高纯铋主要用于核子工业、宇航工业、电子工业等部门。由于铋具有半导体特征,其电阻在低温时随温度升高而下降。在温差致冷与温差发电方面,Bi2Te3和Bi2Se3合金及Bi-Sb-Te三元合金最引人注意。In-Bi合金和Pb-Bi合金是超导材料,铋的熔点低、密度大,蒸气压小,中子吸收截面小,可用于高温型原子反应堆。
将四九精铋提纯为五九高纯铋的方法较多,其中最有工业价值的是真空蒸馏与区域提纯。
一、真空蒸馏
精铋中还含有的微量杂质,可分为易挥发性杂质与难挥发性杂质两类。易挥发性杂质可用真空加热法除去,难挥发性杂质可用真空蒸馏法除去。
真空过滤在垂直石英管内进行,在真空度为0.1333帕下,温度1000℃时加热4小时,使熔融金属在真空下通过2毫米窄孔,以除去表面的氧化膜,真空过滤后,可除去精铋中的锑。
经真空过滤的铋装在石英管内,温度控制在950~1050℃,真空度保持0.1333帕,进行真空蒸馏,在上述条件下铋的蒸气压为106.7~399.97帕,铋的蒸发率达85%,蒸馏时间2~6小肘。通过真空蒸馏,蒸馏残渣中富集了镍、钼,银、铜、锰等杂质,馏出物即为五九商纯铋,可用于半导体工业。
由于铅与铋的饱和蒸气压较接近,所以甩蒸馏法不能满足除铅要求。但是氯化铅的自由焓较氯化铋的自由焓更负,即铅的氯化物比铋的氯化物更稳定,所以常先采用氯化法除铅,再用真空蒸馏除去银等难挥发杂质。
降低熔融铋中氯化物的含量可采用氨气冲洗法,或采用氯化物真空蒸馏,将真空度控制在0.6666帕,温度650℃,此时BiCl3与PbCl2优先蒸发,而与金属铋分离。
二、区域提纯
熔融铋在冷却结晶时,由于杂质较铋先冷凝,在容器的边缘析出,因而铋锭中心的杂质,比铋锭边缘的杂质少。区域提纯就是根据这个原理,对铋棒进行区域加温熔化,通过熔区缓慢移动,多次返复运动,使杂质富集在铋棒头尾两端,而达到提纯的目的。
为了事先除去铋中氧化物,使铋在真空度约3.333帕下滴熔入耐温玻璃管或石墨舟中,滴熔后,在真空下封闭玻璃管,放入一玻璃套管中。
区熔精炼炉一般拉制石墨舟不动,而采用自动往复运动的感应加热装置,因为高频感应加热具有自然的搅动作用。
区熔提纯时,熔区长与棒长之比为1∶24,石墨舟平置后之倾角为l~3°。熔区移动速度与行程次数之确定与铋原料质量,舟截面积等因素有关,加热温度控制在600℃左右。