• 铋的用途及应用领域



• 简述

• 铋具有一系列的优良特性，如比重大、熔点低、凝固时体积冷胀热缩等，尤其是铋的无毒与不致癌性使铋具有很多特殊的用途。铋广泛应用于冶金、化工 、电子、宇航 、医药等领域。
• 从消费结构来看，各国铋的消费结构各有侧重，美国铋的消费主要用于冶金添加剂、低熔点合金、焊料、弹药筒以及医药化工行业等；日本和韩国的消费主要以电子行业为主；中国铋消费仍旧是以传统领域为主。2007年国内铋锭消费行业细分：氧化铋行业40%，医药行业28%，冶金添加剂18%，铋合金及焊料13%，其他1%。2008年国内对铋锭的消费行业：氧化铋行业占66%；制药行业占27%；合金行业占7%。

• 铋的主要产品及产业链

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• 国外铋产品大约有100多种，国内有50多种。目前主要的铋产品有精铋、高纯铋、铋合金、氧化铋、氯氧化铋、次硝酸铋、枸橼酸铋钾、次没食子酸铋、复方铝酸铋等。用量不大的品种有次碳酸铋、硫化铋、铋酸钠、硫酸铋、硝酸铋、硝酸铋、碘化铋钾、硝酸双氧铋、铝酸铋、酒石酸铋钾、乙基樟脑酸铋、碱式水杨酸铋、次柠檬酸铋、柠檬酸钾铋、钒酸铋、锗酸铋、硅酸铋、三氯化铋、三钾而枸橼酸铋、四苯基过氯酸铋等。
• 铋原料：含铋原料（包括废铋、铋渣、铋矿粉）、铋矿石、粗铋。
• 废铋和铋渣，含铋的原料和粗铋形态上不一样。废铋：铜烟尘，生铁冶炼高炉烟尘和炉底铅铋合金。铋渣，即钨、铜的冶炼废渣。
• 铋锭就是精铋，金属铋。
• 金属铋根据形态不同还有：铋珠，铋条，铋带，铋棒，铋型条。

• 易熔合金

• 用铋配制易熔合金是铋的主要用途之一，铋可与锑、镉、铟、镓、锡、钛等金属配制成易熔台金系列，一般合金熔点在200摄氏度以下。铋基易熔台金的主要用途可归纳如下：
• 1. 利用它的低熔点性质可制作在预定温度熔化的安垒装置、保险丝、保险润、易熔片等。也可制作低熔点焊料，如著名的伍德合金，用于透镜定位、玻璃密封、电子元件焊接等。
• 2. 利用它的熔点能准确控制的性质，在原子能反应堆中作载热体或冷却剂；用于热处理池对特殊金属材料作退火等热处理。
• 3. 含铋55%以上的合金凝固时体积有冷胀性，可用于矫正变形工件、印刷铸字。含铋48~55%的合金尺寸稳定，可用于制造低熔点台金模具，如著名的Bi～Sn模具合金用作金属薄板材(铝板、钢板)的冷冲压成型，合金模具硬度不低于钢模，可用于汽车车身外壳、油箱、水箱冷冲压工艺，具有成型快、更新快、合金可多次反复使用等优点。
• 4. 铋具有无毒和不致癌性，可在医疗领域中代替铅材舫放射线，如X光透视照相用的铅围裙、癌症放射疗法中使用的铅护板等。
• 5. 铋还有一些特殊性能，如在锡中加入0.2%的铋可防"锡疫"，能使汽车、拖拉机的镀锡联轴和水箱在寒冷气候中不开裂，罐头内镀锡层不变质。

• 冶金添加剂

• 在钢、铁、铝、青铜中添加少量铋可显著改善材料的加工性能，铋作添加剂的用量正在逐年增加，成为主要用途之一。
• 1. 在易切削钢中加入0.1-0.4％的铋，可改善钢的切削性能。当铋均匀分散在钢中时，微粒铋与切削工具接触后熔化，起润滑剂作用，并且使切屑断裂，避免过热，从而可提高切削转速。最近已大量在不锈钢中添加铋，以改善不锈钢的切削性能。这种应用将会迅速发展到其它钢种。
• 2. 在铝中添加0.2-0.6％的铋可改善铝的切削加工性能，其机理和钢类似。Al—Mg合金中添加0.2-0.4%的铋，合金在轧制时不再裂开，且增强了合金抗腐蚀抗外力的能力。
• 3. 在铜中加入铋，可用来制作耐磨合金和齿轮。
• 4. 在铸铁中加入0.002-0.005%的铋，可改善可锻铸铁的铸造性能，增加白口倾向和缩短退火时间，零件的延伸性能变优。在球墨铸铁中加入0.005%的铋可改善其抗震性和抗拉伸性。在钢铁中添加铋存在一定难度，因为在1500℃时铋已大量挥发，难以均匀地将铋渗到钢铁中去。目前国外用熔点1050℃的Bi- Mn合盘代替铋作添加剂，但铋的利用率仍仅有20%左右。

