辉铋矿

  辉铋矿化学成分为Bi2S3、晶体属正交(斜方)晶系的硫化物矿物。铋含量占81.3%,是提炼铋的最主要矿物原料。辉铋矿呈微带铅灰色的锡白色,金属光泽。摩斯硬度2~2.5,比重6.8。晶体呈长柱状或针状,集合体呈放射柱状或致密粒状。虽然辉铋矿是分布最广的铋矿物,但极少形成以辉铋矿为主的独立矿床,它往往产在以其他金属矿物为主的矿床中。如中国赣南一带的钨锡矿床、玻利维亚波托西锡银矿床、美国科罗拉多州莱德维尔和科尔曼铅锌矿床中均富产辉铋矿。在地表辉铋矿易风化成铋的氧化物或碳酸盐,如铋华Bi2O3、泡铋矿Bi2CO3O2。

矿物简介

辉铋矿
                    辉铋矿
  辉铋矿是硫化物矿物,其中铋含量为81.3%,是提炼铋的最主要矿物原料。辉铋矿具有金属光泽,灰白锡色,晶体为长柱或针状,许多这样的晶体聚集在一起呈放射的柱状或粒状。辉铋矿分布非常广,但有开采价值的大矿床却非常少,一般都混在其他金属矿床中。辉铋矿容易被风化。
  化学组成:Bi2S3,Bi铋81.3%,S18.7%;类质同象混入物有Pb、Cu、Sb、Fe、其中Pb2+置换Bi3+的同时,Cu+相应地进入晶格,使电价得到补偿;
  鉴定特征:鉴定特征与辉锑矿相似,为锡白色,光泽较强,解理面上无横纹;鉴定与和它相似的辉锑矿的区别是辉铋矿具有更强的光泽,更大的比重,并且二者与KOH之反应不同(参看辉锑矿);
  成因产状:辉铋矿为分布最广的铋矿物;主要见于高温热液钨锡矿床,与黑钨矿、辉钼矿黄玉毒砂等共生;在中温热液和接触交代矿床中也有产出;
  著名产地:世界著名产地有玻利维亚(六斯纳、乔罗尔克等地)、秘鲁(雪谘·德·巴斯科)、俄罗斯中亚细亚布利亦的摩拉矿床等地。

金属特性

  铋在自然界中以游离金属和矿物的形式存在。矿物有辉铋矿、铋华等。由矿物经煅烧后成三氧化二铋,再与碳共热还原而获得。元素用途:主要用于制造低熔点合金(熔点在45℃以上,100℃以下),在消防和电气工业上,用作自动灭火系统和电器保险丝、焊锡。
  元素辅助资料:铋在地壳中含量是不大的,但是它在自然界中有单质状态存在。铋在自然界中有硫化物的辉铋矿(Bi2S3)和氧化物氧化铋(Bi2O3),或称铋黄土,是由辉铋矿和其他含铋的硫化物氧化后形成的。由于铋的熔点低,因此用炭等可以将它从它的天然矿石中还原出来。所以铋早被古代人们取得,但由于铋性脆而硬,缺乏延展性,因而古代人们得到它后,没有找到它的应用,只是把它留在合金中。
  铋是由阿格里科拉首先明确它是一种金属的。铋的拉丁名称bismuthum和元素符号来自德文weissemasse(白色物质),但是金属铋并非银白色,而是粉红色。
  由于铋的熔点低(271℃),很早就被用来制作易熔合金。含铋的易熔合金被广泛应用于防火、防电设备以及一些蒸汽锅炉的安全塞上,一旦发生火灾时,一些水管的活塞会“自动”熔化,喷出水来。

