VIZMUT (Bismuthum)    83BiIII, IV

 

VLASTNOSTI VIZMUTU A JEHO POUŽITÍ

 

            Vizmut - Bi - má atomovou hmotnost 209,00 a měrnou hmotnost 9,8 g/cm3. Krystaluje ve velmi hrubých krystalech a při tuhnutí zvětšuje objem. Teplotu tavení má 271°C a teplotu varu 1420 °C. Na vzduchu je velmi stálý. Sirník vizmutitý Bi2S3 začíná sublimovat při teplotě 120°C a taví se při 718°C. Ve styku s kysličníkem vizmutitým reaguje za vzniku kovového vizmutu. Kysličník vizmutitý Bi2O3 vzniká okysličováním vizmutu nebo sirníku vizmutitého i při rozpadu některých solí. Snadno se redukuje kysličníkem uhelnatým již při 200°C. Dobře se rozpouští v koncentrovaných kyselinách, ve zředěných kyselinách hydrolýzuje za vzniku nerozpustných solí.

            Slitiny asi s 50 % vizmutu a s různými obsahy olova, cínu a kadmia tvoří skupinu nízkotavitelných slitin. Nejznámější z nich, Woodův kov, obsahující 50 % Bi, 25 % Pb, 12,5 % Sn, 12,5 % Cd má teplotu tavení 60,5 °C. Tyto slitiny mají rozmanité použití, např. jako pojistky v elektrotechnice, zátky automatických hasicích přístrojů, indikátory teplot apod. Nejnověji se vizmut uplatňuje při stavbě atomových reaktorů, kde se slitiny vizmutu s olovem používá ke chlazení.

 

SUROVINY K VÝROBĚ VIZMUTU

 

            Čisté vizmutové rudy se vyskytují v přírodě zřídka. Výjimku tvoří bohaté naleziště v Peru a Bolívii s obsahem až 25 % Bi v rudě. Nejhojnějším minerálem je sirník vizmutitý Bi2S3, méně se v přírodě vyskytují kysličník a uhličitan vizmutitý. vizmut se v přírodě nalézá i jako kov čistoty až 99,9 %.

            Většinou je však vizmut obsažen v rudách jiných neželezných kovů, hlavně olova, mědi, niklu, kobaltu a cínu. Některé meziprodukty vznikající při výrobě těchto kovů jsou výchozí surovinou při výrobě vizmutu.

 

LÁROVÝ ZPŮSOB VÝROBY VIZMUTU

 

            Žárově se vyrábí vizmut ze sirníkových i kysličníkových rud dvěma způsoby, a to redukčním tavením nebo srážením. Z rud obsahujících vizmut jako kov lze vizmut získat vycezováním.

 

Redukční tavení

 

            Sirníkové rudy se nejdříve praží, aby se část sirníku převedla na kysličník. Kysličníkové rudy se zpracovávají přímo. Pražit se musí sirníkové rudy velmi opatrně a při nízké teplotě, protože sirník vizmutitý snadno těká. Praží se zpravidla v přehrnovacích pecích.

            Tento způsob výroby je vhodný hlavně pro čisté rudy, které obsahují málo arzénu a antimonu. Taví se v plamenné peci s vyměnitelnou nístějí nebo v kelímcích.

            Vsázka se skládá z pražence, kalcinované sody, vratné strusky a mletého uhlí (uhlí se přidává 5 až 6 % váhy pražence). Při zpracování čistě kysličníkových rud se jako struskotvorná přísada přidávají vedle sody kazivec a vápenec. Strusky mají být slabě kyselé a při teplotě 1000 °C dobře kapalné. Vsázka se před dávkováním vlhčí, aby se zmenšil úlet. Při tavení se udržuje až do doby před odpichem redukční plamen.

            Produkty tavení, surový vizmut, kamínek a struska, se vypouštějí do kelímku, kde se rozdělí podle svých měrných hmotností. Kamínek obsahuje až 8 % Bi a po rozemletí a pražení se znovu taví.

