氯化鉍水解法制備珠光氯氧鉍的研究

謝大鵬,伏彩萍

(湖南柿竹園有色金屬有限責任公司,湖南郴州 423037)

·冶 金·

氯化鉍水解法制備珠光氯氧鉍的研究

謝大鵬,伏彩萍

(湖南柿竹園有色金屬有限責任公司,湖南郴州 423037)

對氯化鉍水解法制備珠光氯氧鉍進行了研究,通過控制氯化鉍和酸化稀釋水的比例、加入方式、反應溫度、攪拌速度等因素,制得了分散均勻的片狀珠光氯氧鉍,質量達到了化妝品級標準。

氯化鉍;水解;珠光氯氧鉍

氯氧鉍是很重要的鉍化合物之一,由于其獨特的晶體形狀和安全無毒的特性,因而被廣泛應用于珠光顏料和高檔化妝品中。

人們對珠光氯氧鉍的制備研究也只是近幾十年才有的事情,我國起步更晚,上世紀90年代才開始。目前的制備方法主要有硝酸鉍轉化水解法和三氧化二鉍氯化法二種,前者制備方法條件苛刻,稍有不慎氯氧鉍中可能混入雜質硝酸氧鉍(BiONO3)而影響產品的純度和性能,同時采用鹽類氯化劑,引入了金屬陽離子而增加了氯氧鉍的漂洗工序,從而難于實現(xiàn)工業(yè)化。后者制備方法易控制,產品純度也高,但生產流程長,先要制備合格的三氧化二鉍,三氧化二鉍的質量是氯氧鉍質量因素的重要參數(shù),并且加工成本高,也不可取。作者利用高純金屬鉍與高純鹽酸加合適的氧化劑反應,可一步獲得濃度可調的高純氯化鉍溶液。

本文講述的是用氯化鉍溶液直接水解法一步得到珠光氯氧鉍,并對制備過程中各條件因素進行了系統(tǒng)研究。

1 反應原理

氯化鉍水解法制備珠光氯氧鉍的原理如下:

2 工藝試驗過程及其條件因素的研究[1,2]

2.1 工藝試驗過程

1.配制合適濃度的氯化鉍溶液。

2.配制酸化的純化水。

3.配制稀氨水。

4.將配制的氯化鉍溶液和配制的酸化純化水按照一定的比例在一定攪拌轉速和溫度下混合,最終以配制的稀氨水調整pH值。

2.2 試驗過程各條件因素的研究

2.2.1 合成方式的影響

為了確定合成方式,酸化的純化水加入氯化鉍溶液中或氯化鉍溶液加入酸化的純化水中,設定氯化鉍溶液100～300 mL,酸化的純化水1 000～1 500 mL,設置好攪拌轉速和溫度。試驗結果:酸化的純化水加入氯化鉍溶液中得不到珠光氯氧鉍,而氯化鉍溶液加入酸化的純化水中得到片狀有光澤的氯氧鉍晶體。

原因分析:酸化的純化水加入氯化鉍溶液中,鉍離子濃度高水解產生大量的氯氧鉍晶核,而晶核的長大過程緩慢,隨著酸化的純化水的加入,已有的晶核未長大,又產生大量新的晶核,瞬間產生的晶核沒有幾何形狀為無定形,只有晶核長大后具有了幾何形狀才能形成對光線的反射和折射,晶體才有光澤。結果酸化的純化水加入氯化鉍溶液中合成的氯氧鉍無珠光。相反氯化鉍溶液加入酸化的純化水中,氯化鉍溶液處于少量,產生的的氯氧鉍晶核不多,隨著氯化鉍溶液的加入已有晶核慢慢長大消耗部分鉍離子,剩余的鉍離子又產生為數(shù)不多的新晶核,如此反復,結果氯化鉍溶液加入酸化的純化水中合成的氯氧鉍有幾何形狀為片狀有珠光。

2.2.2 合成至終點時延長攪拌時間對晶體的影響

為了確定氯氧鉍合成至終點時延長攪拌時間對晶體的影響,設定氯化鉍溶液100～300 mL,酸化的純化水1 000～1 500 mL,設置好攪拌轉速和溫度,合成方式氯化鉍溶液加入酸化的純化水中,試驗結果列于表1。