物理性质

辉铋矿
                   辉铋矿
  辉铋矿(Bismuthinite)Bi2S3;理论组成(wB%):Bi81.3,S18.7。最主要的类质同像替代有Pb、Cu、Fe;在Pb2代替Bi3的同时,Cu相应地进入晶格,使电价得以补偿。其次较常见的类质同像替代有Sb、Se、Te,Sb不完全代替Bi可达8.12%,其变种称锑辉铋矿。Se不完全代替S可达9.0%,称硒辉铋矿;Se含量最高达26%,称硒铋矿Bi2(Se,S)3。Te则可能形成Bi的碲化物和碲硫化物,以机械混入物形式存在。有时也含As、Au、Ag等混入物。斜方晶系,a0=1.113nm,b0=1.127nm,c0=0.397nm;Z=4。与辉锑矿等结构。斜方双锥晶类,D2h-mmm(3L23PC)。晶体沿c轴呈柱状,有时为板状、针状。晶面多具纵纹。主要单形:平行双面b{010}、a{100},斜方柱m{110}、n{021}、h{310}、l{101}、z{301}、p{501},斜方双锥σ{211}、λ{311}、s{111}和w{121}。依(110)成双晶。常呈柱状、针状或放射状、粒状、致密块状集合体。锡白色(带铅灰色),表面常有黄色锖色。条痕灰黑或铅灰色。金属光泽较辉锑矿更强。不透明。解理{010}完全。硬度2~2.5。相对密度6.4~6.8。主要产于高温热液型W、Sn、Bi矿床中。常呈充填脉状,与黑钨矿、锡石、辉钼矿、黄玉、绿柱石、毒砂、黄铁矿等共生。在中温热液型与辉锑矿相似,但可以锡白色,较强的金属光泽,解理面上无横纹应等与之区分。与辉锑矿不共生。
  硬度:2-2.5;比重:6.8g/cm3;解理:解理平行(010)完全;颜色:微带铅灰的锡白色,表面常现黄色或斑状锖色;条痕:铅灰色或灰黑色;透明度:不透明;光泽:金属光泽;发光性:无;其他:微具挠性。

光学性质

  反射色白。与辉锑矿、方铅矿相比,带奶油色。反射率:Rp为41.46(绿光),40.86(橙光),39.60(红光);Rm分别为48.5、48.17、40.86;Rg分别为54.51、53.00、49.18。双反射于界面清楚,c轴方向亮黄至白,a轴方向亮灰。明显非均质性。

化学特性

·晶体形态

  斜方双锥晶类;晶体常呈柱状,有时为板状和针状或毛发状;主要单形有:平行双面c(010)、a(100);斜方柱m(110)、h(310)、n(021)、l(101)、z(301)、p(501);斜方双锥s(111)、w(121);

·晶体结构

  晶系和空间群:斜方晶系,Pbnm;晶胞参数:a0=11.13埃,b0=11.27埃,c0=3.97埃;粉晶数据:3.569(1)3.118(0.8)3.53(0.6)

共生矿物

辉铋矿
                   辉铋矿
  辉铋矿是铋的硫化物(BiS3)矿物,含铋81.3%,是炼铋的最主要矿物原料。正交(斜方)晶系,晶体呈长柱状或针状,柱面具纵条纹。集合体为放射柱状或致密粒状。微带铅灰色的锡白色,金属光泽,莫氏硬度2~2.5,比重6.5~6.8。辉铋矿是硫化物矿物,其中铋含量为81.3%,是提炼铋的最主要矿物原料。辉铋矿具有金属光泽,灰白锡色,晶体为长柱或针状,许多这样的晶体聚集在一起呈放射的柱状或粒状。辉铋矿分布非常广,但有开采价值的大矿床却非常少,一般都混在其他金属矿床中。辉铋矿容易被风化。
  铋性脆,富有光泽。铋在凝固时体积增大,膨胀率为3.3%。铋是逆磁性最强的金属,在磁场作用下电阻率增大而热导率降低。除汞外,铋是热导充最低的金属。铋及其合金具有热电效应。铋的硒、碲化合物具有半导体性质。室温下铋在湿空气中轻微氧化,加热到熔点时则燃烧生成三氧化二铋。铋同盐酸作用缓慢,同硫酸反应放出二氧化硫,同硝酸反应生成硝酸盐。
  自然界存在少量的铋,其主要矿物有:辉铋矿、泡铋矿、铋华、自然铋、方铅铋矿、菱铋矿、铜铋矿。铋单独矿床少,常与铅、锌、铜、钨、钼、锡等矿伴生,其单独开采工业品位为0.5%。世界铋年产量约4400吨。中国铋金属量50万吨,1993年产铋约1052吨。