• 医药行业

• 铋的一些化合物是极好的胃药，用来治疗胃功能失调，如腹泻、结肠炎、消化性溃疡等。铋药剂具有收敛止泻、防腐作用，可吸附毒素、细菌、病毒，在肠粘膜创面形成一层薄的保护膜，使之不受食物刺激、铋药剂以无机盐次硝酸铋与 次碳酸铋为基、发展到很多有机铋化合物，如次设食子酸铋不溶于水而对发炎或易受刺激的刨面具有保护作用和轻度收敛与消毒作用；酒石酸铋钠、酒石酸铋钾是具有抗锥虫及螺旋体效力的水溶性药剂；次水扬酸馅具有油溶性，可制成油悬浊液的抗螺旋体药剂，用于治疗梅毒；胶体枸橡酸钾铋具有低毒性、疗效好的特点而获得日益广泛的使用。医药行业作为抗周期性较强的行业，对金属铋的需求一直呈现稳定增长的趋势。

• 化工领域

• 铋的化学品广泛用于半导体、超导体、阻燃剂、催化剂、颜料、化妆品、化学试剂、电镀、电池及其它方面。
• 半导体
• 含铋半导体材料广泛应用于电子工业中， 较为广泛的是Bi-Te-Se温差致冷元件。采用多级热电致冷可使温度降至200K以下，这在军事、宇航工业、科研实验中大有用武之地，可维持或降低固体电路激光源、红外线探洲器和电荷耦合器件的温度，应用于天文望远镜摄象机自动扫描天线阵系统、导航用激光、光波发射器、医疗激光仪器、温度观测器红外线跟踪导弹、高分辨率电荷耦合器件摄影机、步枪热瞄准器、黑体参照物等。容器致冷可用于小型压气式致冷系统、千燥器、美国国家航空、航天管理局生命科学环境舱、电子屏蔽室、晶片热学特性鉴定仪等。还可用于高速集成电路、参量放大器、离子雪崩光控二极管、光导摄像显像管等。BiSbTe3可作为温差电器元件用于太阳能电池；BiTe2用于制造低温温差电源；BiAgS2用于制造半导体器件；Bi2O3等组成为非化学计量氧化物的薄膜材料可作导电涂层。
• 人工硫化铋(Bi2S3)主要用作高温润滑剂和半导体原料，制造光电自动设备中的光电阻，增大可见光谱区域内光谱的灵敏度。
• 铋以Bi2O3的形式添加到陶瓷中可显著改善材料的性能。
• 在电子计算机和摄影技术上，铋用作表面涂层，以记录磁、声、光信号。硅酸铋单晶体做波克耳读出光学调制器，是光信息处理技术中使用的一种光学器件。上海陶瓷研究所生产的大型高级锗酸铵晶体，用于具有大型电子设备控制板的巨型正负电子对撞机上的电磁量热计的组件。铋在光学透镜上的应用引人注目，添加大量铋氧化物使透镜比重和折射系数增加。
• 颜料
• 钒酸铋是目前著名的无毒无机黄颜料的基础物质，这类颜料色彩鲜艳，耐候性好，可广泛用于涂料、塑料制品、油漆，代替镉黄、铬黄等毒性颜料。所以铋在颜料工业上的应用与开发是很有前途的。如从给玻璃上色到装饰用金属油漆；紫外线吸收涂料可作为宇航工具涂料，用于外层空间和战略目的。
• 化妆品
• 氯氧化铋又称珠光素，是一种具有珍珠光泽的颜料，它不但用于涂饰纸张和塑料，而且由于无毒最适宜配制口红、指甲油、眼影膏、发腊、美容香粉等化妆品。同时由于氯氧化铋象铋药剂一样具有收敛作用，能保持水分，所以在面脂、肤霜中配入高光泽性的BiOCI后，使皮肤保持鲜艳娇嫩，柔软光滑，焕发青春光泽。特别在干燥的沙漠地区，使用含铋的雀斑霜，可以防止因皮肤干燥和日照而产生雀斑。在氯氧化铋化妆品配方中加入紫外线吸收剂，可以保持其在日光照射下不变色。
• 超导材料
• 铋系超导材料：在法、日、美、中等国相继发现铋锶钙铜氧化物在液氮冷却下的高温超导性之后，铋系超导材料近年来一直是国际上研究的热点，铋锶钙铜超导线目前已经成为四大超导材料系列之一。高纯超细氧化铋应用于制造新型高性能陶瓷和半导体，还可用于颜料、涂料的制备和铋基氧化物超导体的研制和开发。
• 蓄电池
• 在铅酸蓄电池中加入0.015％～0.03％的铋，可以使蓄电池在充放电等性能上均有大的改善和提高。国外蓄电池发展先进的国家已将其作为发展方向加以重点实施和推广。
• 核工业材料
• 核反应堆离不开铋。铋吸收X射线的能力与铅大体相当，但是吸收热中子截面小而熔点较低，因此LMFR反应堆都选用液态高纯铋作为反应堆燃料U235和U233的载体和冷却剂。铋冷却剂还用于核潜艇，性能优于氯化钠。铋还可以作为防护装置用于核裂变装置。铅-铋冷却的核反应堆已装备在阿尔法级潜艇上。
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