表1 氯氧鉍合成至終點時延長攪拌時間對晶體的影響

原因分析:合成至終點時反應體系中,既有新產生的晶核又有隨時間不等長大的晶體,晶體大小不一。在體系中由于沒有新反應物的加入,體系中的溶解與沉淀處于動態(tài)平衡,隨著攪拌時間的延長,表面積大的不規(guī)則的晶體和晶核溶解,表面積較小的晶體又因為有溶解了的氯氧鉍新沉淀而繼續(xù)長大,表面積較大的晶體繼續(xù)溶解,如此反復一段時間后,體系中的晶體趨向于表面積基本一致整齊的晶體。

2.2.3 稀氨水的作用和影響

氯化鉍水解合成氯氧鉍的反應為:BiCl3+H2O =BiOCl↓+2HCl是一個典型的可逆反應,反應過程產生酸,酸可溶解氯氧鉍,隨著反應的進行,最終處于動態(tài)平衡。加入稀氨水中和反應過程產生的酸,實際就是提高反應體系的pH值,利于鉍離子的水解,使反應向右徹底進行,提高了氯化鉍的轉化率(趨近100%)。稀氨水的加入是在反應后期,反應體系中鉍離子濃度不高,不會產生大量氯氧鉍晶核,又因為反應到終點時延長了攪拌時間,對晶體形狀進行了調整,所以稀氨水的加入不會對晶體形狀產生不利的影響,相反對提高容器單位產率有利。

2.2.4 反應過程中其它條件因素的影響

反應過程中其它條件因素的影響有反應溫度的影響、攪拌的影響、氯化鉍滴加速度的影響等。王云燕等[3]已在《硝酸鉍轉化法水解制備片狀氯氧鉍粉末的研究》中已有詳細的敘述,在此再作一些簡單說明:

1.反應溫度:熱溶液中沉淀物的溶解度比較大,以致過飽和度相對降低,可以減少晶核的形成。

2.攪拌:不斷攪拌避免局部過濃的地方大量形成晶核而影響晶核的成長。

3.氯化鉍溶液的滴加速度:控制氯化鉍溶液的滴加速度實際是控制過飽和度,使晶核的數(shù)目不多并有機會得到成長。

4.稀釋酸化的純化水的倍數(shù):調整稀釋酸化的純化水的倍數(shù)實際也是控制飽和度,不致形成大量晶核而影響晶核的長大。

3 試驗結果

由上述選擇合適的條件,氯化鉍直接水解法制得的氯氧鉍經化學分析檢測結果列于表2,化妝品級氯氧鉍質量標準列于表3。

表2 氯氧鉍檢測結果 %

表3 化妝品級氯氧鉍質量標準 %

4 結 論

由氯化鉍直接水解法合成氯氧鉍,選擇合適的條件:1～3體積氯化鉍溶液與10～15體積的酸化的的純化水配比且氯化鉍溶液滴加入酸化的純化水中,在合適的反應溫度下,控制一定的攪拌轉速,終了用稀氨水調整pH值至體系中無鉍離子的水解反應后再攪拌一定時間,制得的氯氧鉍晶體形狀整齊大小一致,均勻分散的珠光片狀,質量達到了化妝品級氯氧鉍的標準。

本方法比硝酸鉍轉化水解法制得的氯氧鉍易于控制,不引入雜質硝酸氧鉍,成本低,收率高,容器單位產率高;比三氧化二鉍氯化法制備氯氧鉍工藝簡單,流程短,易于實現(xiàn)工業(yè)化生產。

[1] 唐謨堂.三氯化鉍水解體系的熱力學研究[J].中南礦冶學院熱能學,1993,24(1):45-51.

[2] 張高科,歐陽世翁.層狀BiOCl云母珠光顏料的研制[J].金屬礦山,2002,(3):29-30.

[3] 王云燕,彭文杰,柴立元,等.硝酸鉍轉化法水解制備片狀BiOCl粉末的研究[J].湖南冶金,2003,(5):20-24.

Study on Preparation of Pearlescent Bismuth Oxychloride by the Method of Bismuth Chloride Hydrolysis

XIE Da-peng,FU Cai-ping
(Hunan Shizhuyuan Nonferrous Metals Co.,Ltd,Chenzhou423037,China)

The preparation of pearlescent bismuth oxychloride by the method of bismuth chloride hydrolysis was studied.By controlling factors of the proportion of BiCl3and acidic dilute water,dropping method,reaction temperature and stirring speed,even sheet pearlescent bismuth oxychloride wasobtained,and the quality of pearlescent bismuth oxychloride achieved cosmetics standard.

bismuth chloride;hydrolysis;bismuth oxychloride

TF817

A

1003-5540(2010)06-0013-02

謝大鵬(1964-),男,工程師,主要從事鉍冶金及鉍產品開發(fā)等方面的研究工作。

2010-10-26