大系統結構

[拼音]：bi

[英文]：bismuth

元素符號Bi，灰白帶粉紅色金屬，在元素週期表中屬ⅤA族，原子序數83，原子量208.980，菱形晶體，常見化合價為+3。

在希臘、羅馬時代人們就使用鉍，只是不把它看作一個元素。鉍的名稱來自德文Wismut（白色金屬），16世紀阿格里科拉（G.Agricola），將這個名稱拉丁化為bisemutum，但此後很長時期鉍仍被誤認是鉛、錫、銀、銻等。1753年，若弗魯瓦（C.Geoffroy）和伯格曼（T.Bergman）才確定鉍是一種新元素。鉍工業於 1860年初具規模；1930年前後由於發展了鉍在易熔合金和醫藥方面的新用途，鉍的生產才發展較快。

自然界存在少量單質鉍。鉍礦物有輝鉍礦(Bi2S3)、泡鉍礦(Bi2O3，或稱鉍華)、菱鉍礦(nBi2O3·mCO2·H2O)、銅鉍礦(3Cu2S·4Bi2S3)、方鉛鉍礦(2PbS·Bi2S3)等。主要工業資源為輝鉍礦，常與鉛、銅、錫、銻、鎢、鉬等礦物共生。世界鉍礦的主要產地在祕魯和墨西哥。中國鉍礦的主要產地在江西、湖南、廣東、雲南等省。中國煉鉍原料中，一半是鉍精礦，另一半是鉛、銅、錫、鎢等選礦和冶煉的副產品。

性質和用途

鉍性脆，富有光澤。鉍在疑固時體積增大，膨脹率為3.3％。鉍是逆磁性最強的金屬，在磁場作用下電阻率增大而熱導率降低。除汞外，鉍是熱導率最低的金屬。鉍及其合金具有熱電效應。鉍的硒、碲化合物具有半導體性質。

室溫下鉍在溼空氣中輕微氧化，加熱到熔點時則燃燒生成三氧化二鉍(Bi2O3)。鉍同鹽酸作用緩慢，同硫酸反應放出SO2，同硝酸反應生成硝酸鹽。

鉍主要以金屬形態用於配製易熔合金，以化合物形態用於醫藥。前者熔點範圍為47～262℃，最常用的是鉍同鉛、錫、銻、銦等金屬組成的二元、三元、四元、五元合金。改變這些金屬在合金中所佔的百分比，就可獲得一系列不同熔點和不同物理性質的合金；這些合金用於消防裝置，做自動噴水器的熱敏元件，鍋爐和壓縮空氣缸的安全塞，焊料，金屬熱處理的熔浴介質等。鉍合金具有在冷凝時不收縮的特性，用於鑄造印刷鉛字和高精度的鑄型。鉍及其合金常作為鑄鐵、鋼和鋁合金的新增劑，以改善合金的切削效能。含銻11％的鉍合金用於製造紅外線檢測計。鉍錫和鉍鎘合金用作硒整流器的輔助電極。利用鉍在磁場作用下電阻率急劇減小的特性來製作磁力測定儀。鉍錳合金可制永磁合金。鉍的熱中子吸收截面很小並且熔點低、沸點高，可用作核反應堆的傳熱介質。碲化鉍(Bi2Te3)廣泛用於製造溫差電致冷元件和低溫溫差電源。三碲化銻鉍(BiSbTe3)作為溫差電器元件用於太陽能電池。鉍銀銫合金用於製造光電放大器。硫化銀鉍(BiAgS2)用於製造半導體儀器。鉍鎘溫差元件用於報警裝置。

產量和價格

70年代後期，世界鉍礦(以鉍計)年產量估計為3630～4080噸。祕魯是世界鉍礦產量最高的國家，其次為玻利維亞和澳大利亞。消費鉍最多的國家是美國；1976年為1093噸，1979年為1153噸，主要依靠進口。其中25.5％用於冶煉易熔合金，27％用作冶金新增劑，45.7％用於製藥，其他用途約佔1.8％。純度為99.99％和99.999％的鉍，1976年的價格分別為16.52美元／公斤和17.62美元/公斤。中國近年鉍的年產量約為400～500噸。

鉍的冶煉

分粗煉和精煉兩步。

火法粗煉

粗煉的方法因原料而異。以硫化鉍精礦、氧化鉍和硫化鉍的混合礦、氧化鉍渣以及氯氧化鉍等作為煉鉍原料時，採用混合熔鍊法，配入適量的鐵屑、純鹼、螢石粉、煤粉等，在反射爐中進行混合熔鍊，得到粗鉍，送去精煉。

以鉛的火法冶金精煉過程中產生的鈣鎂鉍浮渣為原料的煉製方法是：先將浮渣加熱，使其中所含的鉛下沉取出。繼續加熱熔渣，熔化後，加入氯化鉛或通入氯氣，以除去鈣和鎂，得到富含鉍的鉛鉍合金，再送精煉。

火法精煉

一般分為四個步驟：

（1）氧化除砷、銻、碲等；

（2）加鋅除銀；

（3）氯化除鉛鋅；

（4）高溫除氯。火法精煉流程見下頁圖。粗鉍在680～720℃熔化，其中鐵、砷、銻等氧化成為幹渣。為了減少鉍被帶走，通常用氫氧化鈉作熔劑，熔化幹渣，然後撈出。鼓風是為了進一步氧化砷、銻、碲、鐵、錫等雜質，使砷、銻形成As2O3和Sb2O3，大部分揮發掉。粗鉍中的銀，可以加鋅除去。粗鉍中殘餘的鋅、鉛、銅則在350～500℃ 通入氯氣除去。最後在氫氧化鈉及硝酸鉀熔鹽覆蓋下，插樹脫氯，所得鉍錠純度可達99.99％。如原料中含鉛高時，可在除銀前先氯化除鉛。

溼法提鉍

將含鉍的原料用鹽酸浸出(見浸取)，浸出液用大量的水稀釋，使氯化鉍水解成氯氧化鉍沉澱。如需要提高純度，可重複運算元次。氯氧化鉍可在鹽酸存在下用鐵粉或鋅粉進行置換沉澱，製取海綿鉍；或與碳酸鈉、碳混合後，熔融還原，直接製取粗鉍。中國從錫礦中選出鉍中礦，用鹽酸浸出，分離錫和砷後，將氯化鉍溶液進行隔膜電解，製取海綿鉍。海綿鉍為中間產品，還需精煉。

電解精煉對分離大量的銀很有效，但如提煉高純鉍時，仍需與火法精煉配合。