鉍的用途及應(yīng)用領(lǐng)域
鉍的用途及應(yīng)用領(lǐng)域
鉍具有一系列的優(yōu)良特性，如比重大、熔點(diǎn)低、凝固時(shí)體積冷脹熱縮等，尤其是鉍的無毒與不致癌性使鉍具有很多特殊的用途。鉍廣泛應(yīng)用于冶金、化工 、電子、宇航 、醫(yī)藥等領(lǐng)域。
從消費(fèi)結(jié)構(gòu)來看，各國(guó)鉍的消費(fèi)結(jié)構(gòu)各有側(cè)重，美國(guó)鉍的消費(fèi)主要用于冶金添加劑、低熔點(diǎn)合金、焊料、彈藥筒以及醫(yī)藥化工行業(yè)等；日本和韓國(guó)的消費(fèi)主要以電子行業(yè)為主；中國(guó)鉍消費(fèi)仍舊是以傳統(tǒng)領(lǐng)域?yàn)橹鳌?007年國(guó)內(nèi)鉍錠消費(fèi)行業(yè)細(xì)分：氧化鉍行業(yè)40%，醫(yī)藥行業(yè)28%，冶金添加劑18%，鉍合金及焊料13%，其他1%。2008年國(guó)內(nèi)對(duì)鉍錠的消費(fèi)行業(yè)：氧化鉍行業(yè)占66%；制藥行業(yè)占27%；合金行業(yè)占7%。
鉍的主要產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)鏈
國(guó)外鉍產(chǎn)品大約有100多種，國(guó)內(nèi)有50多種。目前主要的鉍產(chǎn)品有精鉍、高純鉍、鉍合金、氧化鉍、氯氧化鉍、次硝酸鉍、枸櫞酸鉍鉀、次沒食子酸鉍、復(fù)方鋁酸鉍等。用量不大的品種有次碳酸鉍、硫化鉍、鉍酸鈉、鉍、硝酸鉍、硝酸鉍、碘化鉍鉀、硝酸雙氧鉍、鋁酸鉍、鉍鉀、乙基樟腦酸鉍、堿式水楊酸鉍、次檸檬酸鉍、檸檬酸鉀鉍、釩酸鉍、鍺酸鉍、硅酸鉍、三氯化鉍、三鉀而枸櫞酸鉍、四基過氯酸鉍等。
鉍原料：含鉍原料（包括廢鉍、鉍渣、鉍礦粉）、鉍礦石、粗鉍。
廢鉍和鉍渣，含鉍的原料和粗鉍形態(tài)上不一樣。廢鉍：銅煙塵，生鐵冶煉高爐煙塵和爐底鉛鉍合金。鉍渣，即鎢、銅的冶煉廢渣。
鉍錠就是精鉍，金屬鉍。
金屬鉍根據(jù)形態(tài)不同還有：鉍珠，鉍條，鉍帶，鉍棒，鉍型條。
用鉍配制易熔合金是鉍的主要用途之一，鉍可與銻、鎘、銦、鎵、錫、鈦等金屬配制成易熔臺(tái)金系列，一般合金熔點(diǎn)在200攝氏度以下。鉍基易熔臺(tái)金的主要用途可歸納如下：
1. 利用它的低熔點(diǎn)性質(zhì)可制作在預(yù)定溫度熔化的安壘裝置、保險(xiǎn)絲、保險(xiǎn)潤(rùn)、易熔片等。也可制作低熔點(diǎn)焊料，如著名的伍德合金，用于透鏡定位、玻璃密封、電子元件焊接等。
2. 利用它的熔點(diǎn)能準(zhǔn)確控制的性質(zhì)，在原子能反應(yīng)堆中作載熱體或冷卻劑；用于熱處理池對(duì)特殊金屬材料作退火等熱處理。
3. 含鉍55%以上的合金凝固時(shí)體積有冷脹性，可用于矯正變形工件、印刷鑄字。含鉍48~55%的合金尺寸穩(wěn)定，可用于制造低熔點(diǎn)臺(tái)金模具，如著名的Bi～Sn模具合金用作金屬薄板材(鋁板、鋼板)的冷沖壓成型，合金模具硬度不低于鋼模，可用于汽車車身外殼、油箱、水箱冷沖壓工藝，具有成型快、更新快、合金可多次反復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。
4. 鉍具有無毒和不致癌性，可在醫(yī)療領(lǐng)域中代替鉛材舫放射線，如X光透視照相用的鉛圍裙、癌癥放射療法中使用的鉛護(hù)板等。
