Ιδιότητες, ιστορία και εφαρμογές του Βισμουθίου

Το βισμούθιο είναι ένα αργυρό και εύθραυστο μέταλλο που απαντάται συχνά στα χαμηλής τήξης κράματα. Η ζήτηση μεταλλικού βισμούθιου έχει αυξηθεί τα τελευταία 20 χρόνια σε μεγάλο βαθμό λόγω της αποτελεσματικής χρήσης του ως υποκατάστατο του μολύβδου.

Ιδιότητες

• Ατομικό σύμβολο: Bi
• Ατομικός αριθμός: 83
• Στοιχείο Κατηγορία: Μετά μεταβατικό μέταλλο
• Πυκνότητα: 9,78 g / cm³ (20 ° C)
• Σημείο τήξης: 272 ° F (521 ° C)
• Σημείο ζέσεως: 1564 ° F (2847 ° C)
• Hardness του Moh: 2.25

Χαρακτηριστικά

Το βισμούθιο είναι ένα εύθραυστο, αργυρόχρωμο μέταλλο που έχει χαμηλή θερμοκρασία τήξης και υψηλό ειδικό βάρος. Όντας σταθερό και μη τοξικό, το βισμούθιο χρησιμοποιείται συχνά ως υποκατάστατο τοξικών μετάλλων όπως το αντιμόνιο, το κάδμιο, ο μόλυβδος και ο υδράργυρος.

Όπως το νερό, το βισμούθιο είναι λιγότερο πυκνό ως στερεό παρά σαν υγρό (επεκτείνεται καθώς ψύχεται), μια ιδιότητα μοναδική για μέταλλο. Από όλα τα μεταλλικά στοιχεία, το βισμούθιο έχει επίσης την υψηλότερη ηλεκτρική αντίσταση και τη χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα (εκτός από τον υδράργυρο), καθώς και το υψηλότερο Hall Effect (αύξηση της ηλεκτρικής αντίστασης όταν τοποθετείται σε μαγνητικό πεδίο).

Ιστορία

Το βισμούθιο αναγνωρίστηκε αρχικά κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα, αλλά, χωρίς την ικανότητα να απομονώνει το μέταλλο, συγχέεται συχνά με κασσίτερο, μόλυβδο, αντιμόνιο και ψευδάργυρο. Το 1450, ο Γερμανός μοναχός Βασίλειος Βαλεντίνος έκανε την πρώτη αναφορά wismut , ή "λευκό μολύβι", το οποίο αργότερα θα είναι Latinized ως bisemutum .

Η εκχύλιση του βισμούθιου για χρήση σε χρωστικές άρχισε ήδη από τον 15ο αιώνα από τα αργυρικά ορυχεία στο Schönberg της Γερμανίας. Στα μέσα του 18ου αιώνα, η έρευνα του Johan Heinrich Pott και του Claude Geoffroy οδήγησε σε καλύτερη κατανόηση του βισμούθιου και των μοναδικών ιδιοτήτων του. Οι ιατροί ήταν, αυτή τη στιγμή, επίσης να γνωρίζουν τις ευεργετικές ιδιότητες του βισμούθιου στη θεραπεία γαστρικών καταστάσεων.

Οι πρώτες μεταλλουργικές χρήσεις του βισμούθιου ήταν σε κράματα κασσίτερου, όπου χρησιμοποιήθηκαν με μόλυβδο και κασσίτερο για να μειώσουν τις θερμοκρασίες τήξης και σε κράματα με αντιμόνιο για μεταξοτυπία.

Σημαντικό ερέθισμα για τη βιομηχανία βισμούθιου ήρθε στα μέσα της δεκαετίας του 1990 με την τροπολογία του νόμου για την ασφάλεια του πόσιμου νερού (1995), η οποία απαγόρευε την παρουσία μολύβδου σε φιάλες πόσιμου νερού στις ΗΠΑ. Για τα τελευταία 20 χρόνια, το κίνημα χωρίς μόλυβδο οδήγησε στην υιοθέτηση του βισμούθιου σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.

Παραγωγή

Το βισμούθιο εμφανίζεται συνήθως φυσιολογικά στο θειούχο ορυκτό βισμουθινίτη (Bi2S3) ή το οξείδιο του βισμούθιου (Bi2O3). Ωστόσο, η εξόρυξη τέτοιων μεταλλευμάτων αποκλειστικά για την περιεκτικότητά τους σε βισμούθιο είναι σπάνια οικονομικό και το βισμούθιο παράγεται κυρίως ως υποπροϊόν της τήξης μολύβδου. Στην Κίνα, μεγάλες ποσότητες βισμούθιου εξάγονται επίσης από μεταλλεύματα βολφραμίου, κασσίτερου και ψευδαργύρου.