 

Výroba surového vizmutu srážením

 

            Tímto způsobem se zpracovávaly velmi bohaté sirníkové rudy, které nelze pražit. Metoda je založena na rozdílné afinitě vizmutu a železa k síře. K rudě se přidávají železné piliny nebo třísky. Při tavení nastává reakce mezi sirníkem vizmutitým a železem podle rovnice:

 

Bi2S3 + 3 Fe = 2 Bi + 3 FeS

 

Přidávají se stejné struskotvorné přísady jako při redukčním tavení. Při srážení vzniká větší množství kamínku než při redukčním tavení.

 

VÝROBA VIZMUTU MOKRÝM ZPŮSOBEM

 

            Mokrým způsobem se získává vizmut většinou z různých meziproduktů výroby neželezných kovů. Zpravidla se k loužení používá kyseliny solné. Z výluhů se pak vizmut sráží cementací železnými třískami. Cementační sráž se po promytí redukčně taví za přídavku sody, křemene a uhlí. Získaný surový vizmut se pak dále rafinuje.

 

ZPRACOVÁNÍ MEZIPRODUKTŮ

 

            Vizmut doprovází nejčastěji olověné a měděné rudy, bývá však obsažen i v rudách cínových, niklových a kobaltových. Protože výroba olova a mědi je proti jiným těžkým neželezným kovům poměrně rozsáhlá, jsou některé meziprodukty z jejich výroby největším surovinovým zdrojem k výrobě vizmutu.

            Při výrobě olova přechází největší část vizmutu do surového olova. Při žárové rafinaci se vizmut z olova získává po odstranění všech ostatních doprovodných kovů. Rafinuje se pomocí slitiny olovo-vápník za přídavku hořčíku. Bohaté stěry se přetavují a odlévají se z nich anody, které se elektrolýzují ve fluorokřemičitanovém elektrolytu. Na katodě se usazuje olovo a vizmut přechází do kalu. Protože se odvizmutovává pouze olovo bez jakýchkoli příměsí, jsou kaly z elektrolýzy velmi čisté a bohaté na vizmut. Redukčním přetavením se z nich získá vizmut dobré jakosti.

            Obsahuje-li olovo více než 1,0 % Bi, rafinuje se elektrolyticky, při čemž zůstává vizmut v kalech. Kaly z elektrolýzy se taví v plamenné peci v oxidačním prostředí. vizmut, který přejde do klejtu, se získá redukčním tavením. Při výrobě mědi lze oddělit vizmut až při elektrolytické rafinaci, kdy přechází do kalů.

 

RAFINACE VIZMUTU

 

            Většinou je postačující žárová rafinace a jen výjimečně se rafinuje elektrolyticky. Surový vizmut obsahuje zpravidla Pb, Cu, Fe, As, Sb, Te, S, Au a Ag. Žárová rafinace je podobná rafinaci olova, důkladnější je ovšem rafinace pomocí sodných solí.

            Vycezováním na šikmé nístěji za nízkých teplot se oddělí vizmut a v neroztavených zbytcích zůstane měď, popř. různé sirníky. Další rafinace probíhá pak v kotlích. Nejdříve se přidává síra se sodou nebo sirník vizmutitý. Do stírek přejde všechna měď a částečně i jiné kovy podle rovnice:

 

Bi2S3 + Cu = 2 Bi + 3 CuS

 

Dále se odstraňuje hlavní část olova chlorací přidáváním oxychloridu vizmutitého pod vrstvou strusky, která se skládá ze směsi NaCl aKCI:

 

2 BiOCl + 3 Pb = 2 Bi + PbCl2 + 2 PbO

 

            V poslední fázi se odstraní pomocí dusičnanu sodného a louhu sodného zbytek olova, arzénu, antimonu, zinku a cínu. Konec rafinace se posuzuje podle velikosti krystalů ztuhlého vzorku. Čistý vizmut krystaluje hrubě. Žárovou rafinací se vyrobí vizmut o čistotě 99,0 %.

            Elektrolytické rafinace se používá jen výjimečně. Je vhodná k oddělení vizmutu od olova a drahých kovů, ovšem arzén, antimon a měď se musí odstranit žárově. Jako elektrolytu se používá kyseliny solné. Elektrolyt obsahuje 100 až 150 g HCI a 80 až 100 g Bi na 1 dm3. Pracuje se s hustotou proudu 1 at 1,5 A/dm2. Vyrobený vizmut má čistotu 99,99 % Bi.