱顶部铅含量降至4.19%，底部铅含量为16.2%。
实施例4
称取3.7kg含铅为8.34%的粗铋样品装入石墨坩埚中，置于加热炉中在300℃下加热60min，物料熔化后调节控速提升装置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩埚使其离开加热炉；冷却后取出合金柱在不同高度处取样，而合金柱放回石墨坩埚置于加热炉，物料熔化后再次提升，该过程重复五次。五次提升过程中，其顶部铅含量的变化如图1所示，底部铅含量变化如图2所示。其顶部铅含量降至1.16%，底部铅含量富集到36.6%。
实施例5
称取3.7kg含铅为8.34%的粗铋样品装入石墨坩埚中，置于加热炉中在300℃下加热60min，物料熔化后调节控速提升装置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩埚使其离开加热炉；分离坩埚内上面结晶的晶体与下面的熔体。其顶部晶体铅含量降至3.92%，底部熔体铅含量富集到18.2%。取上面的晶体（铅含量4.32%）置于石墨坩埚中在300℃下加热60min，物料熔化后调节控速提升装置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩埚使其离开加热炉，分离坩埚内上面结晶的晶体与下面的熔体，其顶部晶体铅含量进一步降至2.12%。取下面的合金（铅含量14.3%）同样置于另一石墨坩埚中，在300℃下加热60min，物料熔化后调节控速提升装置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩埚使其离开加热炉，分离坩埚内上面结晶的晶体与下面的熔体，其顶部晶体铅含量降至5.45%，底部晶体铅含量进一步富集至31.2%。
实施例6
称取3.7kg含铅为117ppm的铋样品装入石墨坩埚中，置于加热炉中在300℃下加热60min，物料熔化后调节控速提升装置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩埚使其离开加热炉，而后石墨坩埚放回加热炉中，使物料熔化并再次提升，该过程重复五次。分离坩埚内上面结晶的晶体与下面的熔体。最终合金柱顶部的晶体——金属铋，其铅含量降低至35ppm，纯度达到4N要求。

Claims (5)

1.一种去除粗铋合金中杂质铅的方法，其特征在于采用分步结晶法提纯工艺进行操作，包括以下步骤：
1) 装有粗铋物料的坩埚置于加热炉中，并设置好加热温度，使物料完全熔融；
2) 提升坩埚使物料自上而下逐步结晶；物料重复提升3到5次使精炼效果累积；
3) 冷却得到合金柱，将上面经提纯的金属铋与下面富集铅的合金进行分离；
4）步骤3）中得到的不同铅含量的产物可分别重复上述步骤，顶部的金属铋进一步得到提纯，杂质铅富集于底部合金。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述1)中粗铋物料中铅的重量含量为0.01%~44.5%。
3.根据权利要1所述的方法，其特征在于，所述1)中加热炉温度为150℃~350℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述2)中调速装置提升速度为0.5mm/min~5mm/min。
5.根据权利要求 1 所述的去除粗铋中杂质铅的方法，其特征在于：经过分步结晶操作，将得到的金属铋中铅杂质的含量降低至达到4N的含量要求。得到的铋铅合金成分接近共晶点的成分，即含铅接近44.5%。
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