CN103422125A - 一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，属于湿法冶金技术领域。本发明将与电源正极相连的铁板和与电源负极相连的石墨板浸入含铋料液中，通直流电进行置换反应，得到海绵铋粉。本发明置换所得海绵铋粉与传统铁粉置换所得铋粉相比，其品位高，杂质少；与单纯使用铁片置换所得铋粉相比，直流微电流作用促进置换过程，加速置换，置换效率大大提高。本发明制备工艺简单，所得海绵铋粉纯度高，便于实行产业化生产。

Description

一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法

技术领域

本发明一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，属于湿法冶金技术领域。

技术背景

铋作为“绿色金属”，除用于医药行业外，也广泛应用于半导体、超导体、阻燃剂、颜料、化妆品、化学试剂、电子陶瓷等领域，大有取代铅、锑、镉、汞等有毒元素的趋势。传统铁粉置换所得铋粉品位较低低，含杂质多，铁粉消耗量大，而单纯使用铁片置换海绵铋，其效率低，置换周期长。

微电流作用下置换海绵金属的研究尚未在相关文献中报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有工艺存在的不足之处，提供一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，本发明不仅解决了现有技术所得铋粉品位低的缺点，而且在微电流作用下，大大加速了置换过程，使得置换效率大幅度提高。

本发明一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，其技术方案为：将与电源正极相连的铁板和与电源负极相连的石墨板浸入含铋料液中，通电进行置换反应，得到海绵铋粉；所述电源为直流电源；铁板与石墨板间的电势差为0.1～0.2V，板间距为1～6cm；通电时，铁板上的电流密度为0.1～10×10^-3A/cm²；置换反应的温度为20～60℃，所述含铋料液的pH值为0.2～1.0。

本发明一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，所述含铋料液中，Bi³⁺的浓度10～60g/L。

本发明一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，所述含铋料液中，以质量浓度计，包括下述离子：

Bi³⁺ 10～60g/L；

Sb³⁺ 0～10g/L；

Pb²⁺ 0.1～4.0g/L；

Cu²⁺ 0～4g/L；

As³⁺ 0～0.5g/L；

Ag⁺ 0～0.05g/L。

本发明一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，所述铁板的长、宽、厚的比值为，长：宽：厚为5：2：1～10：5：1。

本发明一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，所述石墨板的长、宽、厚的比值为，长：宽：厚=5：1：1。

本发明一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，铁板与石墨板的宽度比值为2～10：1。在该宽度比值下，使得电场为非均匀，更有利于促进铁板的腐蚀，同时节约石墨。

本发明一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，反应时，控制含铋料液的体积与反应槽容积之比为0.5～0.9：1。

原理及优势

基本原理

本发明严格控制铁板与石墨板间的电势差为0.1-0.2V，通电过程中铁板与石墨板间的电势不能超过铋的电沉积电势，否则，铋会以电积形式在阴极沉积。置换时，铁溶解和铋沉积是在溶解电压及渗透压两者存在数值差并形成电位差（即电极附近的双电层与整个溶液间的电荷差）时进行的。铁的溶解电压大于渗透压，差值为负，铋的溶解电压小于渗透压，差值为正，随着置换反应的进行，铁离子在溶液中的浓度增大，而铋离子的浓度降低，铁的负电位由于离子渗透压的增大将降低，而铋的正电位由于离子渗透压的降低而降低，当两种电位值相等时，反应停止进行。铁板通直流电时，在微电流作用下，促进了铁板表面的点蚀，使置换比表面积增大，所以促进了置换过程。置换过程发生的化学反应如下：

铁板上发生的反应为：

Fe-2e=Fe²⁺（1）

2Bi³⁺+3Fe=2Bi+3Fe²⁺（2）

石墨板上发生的反应为：

2H⁺+2e=H₂（3）

微电流作用下铁板置换海绵铋粉反应动力学为扩散控制，所以反应温度很重要，温度太低，不利于反应进行，过高，则考虑能耗，选择20～60℃为宜；pH越低，越有利于置换过程，pH越低，酸度越大，越有利于铁板的腐蚀，越有利于置换过程。

优势

1本发明通过严格控制铁板与石墨板之间的电势差（0.1-0.2V），使得铋只在铁板上以置换的形式析出，析出的铋很容易脱落，得到铋粉，而不会在石墨板上以电沉积形式析出；通过严格的控制铁板上的电流密度（0.1～10×10^-3A/cm²）既保证了较高的置换效率，又降低了能耗；与单纯的电沉积法制备海绵铋相比，本发明因为所采的电压低、电流密度小，从而大大的减少了能耗，当大规模使用时，其节能效果尤为突出。