5. 鉍還有一些特殊性能，如在錫中加入0.2%的鉍可防”錫疫”，能使汽車、拖拉機(jī)的鍍錫聯(lián)軸和水箱在寒冷氣候中不開裂，罐頭內(nèi)鍍錫層不變質(zhì)。
在鋼、鐵、鋁、青銅中添加少量鉍可顯著改善材料的加工性能，鉍作添加劑的用量正在逐年增加，成為主要用途之一。
1. 在易切削鋼中加入0.1-0.4％的鉍，可改善鋼的切削性能。當(dāng)鉍均勻分散在鋼中時(shí)，微粒鉍與切削工具接觸后熔化，起潤(rùn)滑劑作用，并且使切屑斷裂，避免過熱，從而可提高切削轉(zhuǎn)速。近已大量在不銹鋼中添加鉍，以改善不銹鋼的切削性能。這種應(yīng)用將會(huì)迅速發(fā)展到其它鋼種。
2. 在鋁中添加0.2-0.6％的鉍可改善鋁的切削加工性能，其機(jī)理和鋼類似。Al—Mg合金中添加0.2-0.4%的鉍，合金在軋制時(shí)不再裂開，且增強(qiáng)了合金抗腐蝕抗外力的能力。
3. 在銅中加入鉍，可用來制作耐磨合金和齒輪。
4. 在鑄鐵中加入0.002-0.005%的鉍，可改善可鍛鑄鐵的鑄造性能，增加白口傾向和縮短退火時(shí)間，零件的延伸性能變優(yōu)。在球墨鑄鐵中加入0.005%的鉍可改善其抗震性和抗拉伸性。在鋼鐵中添加鉍存在一定難度，因?yàn)樵?500℃時(shí)鉍已大量揮發(fā)，難以均勻地將鉍滲到鋼鐵中去。目前國(guó)外用熔點(diǎn)1050℃的Bi- Mn合盤代替鉍作添加劑，但鉍的利用率仍20%左右。
鉍的一些化合物是極好的胃藥，用來治療胃功能失調(diào)，如腹瀉、結(jié)腸炎、消化性潰瘍等。鉍藥劑具有收斂止瀉、防腐作用，可吸附毒素、細(xì)菌、病毒，在腸粘膜創(chuàng)面形成一層薄的保護(hù)膜，使之不受食物刺激、鉍藥劑以無機(jī)鹽次硝酸鉍與 次碳酸鉍為基、發(fā)展到很多有機(jī)鉍化合物，如次設(shè)食子酸鉍不溶于水而對(duì)發(fā)炎或易受刺激的刨面具有保護(hù)作用和輕度收斂與消毒作用；鉍鈉、鉍鉀是具有抗錐蟲及螺旋體效力的水溶性藥劑；次水揚(yáng)酸餡具有油溶性，可制成油懸濁液的抗螺旋體藥劑，用于治療梅毒；膠體枸橡酸鉀鉍具有低毒性、療效好的特點(diǎn)而獲得日益廣泛的使用。醫(yī)藥行業(yè)作為抗周期性較強(qiáng)的行業(yè)，對(duì)金屬鉍的需求一直呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
鉍的化學(xué)品廣泛用于半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、阻燃劑、催化劑、顏料、化妝品、化學(xué)試劑、電鍍、電池及其它方面。
半導(dǎo)體
含鉍半導(dǎo)體材料廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)中， 較為廣泛的是Bi-Te-Se溫差致冷元件。采用多級(jí)熱電致冷可使溫度降至200K以下，這在軍事、宇航工業(yè)、科研實(shí)驗(yàn)中大有用武之地，可維持或降低固體電路激光源、紅外線探洲器和電荷耦合器件的溫度，應(yīng)用于天文望遠(yuǎn)鏡攝象機(jī)自動(dòng)掃描天線陣系統(tǒng)、導(dǎo)航用激光、光波發(fā)射器、醫(yī)療激光儀器、溫度觀測(cè)器紅外線跟蹤導(dǎo)彈、高分辨率電荷耦合器件攝影機(jī)、步槍熱瞄準(zhǔn)器、黑體參照物等。容器致冷可用于小型壓氣式致冷系統(tǒng)、千燥器、美國(guó)國(guó)家航空、航天管理局生命科學(xué)環(huán)境艙、電子屏蔽室、晶片熱學(xué)特性鑒定儀等。還可用于高速集成電路、參量放大器、離子雪崩光控二極管、光導(dǎo)攝像顯像管等。BiSbTe3可作為溫差電器元件用于太陽(yáng)能電池；BiTe2用于制造低溫溫差電源；BiAgS2用于制造半導(dǎo)體器件；Bi2O3等組成為非化學(xué)計(jì)量氧化物的薄膜材料可作導(dǎo)電涂層。
