專利名稱：微波水熱法制備金屬鉍粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，涉及一種微波水熱法制備金屬鉍粉體的方法。
背景技術(shù)：
鉍是一種“綠色”金屬，在地殼中的豐度和銀的相當(dāng)。自然界中有游離鉍，但以化合態(tài)為主，重要礦石有輝鉍礦(Bi2S3)和鉍華(Bi2O3 · H2O)等。金屬秘的用途廣泛，但很少單獨(dú)使用。目前主要以化合物形態(tài)用于醫(yī)藥和精細(xì)化工(占55%以上)，或以金屬形態(tài)配制合金(占40%-45%)。其應(yīng)用主要有十大類，分別為醫(yī)藥、化妝品、催化劑、工業(yè)顏料、助燃劑、電子技術(shù)、核子反應(yīng)、冶金添加劑、易熔和鉍基合金等。其中，在電子技術(shù)領(lǐng)域用于生產(chǎn)含鉍的電子陶瓷，如摻氧化鉍的氧化鋅壓敏電阻、含鉍的邊介層高頻陶瓷電容器、錳鉍永磁體、鈦酸鉍陶瓷和粉末、硅酸鉍晶體、含鉍易熔玻璃等 10多種材料均已開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。鉍與鉛、錫、鎘、銦等金屬組成的二元或多元低熔點(diǎn)合金廣泛用于電氣、蒸汽、消防、火災(zāi)報(bào)警裝置的保險(xiǎn)絲、熔斷器等熱敏元件以及飛機(jī)制造業(yè)。鉍與銻、錫、鉛等組成的印刷合金、精密鑄型合金、焊料等性能優(yōu)良。鉍-錫合金制造的冷沖壓模具成型塊，強(qiáng)度接近鋼模，應(yīng)用于汽車工業(yè)。鉍基合金一般指熔點(diǎn)在230°C以上的合金，主要用于焊料，凝固后有良好的緊固性能，焊縫嚴(yán)實(shí)無(wú)泡，代替含鉛和含銻焊料用于食品罐和飲料罐的焊接，在軍工上用以焊接穿甲彈頭和彈殼。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)根據(jù)鉍礦的不同組成，圍繞降低生產(chǎn)成本、解決環(huán)境污染、FeCl3再生和溶液中有價(jià)金屬的富集問(wèn)題，開(kāi)展了大量工作，開(kāi)發(fā)了多種濕法冶金工藝流程，主要有=FeCl3浸出-鐵粉置換法，F(xiàn)eCl3浸出-隔膜電極法，F(xiàn)eCl3-水解沉鉍法，氯氣選擇性浸出法，鹽酸-亞硝酸浸出法，新氯化水解法，礦漿電解法等。這些工藝流程大都已進(jìn)行擴(kuò)大試驗(yàn)或半工業(yè)、工業(yè)試驗(yàn)，其中礦漿電解法已用于工業(yè)生產(chǎn)。盡管金屬鉍浸出工藝研究比較深入和完善，但不論是常規(guī)攪拌浸出法還是礦漿電解法，都需要較高的溫度或電能，投資大，成本高，而且污染環(huán)境，目前，在常溫下從低品位鉍礦中浸出金屬鉍的研究仍是一片空白，主要原因是鉍礦品位低，組成復(fù)雜，條件難于選擇。另外，濕法冶金過(guò)程中產(chǎn)生大量廢渣和廢水，危害性極大，需綜合利用程度高的新工藝流程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微波水熱法制備金屬鉍粉體的方法，其反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時(shí)間短，工藝簡(jiǎn)單，環(huán)境友好，且合成的粉體純度較高，形貌較好。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種微波水熱法制備金屬鉍粉體的方法，包括以下步驟步驟I :將Bi (NO3) 3 · 5H20和Na2WO4 · 2H20按照Bi : W=2:1的摩爾比溶解到去離子水中配制成混合溶液；再將NaN3、N2H4 · H2O和NH4Cl按照I :3 :1的摩爾比加入到混合溶液中，控制NaN3中N與Bi的摩爾比為N:Bi= (O. 25 I) 1;步驟2 :室溫磁力攪拌使原料混合均勻，得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液；步驟3 :將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，在溫度為160°C _200°C下保溫30-90mins后停止反應(yīng)；步驟4 :待反應(yīng)溫度降至室溫后，將反應(yīng)釜取出，分離出沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，然后恒溫干燥，得到金屬鉍粉體。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟I中的混合溶液中，Bi (NO3) 3 ·5Η20濃度為O. Imol/L, Na2WO4 · 2Η20 濃度為 O. 05mol/L。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟I中N:Bi=0. 5 1 ;步驟3中，微波水熱反應(yīng)的溫度為160°C，保溫反應(yīng)時(shí)間為60mins。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟3中設(shè)置微波水熱反應(yīng)儀的微波功率為300 500w。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟4中恒溫干燥的溫度為80°C。