Η εκχύλιση του μετάλλου βισμούθιου από το μόλυβδο συμβαίνει συνήθως μέσω μιας από τις δύο διεργασίες. τη διαδικασία Betterton-Kroll ή τη διαδικασία Betts.

Η διαδικασία Betterton-Kroll διαχωρίζει το βισμούθιο από το μόλυβδο μέσω της εισαγωγής ασβεστίου ή μαγνησίου σε τετηγμένο διάλυμα του μολύβδου και του βισμούθιου. Το προκύπτον βισμούθειο ασβέστιο ή μαγνήσιο, που είναι ελαφρύτερο από το τετηγμένο μόλυβδο, ανεβαίνει στην επιφάνεια ως σκωρία (στερεές ακαθαρσίες) και στη συνέχεια μπορεί να αφαιρεθεί. Η σκωρία κατεργάζεται στη συνέχεια με χλώριο σε θερμοκρασίες περίπου 380-500 ° C για την απομάκρυνση του μαγνησίου ή του ασβεστίου. Το βισμούθιο υψηλής καθαρότητας παράγεται μετά από επεξεργασία χρησιμοποιώντας υδροξείδιο του νατρίου.

Η διαδικασία Betts περιλαμβάνει την ηλεκτρολυτική εξευγενισμό του μολύβδου. Σε ένα καταλυτικό διάλυμα, καθαρές μεταλλικές πλάκες μολύβδου πάνω στην άνοδο, ενώ οι ακαθαρσίες, συμπεριλαμβανομένου του βισμούθιου, κατακάθονται στον πυθμένα του δοχείου. Το λασπώδες μίγμα μετάλλων μπορεί να λιώσει για να παράγει ένα μεταλλικό κράμα και μια πλούσια σε βισμούθιο σκωρία, η οποία στη συνέχεια ανάγεται με άνθρακα για να παράγει μέταλλο βισμούθιου.

Στην Κίνα, μικτά συμπυκνώματα βισμουθίου παράγονται με μεθόδους έκπλυσης, μαγνητικού διαχωρισμού και / ή διαφορικής επίπλευσης. Τα συμπυκνώματα στη συνέχεια τήκονται για να παραχθεί ακατέργαστο βισμούθιο για διύλιση.

Οι μεγαλύτερες χώρες παραγωγής βισμούθιου είναι η Κίνα, το Περού, το Μεξικό (ακατέργαστο και εκλεπτυσμένο) και το Βέλγιο (εξευγενισμένο). Το 2013, η Γεωλογική Έρευνα των ΗΠΑ εκτιμά ότι η παγκόσμια εξευγενισμένη παραγωγή βισμούθιου θα είναι περίπου 17.000 μετρικοί τόνοι. Από αυτό, η κινεζική παραγωγή αντιπροσώπευε περίπου το 90%. Με περισσότερα από 70 ορυχεία βισμούθιου, η Κίνα αντιπροσωπεύει επίσης τη συντριπτική πλειοψηφία των παγκόσμιων αποθεμάτων βισμουθίου.

Οι κύριοι παραγωγοί βισμουθίου περιλαμβάνουν τον Χουνάν Μη Οπωροκηπευτικό (China), τον Shizhuyuan Nonferrous (Κίνα), τον Penoles (Μεξικό), το Sidech (Βέλγιο) και τον MCP (Ηνωμένο Βασίλειο).

Εφαρμογές

Λόγω της ευθραυστότητας του βισμούθιου, οι καθαρές μορφές του μετάλλου δεν χρησιμοποιούνται στις μεταλλουργικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται, ωστόσο, ως κράμα πρόσθετου σε χαλκό, αλουμίνιο, σίδηρο και χάλυβα ως υποκατάστατο του μολύβδου και σκληρύνει και παράγει κράματα τα οποία είναι περισσότερο εύκαμπτα.

_Πηγές:

_{Στοιχειομετρία & Στοιχεία Multidict. Βισμούθιο.}

_{http://elements.vanderkrogt.net/element.php?sym=Bi}

_{Αμερικανική Γεωλογική Έρευνα. Βισμούθιο.}

_{http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/bismuth/}