微电流作用下铁片置换海绵铋粉.pdf

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1、第30卷第10期应用化学V01．3OIss．102013年l0月CHINESEJOURNAL0FAPPUEDCHEMISTRY0ct．20l3微电流作用下铁片置换海绵铋粉何静郭瑞蓝明艳王灿唐谟堂杨建广杨声海唐朝波鲁君乐(中南大学冶金科学与工程学院长沙410083)摘要针对铁粉置换沉积海绵铋所得铋粉品位较低的缺点，本工艺采用铁片置换海绵铋，铁片为阳极，石墨为阴极，直流微电流作用，电流密度5×10I3A／cm，温度4O℃，所得海绵状铋粉品位在90％以上。通过置换过程的宏观动力学研究表明，其置换过程符合一级反应速率规律，活化能E=13．72kJ／mol，反应速率方程为11，’n：3．2

2、470×c(Bi“)exp(一)，置换过程的控制步骤为扩散控制。电化学分析结果显示，微电流作用很／It』好的促进了置换过程，且置换海绵状铋粉品位高，杂质少，尤其铅含量明显降低。关键词微电流，铁片，置换，海绵铋，动力学中图分类号：0643．1文献标识码：A文章编号：1000-0518(2013)10—1182-07D0I：10．3724／SP．J．1O95．2013．20612铋是“绿色”稀有金属，也是毒性最小的一种重有色金属，在地壳中的丰度和银相当¨J。我国铋资源丰富，储量总计50～60万吨，主要分布在湖南、广东、江西和云南四省]。氧化铋精矿与氧化铋渣，大都采用火法还原熔炼法⋯，

3、而硫化矿或氧化矿硫化矿混合精矿，则经焙烧脱硫预处理，使其变成氧化矿后，再进行还原熔炼。近年来，有学者开始研究将硫化矿先进行固硫预处理j，以减少硫的危害。60年代后期，我国对于铋矿湿法提取进行了大量的研究，如：三氯化铁浸出法、盐酸．亚硝酸浸出法、氯气选择性浸出、矿浆电解法等新工艺的研究和应用均取得了显著成果2J。关于高纯铋的制备，可采用火法或湿法，含铋溶液采用传统电沉积也可得到高纯铋。熊利芝等研究了真空蒸馏加剂除铅制备高纯铋，廖婷等研究了全湿法从铜转炉白烟灰中制备高纯海绵铋。某厂高银铋阳极泥经湿法处理后，得到含Bi0．2153mol／L的溶液，可采用置换法沉积出海绵铋粉，有学者对金

4、属粉末置换过程动力学进行了大量的研究引。铁粉置换过程中存在消耗量大、铋粉含铋品位低并夹带大量的铁粉等问题，而单纯使用铁片置换铋，又存在置换速度慢的问题。基于这些原因，本实验采用铁片(薄板)通电的方法来置换酸性溶液中的铋，并对置换过程进行了宏观动力学及电化学方面的研究。1实验部分1．1试剂和仪器及方法实验原料：湿法处理后铋液，其化学成分(g／L)计：Bi45，Sb1、67，Pb0．63，Cu1．36，As0．067，Ag0．006。置换用铁片为普通生铁，经分析，其成分(％)：Fe90—95，C2．5，Si3．1，Ni0．8。铁片长65mm，宽60mm，厚2mm；石墨长68mm，宽6

5、2mm，厚8mm。DC—IT6721型数控电源(南京艾德克斯)，CHI600C型电化学工作站(美国)，PS-6真空型ICP—AES仪(美国贝尔德)。1．2实验方法置换反应在250mL烧杯中进行，每次取原液150mL，原液pH=0．2，铁片作阳极，石墨为阴极，置换前先将铁片用砂纸打磨光亮，然后，使用导线将铁片接人数控电源正极，石墨接人数控电源负极，通电2012-12-26收稿，2013-02—15修回国家自然科学基金资助项目(51174240)；湖南省科技重大专项(2012FJ1010)通讯联系人：何静，副教授；Tel：073148830470；E-mail：he6213@163．

6、corn；研究方向：有色金属冶金及新材料第l0期何静等：微电流作用下铁片置换海绵铋粉1183作用下进行实验操作。Bi使用EDTA容量滴定法测定¨D，其它微量元素采用ICP测定。2结果与讨论2．1置换过程基本原理根据能斯特公式(见式(1))以及原液中各金属离子含量，计算得到各金属离子电极电势如表1所示。+lg(0rMae+)(1)式中，为电极电势(V)，为标准电极电势(V)，0为离子活度(mol／L)。表1各元素电极电位Table1Electrodepotentialofeachelement铁片置换铋过程反应电位为：0Bi=Bi一0(2)式中，m为铁片置换铋反应电位，i为Bi电极

7、电位，为Fe标准电极电位．即：Bi：0．2575一(一0．44)=0．6975。由表1及铁片置换铋反应电位计算可以看出，置换过程Sb、As电极电位与Bi接近，容易与Bi一起置换沉积，而电极电位比Bi更正的cu、Ag则优先置换。通电过程电势不可高于0．6975V，否则，铋会以电积形式沉积。置换过程中，铁溶解和铋沉积是在溶解电压及渗透压二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