电子工业用氧化铋生产工艺的开发与实践.pdf

2 0 0 1 年 8月 第 3 o 卷第4 期(息第 1 6 9 期)云 南 冶 金 YU NA N MET 址UR C r A-2 0 0l V o【3 0 No 4(S u m l 69 电子工业用氧化铋生产工艺的开发与实践 戴云，刘 愚，张定宇(昆明冶金研究院，云南、昆明6 5 0 0 3 1)摘要：介绍了 精铋为原料生产电子级氧化铋的工艺流程、控制条件及产品质量、拟定的工艺由精铋熔融 水淬一硝酸铋水解一硝酸氧铋转型一干燥一煅烧等工序组成水解工序保fl i t产品的化学质量，转型工序使产品 为松装 比重低的软团聚粉体 关键词：电 级氧化铋；转。鬯；质量 中图分类号：哪!7文献标识码：A文章编号：1 0 0 6 0 3 0 8(2 0 0 1)0 4 0 1 2 2一 De v e l o p me nt a n d Pr o d u c t i o n Pr a c ti c e f o r Man u f a c t u r i n g El e c t r o n i cg r a d e Bi s mu t h Ox i d e Da i Yu n，LIE Yu，Z HANG Di n gy u (K u n m i n g Me t a l l u r g y R e z e h a n d I n s t i t u t e，K L m m i n g，Y u n n m a 6 5 0 0 3 1，C h i n a)d R k S I RAC T：T h e p r o d u c t im l fl h e e t c o n b o l i t a#p a r a m e t e r a n d p r o d u c t q u a lS t y o f e l e c tr o n ic g【B d b i m t h w d d e p r o d u c e d h n m r e m e d b i s m u t h a t e i n t r o d u c e d n 1 t h n o t c C 4 c a l p s c o n s is t s o f嘲 k卜q u e n c hi n g mo l t tn l b ls m,t t h一 d r a l y s is of b i s mu th t l i tr a t e一 g 岬 n 帆 of B i ON O 一 a r y i gc a l c i n a fi T h e h y d r o ly s iso d u g u a r a n t e e s c h e mi c a l q u a l i t yof p r o d u c t w h il e c mff i gur a fi t n a k 1 h p r o d u c lt o b e s o f t l o o s e a 咧e w i th l o w d e n s it y KE Y W ORDS：e l e c m fi c g r a d e b is m u th o：d d e；m 一 目 l m；q u er y 1 前言 氧化铋(B i2 0 3)粉体作为一种电子功能粉体 掺杂材料，广泛用于敏感元器件、介电陶瓷等电子 元器件的生产中，具有质量要求高、量少面广的特 点。除了对其化学成分有很高要求外，对其物理性 能诸如颗粒的晶体结构、形貌、粒径、粒径分布、比表面积以及团聚状态等也有着特殊的要求。我院成功开发了氧化铋粉体制备新工艺。该工 艺由精铋熔融水淬一硝酸铋水解一硝酸氧铋转型一 干燥煅烧等工序组成，水解工序保证了产品的化 学质量，转型工序使产品为松装比重低的软团聚粉 体。按拟定的工艺生产 出的产品，各项性能指标均 达到或超过电子行业对电子级氧化铋 的技术要求(S J T 1 0 6 7 8)，其 B i2 主含量大于9 9 6、松装密 度 0 4 0 6 g c rn 、晶体形态 a 型单斜晶系、颗粒 形貌为球形、平均粒度 0 7 7 tu r n，经电子元器件厂 家使用获得好评。