[發明專利]一種在微電流作用下置換沉積海綿鉍粉的方法

有效

• 申請號: 201310399851.3
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN103422125A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 何靜;郭瑞;藍明艷;張家瑋;楊建廣;唐朝波;陳永明;楊聲海;魯君樂;王燦
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25C5/02
• 分類號: C25C5/02;B22F9/24
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明一種在微電流作用下置換沉積海綿鉍粉的方法，屬于濕法冶金技術領域。

技術背景

鉍作為“綠色金屬”，除用于醫藥行業外，也廣泛應用于半導體、超導體、阻燃劑、顏料、化妝品、化學試劑、電子陶瓷等領域，大有取代鉛、銻、鎘、汞等有毒元素的趨勢。傳統鐵粉置換所得鉍粉品位較低低，含雜質多，鐵粉消耗量大，而單純使用鐵片置換海綿鉍，其效率低，置換周期長。

微電流作用下置換海綿金屬的研究尚未在相關文獻中報道。

發明內容

本發明的目的在于針對現有工藝存在的不足之處，提供一種在微電流作用下置換沉積海綿鉍粉的方法，本發明不僅解決了現有技術所得鉍粉品位低的缺點，而且在微電流作用下，大大加速了置換過程，使得置換效率大幅度提高。

本發明一種在微電流作用下置換沉積海綿鉍粉的方法，其技術方案為：將與電源正極相連的鐵板和與電源負極相連的石墨板浸入含鉍料液中，通電進行置換反應，得到海綿鉍粉；所述電源為直流電源；鐵板與石墨板間的電勢差為0.1～0.2V，板間距為1～6cm；通電時，鐵板上的電流密度為0.1～10×10^-3A/cm²；置換反應的溫度為20～60℃，所述含鉍料液的pH值為0.2～1.0。

本發明一種在微電流作用下置換沉積海綿鉍粉的方法，所述含鉍料液中，Bi³⁺的濃度10～60g/L。

本發明一種在微電流作用下置換沉積海綿鉍粉的方法，所述含鉍料液中，以質量濃度計，包括下述離子：

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。

本發明一種在微電流作用下置換沉積海綿鉍粉的方法，所述鐵板的長、寬、厚的比值為，長：寬：厚為5：2：1～10：5：1。

本發明一種在微電流作用下置換沉積海綿鉍粉的方法，所述石墨板的長、寬、厚的比值為，長：寬：厚=5：1：1。

本發明一種在微電流作用下置換沉積海綿鉍粉的方法，鐵板與石墨板的寬度比值為2～10：1。在該寬度比值下，使得電場為非均勻，更有利于促進鐵板的腐蝕，同時節約石墨。

本發明一種在微電流作用下置換沉積海綿鉍粉的方法，反應時，控制含鉍料液的體積與反應槽容積之比為0.5～0.9：1。

原理及優勢

基本原理

本發明嚴格控制鐵板與石墨板間的電勢差為0.1-0.2V，通電過程中鐵板與石墨板間的電勢不能超過鉍的電沉積電勢，否則，鉍會以電積形式在陰極沉積。置換時，鐵溶解和鉍沉積是在溶解電壓及滲透壓兩者存在數值差并形成電位差（即電極附近的雙電層與整個溶液間的電荷差）時進行的。鐵的溶解電壓大于滲透壓，差值為負，鉍的溶解電壓小于滲透壓，差值為正，隨著置換反應的進行，鐵離子在溶液中的濃度增大，而鉍離子的濃度降低，鐵的負電位由于離子滲透壓的增大將降低，而鉍的正電位由于離子滲透壓的降低而降低，當兩種電位值相等時，反應停止進行。鐵板通直流電時，在微電流作用下，促進了鐵板表面的點蝕，使置換比表面積增大，所以促進了置換過程。置換過程發生的化學反應如下：

鐵板上發生的反應為：

Fe-2e=Fe²⁺（1）

2Bi³⁺+3Fe=2Bi+3Fe²⁺（2）

石墨板上發生的反應為：

2H⁺+2e=H₂（3）

微電流作用下鐵板置換海綿鉍粉反應動力學為擴散控制，所以反應溫度很重要，溫度太低，不利于反應進行，過高，則考慮能耗，選擇20～60℃為宜；pH越低，越有利于置換過程，pH越低，酸度越大，越有利于鐵板的腐蝕，越有利于置換過程。

優勢