[发明专利]一种在微电流作用下置换沉积海绵铋粉的方法

说明书

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