【腐蚀科普】探索色彩绚烂的金属铋

小昌娃

本帖最后由小昌娃于 2017-7-16 11:34 编辑

上图是一张涂满色彩的画，但它其实并没有用到任何我们熟悉的颜料，这些色彩其实都来自一种金属——铋。摄影师Fabian Oefner将它放在热盘子上熔化，然后看着它在空气中慢慢冷却，并产生多变的色彩。他痴迷于利用不寻常的材料营造艺术效果。在两周时间里，他用这些熔化的铋制造了2000张不同色彩的图片。

铋为银白色至粉红色的金属，质脆易粉碎，铋的化学性质较稳定。铋在自然界中以游离金属和矿物的形式存在。以前铋被认为是相对原子质量最大的稳定元素，但在2003年，发现了铋有极其微弱的放射性。

1.主要应用

工业用途：铋主要用于制造易熔合金，熔点范围是47～262℃，最常用的是铋同铅、锡、锑、铟等金属组成的合金，用于消防装置、自动喷水器、锅炉的安全塞，一旦发生火灾时，一些水管的活塞会“自动”熔化，喷出水来。在消防和电气工业上，用作自动灭火系统和电器保险丝、焊锡。铋合金具有凝固时不收缩的特性，用于铸造印刷铅字和高精度铸型。碳酸氧铋和硝酸氧铋用于治疗皮肤损伤和肠胃病。用于制低熔合金，在消防和电气安全装置上有特殊的重要性。在分析化学中用于检测Mn。铋可制低熔点合金，用于自动关闭器或活字合金中。

生理功能：铋属微毒类。大多数化合物、特别是盐基性盐类，在消化道中难吸收。不溶于水，仅稍溶于组织液。不能经完整皮肤粘膜吸收。铋吸收后分布于身体各处，以肾最多，肝次之。大部分贮存在体内的铋，在数周以至数月内由尿排出。铋在体内的代谢与铅相似。在酸中毒时，组织可将积存的铋释放。铋与铅可互相影响。在体内，铋化合物能形成不易溶于水和稀酸的硫化铋，沉淀在组织中或栓塞在毛细血管中，发生局部溃疡，甚至坏死。硝酸铋在肠道内细菌的作用下，可还原为亚硝酸铋，吸收后引起高铁血红蛋白血症。严重慢性中毒时，由于铋多存在于肾脏，可出现严重肾炎，其中以肾小管上皮细胞的损害最重，肝亦可累及。反复经口或经其他途径慢性中毒患者可出现 “铋线”。未见吸入铋及其化合物引起的职业中毒。慢性中毒主要由含可溶性铋盐的药物所引起。静脉注射或肌肉注射可溶性铋盐，曾有引起死亡的报道。皮肤有损伤者要避免直接接触可溶性铋盐。二巯基丙磺酸钠等可作解毒剂。

2.原料上的应用

冶金添加剂：钢中加人微量铋，可改善钢的加工性能，可锻铸铁加入微量铋，能使可锻铸铁具备类似不锈钢的性能。Cu-Bi多元合金可以取代目前饮水管件上用的含铅铜合金，成本相差不大，可解决自来水铅污染问题。CuSn3Zn8Bi2-7，合金以铋代替铅可获得相同类似的复合材料，达到类似的铸造、机械和加工性能。在铝、镁和青铜中加入铋，可改善机械加工性能和耐磨性能。

铋基低熔点：易熔合金易熔合金的熔点一般在38～230℃，在熔点下不易受温度和压力的影响而发生变化。英国研究出一种无铅锡合金焊料，其成分Sn>82、Zn6.0～4.5、In约3.5、Bi约1.0。合金无毒性，适合作易于过热受损晶体管组装电路板焊接用。铋铝配制的合金作弯曲薄壁管的填充料，能保持管内壁平滑光洁，且填料可多次反复使用。铋锡合金配制的合金制作模具，用作金属薄板材的冷冲压成型，不低于钢模的温度，而且成型快，更新快，合金可多次返回使用。铋与铝、锡、镉、铟组成的一系列低熔点合金，制作电器、保险器，自动装置讯号器等。用铋锡合金子弹代替铅弹。

医药治疗：铋化合物具有收敛、止泻、治疗胃肠消化不良症，次碳酸铋和次硝酸铋，次橡胶酸铋钾用于制造胃药，外科利用铋药的收敛作用来处理创伤和止血，在放射治疗中，用铋基合金代替铝为患者防止身体其他部位受到辐射制造护板，随着铋类药物的发展，现已发现某些铋类药物具有抗癌作用。

铋在阻燃剂方面的应用：在阻燃剂的添加剂中，Bi203的效果比Sb203更好，而且安全无毒，燃烧时发生的烟气致死性极小，同时不影响阻燃制品的稳定性。

铋在化工中的应用：铋黄颜料是钒酸铋和钼酸铋的混合体。用于取代铅、镉等颜料具有双晶面的黄色颜料，具有更好的表面抗化学腐蚀性，而且黏合力极强，色泽光亮，又不易脱落褪色，用于黄色汽车外壳最后一道工序的喷漆，黄色工业涂料，电气线圈用材的涂料，及橡胶、塑料制品印刷油墨的着色。铋盐在生产人造纤维制品的一种原料丙烯腈时，需要大量铋盐作催化剂。氧化铋，2005年日本计划用铋代替铅，用于生产汽车玻璃，这种玻璃含铅10%，生产商将用铋取代这部分铅，生产环保无铅玻璃。化学试剂、铋盐、高折光率玻璃，核工业玻璃和核反应堆燃料。氢氧化铋用在塑料中作添加剂，使产品焕发美丽的珍珠光泽，还可用于制造无铅颜料和化妆品。氯化铋用于还原燃料性的柏油、杂酚油和非干性油。

电子陶瓷：含铋的电子陶瓷如锗酸铋晶体，是一种新型闪烁晶体，用于核辐射探测器，x射线层面扫描仪、电光、压电激光等器件制造；铋钙钒（石榴型铁氧体是重要的微波旋磁材料和磁包材料）、掺氧化铋的氧化锌压敏电阻，含铋的边界层高频陶瓷电容器，锡铋永磁体，钛酸铋陶瓷和粉末、硅酸铋晶体，含铋易熔玻璃等10多种材料也均开始在工业上应用。

半导体：用高纯铋与碲、硒、锑等组合、拉晶的半导体元件，用于温差电偶，低温温差发电和温差制冷。用于装配空调器和电冰箱。用人工硫化铋可制造光电动设备中的光电阻，增大可见光谱区域的灵敏度。

核工业：高纯铋（99.999%Bi）用于核工业堆中作载热体或冷却剂，用于防护原子裂变装置材料。

这颜色可以看成是一种结构色，它其实来源于在表面形成的氧化物薄膜，在这里光会发生薄膜干涉，就像是肥皂泡那样。

摄影师Fabian Oefner就是利用铋在空气中的氧化制造了色彩，他观察这些氧化物的形成，并时不时刮掉表面的一层，再观察颜色如何变化。下面，就让我们再来欣赏一些他的成果：

怎么样，是不是很赏心悦目呢？

来源：中国腐蚀与防护网

原文链接：http://www.ecorr.org/news/science/2017-06-22/166142.html