人工硫化鉍(Bi2S3)主要用作高溫潤(rùn)滑劑和半導(dǎo)體原料，制造光電自動(dòng)設(shè)備中的光電阻，增大可見光譜區(qū)域內(nèi)光譜的靈敏度。
鉍以Bi2O3的形式添加到陶瓷中可顯著改善材料的性能。
在電子計(jì)算機(jī)和攝影技術(shù)上，鉍用作表面涂層，以記錄磁、聲、光信號(hào)。硅酸鉍單晶體做波克耳讀出光學(xué)調(diào)制器，是光信息處理技術(shù)中使用的一種光學(xué)器件。上海陶瓷研究所生產(chǎn)的大型高級(jí)鍺酸銨晶體，用于具有大型電子設(shè)備控制板的巨型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)上的電磁量熱計(jì)的組件。鉍在光學(xué)透鏡上的應(yīng)用引人注目，添加大量鉍氧化物使透鏡比重和折射系數(shù)增加。
顏料
釩酸鉍是目前著名的無毒無機(jī)黃顏料的基礎(chǔ)物質(zhì)，這類顏料色彩鮮艷，耐候性好，可廣泛用于涂料、塑料制品、油漆，代替鎘黃、鉻黃等毒性顏料。所以鉍在顏料工業(yè)上的應(yīng)用與開發(fā)是很有前途的。如從給玻璃上色到裝飾用金屬油漆；紫外線吸收涂料可作為宇航工具涂料，用于外層空間和戰(zhàn)略目的。
化妝品
氯氧化鉍又稱珠光素，是一種具有珍珠光澤的顏料，它不但用于涂飾紙張和塑料，而且由于無毒適宜配制口紅、指甲油、眼影膏、發(fā)臘、美容香粉等化妝品。同時(shí)由于氯氧化鉍象鉍藥劑一樣具有收斂作用，能保持水分，所以在面脂、膚霜中配入高光澤性的BiOCI后，使皮膚保持鮮艷嬌嫩，柔軟光滑，煥發(fā)青春光澤。特別在干燥的沙漠地區(qū)，使用含鉍的雀斑霜，可以防止因皮膚干燥和日照而產(chǎn)生雀斑。在氯氧化鉍化妝品配方中加入紫外線吸收劑，可以保持其在日光照射下不變色。
超導(dǎo)材料
鉍系超導(dǎo)材料：在法、日、美、中等國(guó)相繼發(fā)現(xiàn)鉍鍶鈣銅氧化物在液氮冷卻下的高溫超導(dǎo)性之后，鉍系超導(dǎo)材料近年來一直是上研究的熱點(diǎn)，鉍鍶鈣銅超導(dǎo)線目前已經(jīng)成為四大超導(dǎo)材料系列之一。高純超細(xì)氧化鉍應(yīng)用于制造新型高性能陶瓷和半導(dǎo)體，還可用于顏料、涂料的制備和鉍基氧化物超導(dǎo)體的研制和開發(fā)。
蓄電池
在鉛酸蓄電池中加入0.015％～0.03％的鉍，可以使蓄電池在充放電等性能上均有大的改善和提高。國(guó)外蓄電池發(fā)展先進(jìn)的國(guó)家已將其作為發(fā)展方向加以重點(diǎn)實(shí)施和推廣。
核工業(yè)材料
核反應(yīng)堆離不開鉍。鉍吸收X射線的能力與鉛大體相當(dāng)，但是吸收熱中子截面小而熔點(diǎn)較低，因此LMFR反應(yīng)堆都選用液態(tài)高純鉍作為反應(yīng)堆燃料U235和U233的載體和冷卻劑。鉍冷卻劑還用于核潛艇，性能優(yōu)于氯化鈉。鉍還可以作為防護(hù)裝置用于核裂變裝置。鉛-鉍冷卻的核反應(yīng)堆已裝備在阿爾法級(jí)潛艇上。