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I、將配制好的前驅(qū)液放置到微波水熱反應(yīng)儀中反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間短(60mins左右)、溫度低(低于200°C)、反應(yīng)效率高、產(chǎn)品純度高；所以，本發(fā)明是一種工藝簡(jiǎn)單、高效率、低能耗、成本低廉的純相金屬鉍粉體制備方法；2、在制備純相金屬鉍粉體的過(guò)程中，以水為溶劑，無(wú)污染，避免了濕法冶金過(guò)程中 產(chǎn)生大量廢渣和廢水，是一種環(huán)境友好型的制備方法。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例3所制備的金屬鉍粉體的XRD圖(反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)時(shí)間為 60mins)圖2是本發(fā)明實(shí)施例4所制備的金屬鉍粉體的SEM圖(反應(yīng)溫度為180°C，反應(yīng)時(shí)間為 60mins)
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I步驟I :將Bi (NO3) 3 · 5H20和Na2WO4 · 2H20溶解到60ml去離子水中配制成混合溶液，其中 Bi (NO3) 3 · 5H20 濃度為 O. lmol/L, Na2WO4 · 2H20 濃度為 O. 05mol/L ;再將 NaN3、N2H4 · H2O和NH4Cl按照I :3 :1的摩爾比加入到混合溶液中，控制NaN3中N與Bi的摩爾比為 N:Bi=0. 25 1;步驟2 :室溫磁力攪拌30mins使原料混合均勻，得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液；步驟3 :將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀MDS-8中，設(shè)定微波功率300W，在溫度為160°C下保溫90mins后停止反應(yīng)；步驟4 :待反應(yīng)溫度降至室溫后，將反應(yīng)釜取出，分離出沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，在80°C下恒溫干燥，得到純相金屬鉍粉體。實(shí)施例2步驟I :將Bi (NO3)3 AH2C^PNa2WO4 ·2Η20溶解到60ml去離子水中配制成混合溶液，其中 Bi (NO3) 3 · 5H20 濃度為 O. lmol/L, Na2WO4 · 2H20 濃度為 0. 05mol/L ;再將 NaN3' N2H4 · H2O和NH4Cl按照I :3 :1的摩爾比加入到混合溶液中，控制NaN3中N與Bi的摩爾比為N:Bi=I I；步驟2 :室溫磁力攪拌30mins使原料混合均勻，得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液；步驟3 :將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀MDS-8中，設(shè)定微波功率300W，在溫度為200°C下保溫30mins后停止反應(yīng)；
步驟4 :待反應(yīng)溫度降至室溫后，將反應(yīng)釜取出，分離出沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，在80°C下恒溫干燥，得到純相金屬鉍粉體。實(shí)施例3步驟I :將Bi (NO3) 3 · 5H20和Na2WO4 · 2H20溶解到60ml去離子水中配制成混合溶液，其中 Bi (NO3) 3 · 5H20 濃度為 O. lmol/L, Na2WO4 · 2H20 濃度為 O. 05mol/L ;再將 NaN3、N2H4 · H2O和NH4Cl按照I :3 :1的摩爾比加入到混合溶液中，控制NaN3中N與Bi的摩爾比為 N:Bi=0. 5 1;步驟2 :室溫磁力攪拌30mins使原料混合均勻，得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液；步驟3 :將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀MDS-8中，設(shè)定微波功率300W，在溫度為180°C下保溫60mins后停止反應(yīng)；步驟4 :待反應(yīng)溫度降至室溫后，將反應(yīng)釜取出，分離出沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，在80°C下恒溫干燥，得到純相金屬鉍粉體。實(shí)施例4步驟I :將Bi (NO3) 3 · 5H20和Na2WO4 · 2H20溶解到60ml去離子水中配制成混合溶液，其中 Bi (NO3) 3 · 5H20 濃度為 O. lmol/L, Na2WO4 · 2H20 濃度為 O. 05mol/L ;再將 NaN3、N2H4 · H2O和NH4Cl按照I :3 :1的摩爾比加入到混合溶液中，控制NaN3中N與Bi的摩爾比為 N:Bi=0. 6 1;步驟2 :室溫磁力攪拌30mins使原料混合均勻，得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液；步驟3 :將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀MDS-8中，設(shè)定微波功率400W，在溫度為180°C下保溫60mins后停止反應(yīng)；步驟4 :待反應(yīng)溫度降至室溫后，將反應(yīng)釜取出，分離出沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，在80°C下恒溫干燥，得到純相金屬鉍粉體。