2 原料 收藕 日期：2 0 0 1 0 4 2 6 作者简介：戴云 t 1 9 7 5)男，云南曲靖市、助理工程帅(1)精铋 电解精铋，块状，化学成分见表 1。(2)硝酸 市售工业硝酸，比重 1 2 7，主含量 4 3 5 其杂质成分见表 2。维普资讯 http:/ 戴云等电子1 二 业用氧化铋生产工艺的开发与实践 表 2 硝 酸杂质化学分析结果 l a b 2 C 3 a e fic al mml y s i s o fi mp u rit i e si n n i a i c a c i d (3)碳酸氢铵 市售工业 一级 品(含 N 1 7 J 0 0 3 5 )。(4)其它原料 液氨(工业级瓶装液氨)、工业 片碱、去离子 水、活性添加剂等 3 工艺流程 拟定的工艺流程示见图 l 4 结果及分析 4 1 硝酸铋溶液的制备 4 1 1 水淬 为加快精铋在硝酸中的溶解速度，采用精铋熔 融水淬的方法产出片状铋花以增大其比表面：将精 铋置于电加热不锈钢锅内，待其熔化后将其液缓慢 注入盛有纯水的容器内，使之急冷水淬成铋花。4 1 2硝 酸 溶 铋 将铋花计量 加入衬钛 的酸溶 釜内，加入适量纯 水，再缓慢注人硝酸，使铋按下式溶解成硝酸铋溶液。B i+4 H N O 3=B i(N O 3)3+N 0十+2 H z O 精铋 硝酸 B_ O，产品 图 1 氧化镪生产 工艺流程图 F i g 1 T e o|wo l o g i c a l fl o w s h e e t f o r b i n u fl l o x i d e p L,d u c t i o n 溶解过程中排 出氯氧化物气体 用 7 8 的 N a O H溶液吸收 一次典型的酸溶工序结果示于 表 3。表 3 硝酸溶铋工序 的工艺控制条件及结果 T a b 3 C o n t r o l l e d t h t fi c a l c o,Mi t i o m a r jd o p e r a ti n g r e s u l t s i n b i s m u t h d j s s 0 p r o e e d u r e 2 3 维普资讯 http:/ 2 0 0 1 年 8月 第 3 0卷第 4期(包第 1 6 9期 云 南 冶 垒 Y M A M AU L lH GY Au _x I V o I 3 0 No 4(S u m l 6 9 由表 3 知，由于系直接使用工业硝酸溶铋，所 获硝酸铋溶液杂质含量较高，为确保最终产品的化 学纯度，溶液须进一步进行净化处理 4 2 水解 利用硝 酸铋 易于水解 的化 学特性，用稀氨 水 调节 p H值使硝酸铋溶液水解为硝酸氧铋沉出，从而与留存于溶液中的杂质相分离达到净化的目 的。B i(N O 3)3+O=B i O N O 3 +2 H No 3 水解工序的控制条件为，硝酸铋溶液 l l O L；稀氨水 2 7 0 L；添加剂 6 L；温度 4 6；p H值 1 5：时间 2 h 水解结果见表 4。表 4 水解净化工艺控制条 件与 结果 T a b 4 t t o L L e d t e c h n i c a l c o Mi t i o m a n d o p e r a t i n g r e a t lt s i n h y l y p t tr i fi e a t io n 结果表明控制一定的 p H值进行水解作业 能显著除去硝酸铋溶液中的杂质，获得高纯度的硝 酸氧铋，铋沉淀率大于 9 9。4 3 转型 硝酸氧铋直接煅烧制取氧化铋，虽然工艺流程 简单，但所获产物会彼此聚结形成硬团聚 影响产 品的物理性能，而且煅烧时排出的氮氧化物气 体，既腐蚀设备又污染环境。为此我们通过试验 选择了转型剂 T使之在适宜条件下与硝酸氧铋发 生 固一液反应转型为碳酸氧铋，经过滤、干燥、煅 烧制得 的氧化铋呈软团聚，保持着 良好的分散状 态。