在粗铅的火法精炼中,铋是最难除去的杂质,国外一些厂常采用加钙、镁方法除铋。由于钙、镁与铋生成难熔的金属间化合物,形成浮渣而与铅分离。
图1是Ca-Bi系状态图。钙与铋构成两个化合物:Ca3Bi2和CaBi3。其中Ca3Bi2含铋77.66%(重量),熔点不低于1200℃:而CaBi3在507℃分解为Ca7Bi4。
图1 Ca-Bi系状态图
从图1可见存在两个共晶:Ca3Bi2与铋构成的共晶熔点270℃,组成接近纯铋,而Ca3Bi2与钙构成的共晶熔点786℃,含铋12%(原子)或含铋41.5%(重量)。由于Ca-Bi构成难熔的金属间化合物Ca3Bi2,所以用于粗铅脱铋。
图2描绘了Bi-Mg系状态图。
图2 Bi-Mg系状态图
从图2可见,铋和镁构成化合物Bi2Mg3,熔点823℃。Bi2Mg8与Bi组成的共晶点温度为551℃,含Bi14.3%(原子),而Bi2Mg8与Mg组成的共晶点温度260℃,含Bi95.7%(原子)。И.И.柯尔里洛夫指出,铋与镁构成有限固熔体,在铋中镁的溶解度在300℃时约15.0%(原子),500℃时约30.0%(原子);在镁中铋的溶解度在400℃时为0.18原子%,在551℃时为1.12%(原子)。
下面介绍几个实例:
(一)比利时巴伦电锌厂火法精炼粗铅中,采用加钙、镁除铋的方法产出高铋浮渣,作为提铋原料,其工艺流程如图3。
图3 巴伦电锌厂回收铋工艺流程
此流程主要包括熔化、Pb-Bi电解与氯化精炼三道工序:熔化中包括碱性除钙、镁、电解的目的是实现铅、铋分离,氯化精炼是除去残铅。由于在铅的火法精炼中,脱铋前,已经除铜、砷、锑、银、锌等杂质,所以,浮渣分离钙、镁、铅后,就可以产出精铋。
(二)西德北德铅精炼厂产出之粗铅,首先通过真空脱锌,脱锌后铅含铋0.05%~3.5%,对含铋高于3.5%的脱锌铅,直接铸成阳极电解,分离铋与铅,而对含铋低于3.5%之脱锌铅,采用加钙,镁除铋方法,将高铋渣熔化后碱性精炼,产出之Pb-Bi阳极含铋4%~8%,铜0.005%~0.01%,银50克/吨,用电解法分离,电解液中Pb70克/升,Cu<0.002克/升,Bi<0.002克/升,产出阳极泥中B188%~90%,Pb2%~4%,Cu0.06%,作为提炼精铋的原料,其工艺流程如图4。
图4 北德铅精炼厂回收铋工艺流程
此流程的特点是含铋高(Bi>3.5%)的脱锌铅采用电解精炼,而含铋低(Bi<3.5%)的脱锌铅采用火法精炼,从Pb-Bi电解所产出的阳极泥中精炼回收铋。
(三)加拿大伯列顿冶炼厂将初步火法精炼后之粗铅,加钙,镁除铋,产出之浮渣含铋2%~4%,经碱性富集后,产出之Pb-Bi合金含铋8%~10%,直接采用通氯气富集铋,富集至Pb-Bi合金含铋高于65%时,加锌除银,氯化脱锌、铅,然后进行碱性精炼,产出一号精铋。其工艺流程如图5所示。
图5 伯列顿厂回收铋工艺流程图
此流程的特点是分两次氯化脱铅,第一次氯化起富集铋(Bi>65%)的作用;第二次氯化起除残铅的作用。