實(shí)施例5步驟I :將Bi (NO3) 3 · 5H20和Na2WO4 · 2H20溶解到60ml去離子水中配制成混合溶液，其中 Bi (NO3) 3 · 5H20 濃度為 O. lmol/L, Na2WO4 · 2H20 濃度為 O. 05mol/L ;再將 NaN3、N2H4 · H2O和NH4Cl按照I :3 :1的摩爾比加入到混合溶液中，控制NaN3中N與Bi的摩爾比為 N:Bi=0. 75 1;步驟2 :室溫磁力攪拌30mins使原料混合均勻，得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液；步驟3 :將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀MDS-8中，設(shè)定微波功率500W，在溫度為180°C下保溫60mins后停止反應(yīng)；步驟4 :待反應(yīng)溫度降至室溫后，將反應(yīng)釜取出，分離出沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，在80°C下恒溫干燥，得到純相金屬鉍粉體。以XRD測(cè)定粉體的物相組成結(jié)構(gòu)，以SEM測(cè)定粉體的微觀形貌，其結(jié)果如圖I、圖2所示，從中可知，采用微波水熱法，在此條件下可以制備出形貌較好的且純度較高的金屬鉍粉體。
以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)閱讀本發(fā)明說(shuō)明書(shū)而對(duì)本發(fā)明技術(shù)法案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種微波水熱法制備金屬鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I :將Bi (NO3) 3 · 5H20和Na2WO4 · 2H20按照Bi : W=2:1的摩爾比溶解到去離子水中配制成混合溶液；再將NaN3、N2H4 · H2O和NH4Cl按照I :3 :1的摩爾比加入到混合溶液中，控制NaN3中N與Bi的摩爾比為N:Bi= (O. 25 I) 1; 步驟2 :室溫磁力攪拌使原料混合均勻，得微波水熱反應(yīng)的前驅(qū)液； 步驟3 :將步驟2所得的前驅(qū)液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，再將反應(yīng)釜放入微波水熱反應(yīng)儀中，在溫度為160°C _200°C下保溫30-90mins后停止反應(yīng)； 步驟4:待反應(yīng)溫度降至室溫后，將反應(yīng)釜取出，分離出沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，然后恒溫干燥，得到金屬鉍粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I中N:Bi=0.5 1 ;步驟3中，微波水熱反應(yīng)的溫度為160°C，保溫反應(yīng)時(shí)間為60mins。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟3中設(shè)置微波水熱反應(yīng)儀的微波功率為 300 500w。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟4中恒溫干燥的溫度為80°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I中的混合溶液中，Bi(NO3)3· 5H20濃度為 O. lmol/L, Na2WO4 · 2H20 濃度為 O. 05mol/L。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種微波水熱法制備金屬鉍粉體的方法，其以五水硝酸鉍、二水鎢酸鈉、迭氮鈉、水合肼和氯化銨為原料，將五水硝酸鉍和二水鎢酸鈉按照Bi:W=2:1的摩爾比溶于去離子水中，再將迭氮鈉、水合肼和氯化銨按照131的比例加入到混合溶液中，控制混合溶液中N與Bi的摩爾比為N:Bi=(0.25~1)1，攪拌均勻，得前驅(qū)液，采用微波水熱法在160℃-200℃下反應(yīng)，控制保溫時(shí)間為30-90mins，待反應(yīng)完成后，冷卻，取出反應(yīng)釜中的沉淀物，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌至中性后，恒溫干燥，得到金屬Bi粉體。本發(fā)明方法具有裝置簡(jiǎn)單、低溫、高效等特點(diǎn)，是一種工藝簡(jiǎn)單、高效率、低能耗、成本低廉并且是環(huán)境友好型的制備方法。
文檔編號(hào)C22B30/06GK102921959SQ20121044222
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者談國(guó)強(qiáng), 黃靖 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)