生产条件与结果见表 5。表 5 转化工艺控 制条件及结果 T a b 5 C o n e r o L l e d t e c h n i c a l c oa d i t i o n s a n d o p e r a t i tt g r e s u l t s i n r e,：o fi g u r a d o n 4 4 煅烧 经过对碳酸氧铋(B i O)2 C O s 进行差热分析，可 以看出(B i O)2 C o 3 的分解反应激烈进行的温度区间 为 3 5 3 2 2 4 2 1 9 1，在4 3 4 2 5 进行相转变。在差热分析结果预示的温度条件下，进行了煅 烧条件试验，确定 了适宜的煅烧条件：煅烧温度 5 0 5 5 2 5，煅烧时间3 h。在此条件下所获最终产 品氧化铋的化学成分结果示表6。表 6 氧化铋化学分析结果 T a b 6 C h e mi c a l a m l y s i s o f b i s mu th o x i d e 2 4 维普资讯 http:/ 群 司 戴云等电子工业用氧化铋生产工艺的矸发与寅践 且对其各项物理性能进行检测 由分析检测结 果可 知，产 品氧化铋 主含量 达 9 9 8 以上，各 杂 质含量小 于 0 0 0 3，平均粒度 0 7 7,u m，颗粒形 貌为球形，其相态为 n 一 O (单斜体)。表 7列示 出了本工艺氧化铋产品的理化性能检 测指标，以及电子工业用氧化铋粉体的行业技术标 准($3,F 1 0 6 7 8)可 见本产品全面达到或超过 了电 子工业用氧化铋的行业标准，产品交付电子元器件 厂家使用获得好评 表 7 氧化铋产品质量 1 7 Q u a l i g；o f p I b i s m u th o x i d e 5 结论 0 4 0 6 c ，晶体形态为 a 型单斜晶系，颗粒 形貌为球形，平均粒度 0 7 7 所拟以精铋为原料生产电子功能粉体掺杂材料 氧化铋的工艺流程，新颖、简单、便于组织工业化 参考文献：生产，硝酸铋水解保证了产品的化学质量，硝酸氧 陈 寿 椿 等 重 要无 机 化学 匣 J M、卜 海 匕 海科 学技术 出 铋转型则使产品具有优异的物理 能，从而使产品 般 祉 l 9 8 2 的各项性能指标达到或超过电子工业用氧化铋的行 乜 站晶 过 程 影。研。育。进 南 业标准，其 B i 2 0 主含量大于 9 9 6，松装密度(上接第 l 9页)2)当选矿回收率为 7 5 1 9 时：(9 0 O t 0 7 5 1 9 x 0 9 3)2 9 1 0 0元 t=1 8 3 1 3 8 0 2 万元 回收率提高后，每年可增加收入 3 1 7 1 2 万元，增 产精锡 1 0 9 t。再则年节约水、电消耗 4 5 万元，节约 药剂费 l 0 万元共计年增收经济效益 3 3 1 6 2 万元，经济上使该厂有较大的转机，发挥了 该选厂的作用 原矿 的选择。2)各项经济技术指标有明显提高，回收率提 高幅度较大，处理量达到和超过 了设计水平，经济 效益创历史最好水平 3)技术改造、强化管理的方案符合该选厂的 生产实际，基本可以指导该选厂的生产。4)由于时间紧，矿泥部分 的工作 未进行，有 待今后研究。5 结语 参考文献：1)技改后简化和打通 了流程，克服 了流程对 1 胡大房等 攀钢密 地选矿厂合理 后进工艺流 程的探讨 J _ 若 南情金 2 I I 0，(2)：7 1 3 (上接第 2 l页)钢种条件下，铁水 s i 对石灰消耗量()的影 响大 于 P；(4)如要进一步扩大钢的品种，降低原材料的 消耗，昆钢目前铁水情况很难满足要求 最经济、最有效的技改措施就是：高炉实行低硅铁冶炼技 术，尽量降低铁 水含 s i 量；必 须进行铁水预处 理，即进行铁水预脱 S i、P、及 s。参考文献：1 宗联枝译炼钢过程的数学描述与计算 M 北京：情盘工 业出版杜1 9 8 4 维普资讯 http:/