本發(fā)明涉及一種提純金屬的方法，尤其涉及一種采用分步結(jié)晶法提純工藝去除粗鉍合金中雜質(zhì)鉛的方法。

背景技術(shù)：

鉍是一種硬而脆的無毒金屬，享有“綠色金屬”的美譽。金屬鉍有特殊的物理及化學(xué)性質(zhì)，如密度大、熔點低、熱導(dǎo)電性低、凝固時體積冷脹熱縮等，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、電子、冶金、化工、核工業(yè)等領(lǐng)域。此外金屬鉍與鉛的性質(zhì)很類似，在很多情況下可作為對人體有害的鉛的替代品。

粗鉍主要是其他金屬特別是鉛冶煉的副產(chǎn)品，因而其精煉過程通常伴隨有鉛雜質(zhì)。粗鉍精煉生產(chǎn)金屬鉍的主要方法有火法工藝和電解提純工藝。目前國內(nèi)鉛、鉍分離技術(shù)主要以氯化法和電解法為主。氯化法需要使用氯氣，容易產(chǎn)生環(huán)境污染，工作環(huán)境差，同時產(chǎn)生大量的氯化渣，金屬直收率低；電解法需要使用化學(xué)藥劑，電解廢水易污染環(huán)境，電解的能耗高。目前提出的新的分離方法也存在著諸多不足。例如，公開號為cn102634681a，名稱為“用于鉍火法精煉的除鉛劑及除鉛方法”的專利是以為磷的含氧酸為除鉛劑，加入到溫度400℃～800℃的煉鉍鍋的金屬熔融液體的表面，鼓風(fēng)攪動反應(yīng)30分鐘后撈出浮渣。該方案所用酸性除鉛劑容易造成設(shè)備腐蝕，同時產(chǎn)生浮渣量較多，金屬直收率低。再如公開號為cn104018009a，名稱為“鉍金屬的分離提純技術(shù)”的專利是在1500℃下抽真空使金屬液產(chǎn)生鉍蒸汽來提純鉍，該方案所需溫度高能耗大，同時需要保障蒸餾爐的真空度，對設(shè)備要求高。再比如公開號為cn101736163a，名稱為“除鉛的方法、金屬再生物和制品”的專利則使用金屬鹵化物和金屬鹵氧化物作為除鉛劑，該方案引入了新的雜質(zhì)，即除鉛劑中的其他金屬。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用分步結(jié)晶提純工藝去除粗鉍合金中雜質(zhì)鉛的方法，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效率的生產(chǎn)高純度的鉍，減少環(huán)境污染。

原料選用經(jīng)過除銅、砷、銻等雜質(zhì)后的鉛鉍合金，其中鉛含量為0.01%~44.5%。實現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)方案的步驟為：

1)將粗鉍物料加入坩堝，置于加熱爐中，加熱溫度為280℃~350℃，使物料完全熔融；

2)將坩堝通過鋼絲與調(diào)速裝置相連，設(shè)置提升速度在0.5mm/min~5mm/min，提升坩堝使物料自上而下逐步結(jié)晶；物料重復(fù)提升五次使精煉效果累積；

3)冷卻得到合金柱，將上面經(jīng)提純的金屬鉍與下面富集鉛的合金進(jìn)行分離；

4）將步驟3）中得到的不同鉛含量的產(chǎn)物分別重復(fù)上述步驟，坩堝頂部結(jié)晶的金屬鉍不斷得以提純，可達(dá)到4n純度的要求；雜質(zhì)鉛則不斷富集于底部合金，鉛含量可接近44.5%。

本發(fā)明的有益效果在于，可以有效地把金屬鉍中鉛的含量降低到100ppm以下，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。相對使用氯化法或電解法生產(chǎn)高純鉍，此工藝流程簡單，設(shè)備投入低，同時所需要的溫度相對較低，能耗少；不需要使用氯氣、電解液等化學(xué)試劑避免了對環(huán)境的污染，不產(chǎn)生廢水廢氣，廢渣極少。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例4中五次提升過程合金柱頂部的含鉛量變化圖。

圖2為本發(fā)明實施例4中五次提升過程合金柱底部的含鉛量變化圖。

具體實施方式

實施例1

稱取3.7kg含鉛為34.1%的粗鉍樣品裝入石墨坩堝中，置于加熱爐中在300℃下加熱60min，物料熔化后調(diào)節(jié)控速提升裝置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩堝使其離開加熱爐。待物料冷卻后得到一長165mm的合金柱，金屬柱頂部鉛含量降至26.2%，底部鉛含量為44.0%接近共晶點的鉛含量44.5%。

