铋的不良影响

铋不能作为铅的替代材料使用的建议

欧洲铜协会(European Copper Institute)相关文献

1.铅在汽车和电气产业中的应用

汽车和电气产业用的很多小部件都是用低铅黄铜材料制成的，比如，阀门导向件，燃料喷射器，挡风玻璃清洗喷嘴，电池末端，温度传感器外壳，喷嘴，各种安装台架，门锁，接头，连接器等等。铅还作为锡铅焊剂合金中的焊剂使用，比如印刷电路板中的焊剂及SnPb金属涂层。

根据ELV的2000/53/EC及2002/95/EC规程中关于限制特定有毒害作用物质在电和电气设备中应用（RoHS）的规定，这些应用都没有超标。

2．铅和铋工业性能的比较

以微小粒子形式分散在黄铜基体中的铅具有断屑，润滑及防腐的作用。因此，铅有利于形成容易处理的碎屑，这是在高速自动车床上连续加工的前提。铅除了具有优良的机械参数及耐腐蚀性能，含铅黄铜还具有优异的工业性能。

在涂层和焊剂中的铅降低了纯锡的熔点，减低了晶须形成的可能性，起到了抑制裂纹产生的作用，因此，铅可以提高器件的可靠性。

二十多年来，虽然人们不断探求铋作为两相合金黄铜材料中的铅的代替物的可能性，但是一直没有成功。其中原因之一是它会大大的增加了可锻合金包括棒，线，型材的制造复杂程度。这是因为，在合金固化时铋粒子的扩张，导致合金具有很高的残留应力。这也是这种材料比传统材料对应力开裂有更高敏感性的原因。

铋还对单相锻造合金的制造产生负面影响，包括铜质量分数超过61%的黄铜，青铜，CuNi 合金等。在半成品的制造中，特别是在热成型过程中，含量小于20ppm的铋已经可以引起材料不良缺陷。引线及电缆用纯铜中铋的容许值只有5ppm，原因是铋促进了晶界的脆化。与共晶SnPb的非均结构相比较，在单相材料的凝固过程中，铋促进了大晶粒在材料中的广泛形成，且铋合金材料的疲劳开裂一旦发生，就难以阻止。

涂层和焊剂中的铋能否永久地防止晶须形成，还没得到足够的证实。含铋焊剂和涂层的熔点实际上部分低于SnPb焊剂的熔点，接近于电子元件运行时的温度范围，因此，焊接的可靠性值得质疑。

采用含铋铜合金材料时，为了确保与含铅部件具有相同的可靠性，需要广泛地进行试验和评价，并且铋对环境的相容性几乎不为人所知。

3．再利用

含铅铜合金可以100%再利用，实际上，鉴于固有价值，含铅铜合金已经被高度地再利用。

尽管几乎没有，如果最后有含铅黄铜合金被埋入地里，不管对其施加怎样的追加性规制，也只会给制造厂商及消费者带来经济负担，且不能提供什么利益。

铋和大多数工业金属（铝，铜，铁，镁）都不能形成固态溶液，它在这些固态金属中几乎是不溶的。在钛中铋的溶解能力有限。铋和锡能形成含铋43 at-%的共晶，熔点139℃，和铅能形成含铋55 at-%的共晶，熔点125℃。铅铋共晶比单独的铋或者铅对热压延的铜更加有害，因为这些共晶会在晶界上形成。据报道铅铋合金对高合金黄铜不太有害，因为在黄铜中PbBi形成液滴。

由于铋金属特性，必须为含铋废钢和切屑建立独立的回用路线（包括铸造），并必须和含铅黄铜及其它金属严格区分。铋的使用造成的含铋废料链会对铜产业造成不利影响。回收铋在技术上和规划上认为是不可行的，这将导致额外的处理和大量额外开销和潜在的劳动力损失。

4．铅和铋的供应

铋通常是在加工铅矿石中的副产物。在中国，铋是钨矿石加工的副产物[USGS, internet]。它具有银白色金属光泽带有闪光斑点。铋是地壳中的含量第69位元素，据统计质量分数为十万分之八，大约是金的两倍含量。更小部分的铋生产和铜、金、金钴的生产有联系。一般而言，生产30-200吨铅可以得到1吨铋。

考虑到这一生产关系，很难想象大量的含铅设备可以用同样量的铋来代替。由于在这种情况下，主材料（铅）需要处理，铋作为铅的副产品，商业价值十分有限，这对铋会造成更高的环境和经济负担。此外，日益增加的铋需求可能导致其价格的快速增长，从而增加了产品成本。

5．总结

铋作为黄铜的重要合金元素和铅在焊剂和涂层中的替代品，会对别的金属（主要是铸铁和铸铝）的生命周期产生负面影响。铋的加入对单相锻造铜合金会造成负面影响。由于铋使用很少，人们对铋在环境和人类健康方面的影响还没有熟知。再者，世界上没有足够的铋来替代黄铜和涂层/焊剂中的铅。联系到回收系统，铋对铅的部分替代比全部替代更危险。

铋的需求的大量增长只能靠铅的大量生产来满足（这限制了铋的商业应用）。

综合上述理由，欧洲铜协会认为铋在工业应用上没有和铅同样的优势，所以推荐其所有成员不要把铋作为铅的替代品来生产技术设备。

注：这项建议不影响各成员和各自供应商和客户交易时的权利。