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(zé)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(zé)任公司,湖南郴州 423037)

對(duì)氯化鉍水解法制備珠光氯氧鉍進(jìn)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(yīng)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(zhì)量達(dá)到了化妝品級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

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(dú)特的晶體形狀和安全無毒的特性,因而被廣泛應(yīng)用于珠光顏料和高檔化妝品中。

人們對(duì)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(jì)90年代才開始。目前的制備方法主要有硝酸鉍轉(zhuǎn)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(zhì)硝酸氧鉍(BiONO3)而影響產(chǎn)品的純度和性能,同時(shí)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化。后者制備方法易控制,產(chǎn)品純度也高,但生產(chǎn)流程長,先要制備合格的三氧化二鉍,三氧化二鉍的質(zhì)量是氯氧鉍質(zhì)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(yīng),可一步獲得濃度可調(diào)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(duì)制備過程中各條件因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

1 反應(yīng)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(yàn)過程及其條件因素的研究[1,2]

2.1 工藝試驗(yàn)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(zhuǎn)速和溫度下混合,最終以配制的稀氨水調(diào)整pH值。

2.2 試驗(yàn)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(shè)定氯化鉍溶液100～300 mL,酸化的純化水1 000～1 500 mL,設(shè)置好攪拌轉(zhuǎn)速和溫度。試驗(yàn)結(jié)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(chǎn)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(chǎn)生大量新的晶核,瞬間產(chǎn)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(duì)光線的反射和折射,晶體才有光澤。結(jié)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(chǎn)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(chǎn)生為數(shù)不多的新晶核,如此反復(fù),結(jié)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(diǎn)時(shí)延長攪拌時(shí)間對(duì)晶體的影響

為了確定氯氧鉍合成至終點(diǎn)時(shí)延長攪拌時(shí)間對(duì)晶體的影響,設(shè)定氯化鉍溶液100～300 mL,酸化的純化水1 000～1 500 mL,設(shè)置好攪拌轉(zhuǎn)速和溫度,合成方式氯化鉍溶液加入酸化的純化水中,試驗(yàn)結(jié)果列于表1。

表1 氯氧鉍合成至終點(diǎn)時(shí)延長攪拌時(shí)間對(duì)晶體的影響

原因分析:合成至終點(diǎn)時(shí)反應(yīng)體系中,既有新產(chǎn)生的晶核又有隨時(shí)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(yīng)物的加入,體系中的溶解與沉淀處于動(dòng)態(tài)平衡,隨著攪拌時(shí)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?yàn)橛腥芙饬说穆妊蹉G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(fù)一段時(shí)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(yīng)為:BiCl3+H2O =BiOCl↓+2HCl是一個(gè)典型的可逆反應(yīng),反應(yīng)過程產(chǎn)生酸,酸可溶解氯氧鉍,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,最終處于動(dòng)態(tài)平衡。加入稀氨水中和反應(yīng)過程產(chǎn)生的酸,實(shí)際就是提高反應(yīng)體系的pH值,利于鉍離子的水解,使反應(yīng)向右徹底進(jìn)行,提高了氯化鉍的轉(zhuǎn)化率(趨近100%)。稀氨水的加入是在反應(yīng)后期,反應(yīng)體系中鉍離子濃度不高,不會(huì)產(chǎn)生大量氯氧鉍晶核,又因?yàn)榉磻?yīng)到終點(diǎn)時(shí)延長了攪拌時(shí)間,對(duì)晶體形狀進(jìn)行了調(diào)整,所以稀氨水的加入不會(huì)對(duì)晶體形狀產(chǎn)生不利的影響,相反對(duì)提高容器單位產(chǎn)率有利。

2.2.4 反應(yīng)過程中其它條件因素的影響

反應(yīng)過程中其它條件因素的影響有反應(yīng)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(zhuǎn)化法水解制備片狀氯氧鉍粉末的研究》中已有詳細(xì)的敘述,在此再作一些簡單說明:

1.反應(yīng)溫度:熱溶液中沉淀物的溶解度比較大,以致過飽和度相對(duì)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(shí)際是控制過飽和度,使晶核的數(shù)目不多并有機(jī)會(huì)得到成長。

4.稀釋酸化的純化水的倍數(shù):調(diào)整稀釋酸化的純化水的倍數(shù)實(shí)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(yàn)結(jié)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(jīng)化學(xué)分析檢測結(jié)果列于表2,化妝品級(jí)氯氧鉍質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)列于表3。

表2 氯氧鉍檢測結(jié)果 %

表3 化妝品級(jí)氯氧鉍質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) %

4 結(jié) 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(yīng)溫度下,控制一定的攪拌轉(zhuǎn)速,終了用稀氨水調(diào)整pH值至體系中無鉍離子的水解反應(yīng)后再攪拌一定時(shí)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(zhì)量達(dá)到了化妝品級(jí)氯氧鉍的標(biāo)準(zhǔn)。

本方法比硝酸鉍轉(zhuǎn)化水解法制得的氯氧鉍易于控制,不引入雜質(zhì)硝酸氧鉍,成本低,收率高,容器單位產(chǎn)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

[1] 唐謨堂.三氯化鉍水解體系的熱力學(xué)研究[J].中南礦冶學(xué)院熱能學(xué),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(zhuǎn)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(chǎn)品開發(fā)等方面的研究工作。

2010-10-26