實施例2

稱取3.7kg含鉛為8.34%的粗鉍樣品裝入石墨坩堝中，置于加熱爐中在300℃下加熱60min，物料熔化后調(diào)節(jié)控速提升裝置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩堝使其離開加熱爐。待物料冷卻后得到一長165mm的合金柱。金屬柱頂部鉛含量降至3.29%，底部鉛含量為18.1%。

實施例3

稱取3.7kg含鉛為8.34%的粗鉍樣品裝入石墨坩堝中，置于加熱爐中在300℃下加熱60min，物料熔化后調(diào)節(jié)控速提升裝置以5mm/min的速度拉升石墨坩堝使其離開加熱爐。待物料冷卻后得到一長165mm的合金柱。金屬柱頂部鉛含量降至4.19%，底部鉛含量為16.2%。

實施例4

稱取3.7kg含鉛為8.34%的粗鉍樣品裝入石墨坩堝中，置于加熱爐中在300℃下加熱60min，物料熔化后調(diào)節(jié)控速提升裝置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩堝使其離開加熱爐；冷卻后取出合金柱在不同高度處取樣，而合金柱放回石墨坩堝置于加熱爐，物料熔化后再次提升，該過程重復(fù)五次。五次提升過程中，其頂部鉛含量的變化如圖1所示，底部鉛含量變化如圖2所示。其頂部鉛含量降至1.16%，底部鉛含量富集到36.6%。

實施例5

稱取3.7kg含鉛為8.34%的粗鉍樣品裝入石墨坩堝中，置于加熱爐中在300℃下加熱60min，物料熔化后調(diào)節(jié)控速提升裝置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩堝使其離開加熱爐；分離坩堝內(nèi)上面結(jié)晶的晶體與下面的熔體。其頂部晶體鉛含量降至3.92%，底部熔體鉛含量富集到18.2%。取上面的晶體（鉛含量4.32%）置于石墨坩堝中在300℃下加熱60min，物料熔化后調(diào)節(jié)控速提升裝置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩堝使其離開加熱爐，分離坩堝內(nèi)上面結(jié)晶的晶體與下面的熔體，其頂部晶體鉛含量進(jìn)一步降至2.12%。取下面的合金（鉛含量14.3%）同樣置于另一石墨坩堝中，在300℃下加熱60min，物料熔化后調(diào)節(jié)控速提升裝置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩堝使其離開加熱爐，分離坩堝內(nèi)上面結(jié)晶的晶體與下面的熔體，其頂部晶體鉛含量降至5.45%，底部晶體鉛含量進(jìn)一步富集至31.2%。

實施例6

稱取3.7kg含鉛為117ppm的鉍樣品裝入石墨坩堝中，置于加熱爐中在300℃下加熱60min，物料熔化后調(diào)節(jié)控速提升裝置以0.5mm/min的速度拉升石墨坩堝使其離開加熱爐，而后石墨坩堝放回加熱爐中，使物料熔化并再次提升，該過程重復(fù)五次。分離坩堝內(nèi)上面結(jié)晶的晶體與下面的熔體。最終合金柱頂部的晶體——金屬鉍，其鉛含量降低至35ppm，純度達(dá)到4n要求。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種去除粗鉍合金中雜質(zhì)鉛的方法，采用分步結(jié)晶法提純工藝進(jìn)行操作,包括以下步驟：將裝有含鉛量為0.01%~44.5%的粗鉍物料的坩堝置于加熱爐中，控制坩堝內(nèi)溫度在150℃~350℃，待物料熔融后將坩堝以0.5~5mm/min的速度提升，使物料自上而下逐步結(jié)晶。該過程為物理過程，區(qū)別于通氯氣除鉛的化學(xué)過程，不產(chǎn)生冶煉廢渣，金屬直收率高。通過多次物料分離和重復(fù)提升，本方法可獲得的產(chǎn)品分別為純度超過99.99%的精鉍和含鉛量接近44.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鉛鉍合金。精鉍的附加值高，鉛鉍合金有利于下一步精煉。

技術(shù)研發(fā)人員：丘克強;李穎文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.05
技術(shù)公布日：2017.07.14