2.传统铁粉置换海绵铋时，为了使由于溶液中的铋完全置换沉积下来，所用铁粉一般会过量，这样就会有大量的铁粉夹杂在海绵铋粉中，造成所得海绵铋粉品位低（一般约为75%），杂质含量高。本发明与传统铁粉置换海面铋的方法相比，本发明在微电流作用下，使用铁板代替铁粉，大大提高了铋粉的制备效率，在微电流作用下，加速了铁板表面的腐蚀，增加了铁板的比表面积，从而促进了置换过程，提高了置换效率，与单纯使用铁置换海绵铋相比，置换速度提高30%以上；同时所得铋粉品位高，杂质少，含铋90%以上。

综上所述，本发明一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法不仅解决了现有技术中存在的能耗高、所得产品品位低等问题，而且大大的提升了制备效率，缩短了制备周期，节约了生产成本，同时本发明思路新颖，制备工艺简单、易控；适于工业化生产。

附图说明

附图1为本发明试验装置图。

具体实施方式

实施例1：

1、以某厂铋浸出后净化液为原料，其化学成分（g/L）为：Bi³⁺10.5，Sb³⁺1.5，Pb²⁺0.1，Cu²⁺0.6,As³⁺0.1,Ag⁺0.02；pH=0.2；取该料液150mL置于300mL的反应槽，铁板长30mm,宽5mm,厚1mm；石墨板长30mm，宽2.5mm，厚2mm，并使用砂纸将铁板打磨光滑除锈。

2、将反应槽放入20℃水浴锅内，铁板接入直流电源正极，石墨板接入直流电源负极。

3、调节铁板上电流密度至0.1×10^-3A/cm²，铁板与石墨板的间距为1cm，铁板与石墨板间的电势差为0.2v，磁力搅拌速率为120r/min，置换时间为0.5h，置换率达到90.6%，所得铋粉品位为90.5%，其中铅的含量小于等于0.09wt%、砷的含量小于等于0.05wt%。

实施例2：

1、以某厂铋浸出后净化液为原料，其化学成分（g/L）为：Bi³⁺45，Sb³⁺1.67，Pb²⁺0.63，Cu²⁺1.36,As³⁺0.067,Ag⁺0.006；pH=0.8；取原液300mL置于500mL反应槽量，制取铁板长50mm,宽20mm,厚2mm，石墨长48mm，宽5mm，厚5mm，并使用砂纸将铁板打磨光滑。

2、将反应槽放入40℃水浴锅内，铁板接入直流电源正极，石墨板接入直流电源负极。

3、调节铁板上电流密度至1.0×10^-3A/cm²，铁板与石墨板的间距为2cm，铁板与石墨板间的电势差为0.1v，磁力搅拌速率为100r/min，置换时间为1h，置换率达到95%，所得铋粉品位为91.8%，其中铅的含量小于等于0.08wt%、砷的含量小于等于0.057wt%。

实施例3：

1、以某厂铋浸出后初步净化液为原料，其化学成分（g/L）为：Bi³⁺59.6，Sb³⁺8.5，Pb²⁺3.8，Cu²⁺3.54，As³⁺0.5，Ag⁺0.05；pH=1.0取原液4500mL置于5000mL反应槽量，制取铁板长180mm,宽160mm,厚2mm，石墨长175mm，宽18mm，厚5mm，并使用砂纸将铁板打磨光滑。

2、将反应槽放入60℃水浴锅内，铁板接入直流电源正极，石墨接入直流电源负极。

3、调节铁板上电流密度至10×10^-3A/cm²，铁板与石墨板的间距为5cm，铁板与石墨板间的电势差为0.15v，机械搅拌速率为150r/min，置换时间为2.5h，置换率达到91.4%，所得铋粉品位为93.1%，其中铅的含量小于等于0.1wt%、砷的含量小于等于0.063wt%。

Claims (5)

1.一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，其特征在于：将与电源正极相连的铁板和与电源负极相连的石墨板浸入含铋料液中，通电进行置换反应，得到海绵铋粉；所述电源为直流电源；铁板与石墨板间的电势差为0.1～0.2V，板间距为1～6cm；通电时，铁板上的电流密度为0.1～10×10^-3A/cm²；置换反应的温度为20～60℃，所述含铋料液的pH值为0.2～1.0。

2.根据权利要求1所述的一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，其特征在于：所述含铋料液中，Bi³⁺的浓度10～60g/L。

3.根据权利要求2所述的一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，其特征在于，所述含铋料液中，以质量浓度计，包括下述离子：

Bi³⁺ 10～60g/L；

Sb³⁺ 0～10g/L；

Pb²⁺ 0.1～4.0g/L；

Cu²⁺ 0～4g/L；

As³⁺ 0～0.5g/L；

Ag⁺ 0～0.05g/L。

4.根据权利要求1所述的一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，其特征在于：铁板与石墨板的宽度比为2～10：1。

5.根据权利要求1所述的一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法，其特征在于：反应时，控制含铋料液的体积与反应槽容积之比为0.5～0.9：1。

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