冶炼过程

  辉铋矿的冶炼分粗炼和精炼两步。粗炼的方法因原料而异。以硫化铋精矿、氧化铋和铋的混合矿、氧化铋渣以及氯氧化铋等作为炼铋原料时,采用混合熔炼法,配入适量的铁屑、纯碱、萤石粉、煤粉等,在反射炉中进行混合熔炼,得到粗铋,送去精炼。以铅的火法冶金精炼过程中产生的钙镁铋浮渣为原料的炼制方法是:先将浮渣加热,使其中所含的铅下沉取出。继续加热熔渣,熔化后,加入氯化铅或通入氯气,以除去钙和镁,得到富含铋的铅铋合金,再送精炼。精炼一般分为四个步骤:氧化除砷、锑、碲等;加锌除银;氯化除铅锌;高温除氯。

应用领域

·工业应用

辉铋矿
                  辉铋矿
  辉铋矿是提炼铋的重要矿石矿物。主要用于制造低熔点合金(熔点在45℃以上,100℃以下),在消防和电气工业上,用作自动灭火系统和电器保险丝、焊锡。铋主要用途是以金属形态用于配制易熔合金,以化合物形态用于医药。前者熔点范围为47-262℃,最常用的是铋同铅、锡、锑、铟等金属组成的二元、三元、四元、五元合金。改变这些金属在合金中所占的百分比,就可获得一系列不同熔点和不同物理性质的合金;这些合金用于消防装置,做自动喷水器的热敏元件,锅炉和压缩空气缸的安全塞,焊料,金属热处理的熔浴介质等。铋合金具有在冷凝时不收缩的特性,用于铸造印刷铅字和高精度的铸型。铋及其合金常作为铸铁、钢和铝合金的添加剂,以改善合金的切削性能。含锑11%的铋合金用于制造红外线检测计。铋锡和铋镉合金作用作硒整流器的辅助电极。利用铋在磁场作用下电阻率急剧减小的特性作制作磁力测定仪。铋锰合金可制永磁合金。铋的热中子吸收截面很小并且熔点低、沸点高,可用作核反应堆的传热介质。碲化铋广泛用于制造温差电制器元件用于太阳能电池。铋银铯合金用于制造光电放大器。硫化银铋用于制造半导体仪器。铋镉温差元件用于报警装置。

·其他应用

  铋矿化学成分为Bi2S3、晶体属正交(斜方)晶系的硫化物矿物。铋含量占81.3%,是提炼铋的最主要矿物原料。辉铋矿呈微带铅灰色的锡白色,金属光泽。摩斯硬度2~2.5,比重6.8。晶体呈长柱状或针状,集合体呈放射柱状或致密粒状。
  铋作为可安全使用的“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。第一电离能7.289电子伏特。密度9.8g/cm3。熔点271.4℃,沸点1560±5℃。银白色或微红色而由金属光泽的晶体。化合价+1、+3 和+5。常温时,在空气中稳定;赤热时,即燃烧,发出淡蓝色的火焰,生成三氧化二铋。加热时能与溴、碘化合;铋粉在氯气内着火。溶于王水和浓硝酸。不溶于非氧化性酸;即使浓硫酸和浓盐酸,也只是在共热时才稍有反应。不溶于水 铋系超导材料,主要是铋锶钙铜氧2201、2212、2223型氧化物,具有较高的转化温度。