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    鉛銻合金的真空蒸餾實驗研究

    發布時間:

    2022-01-19 11:35

      回收利用鉛、銻冶煉和消費過程中產生的鉛銻合金意義重大。本文計算了923 ~1373 K 溫度范圍內純鉛和純銻的飽和蒸氣壓、銻的分離系數和氣液相平衡成分圖,從熱力學上分析了鉛銻合金真空蒸餾分離的可行性。計算結果表明:鉛、銻能夠通過真空蒸餾實現較好分離。進一步實驗研究了蒸餾溫度、時間以及不同成分Pb-Sb合金真空分離效果。實驗結果表明:在973 K,蒸餾時間30 min,爐內壓強5 ~10 Pa條件下對合金進行真空分離,氣相中富集57.44%的銻,液相中得到88.82%的粗鉛。

      當前,我國鉛和銻的礦產資源減少、品位降低且類型復雜,鉛礦常伴生有銻,銻礦則常伴生有鉛,如脆硫鉛銻礦(Pb4 FeSb6 S14,大致成分為Pb28% ~32%,Sb24% ~28%,S18% ~25%),勢必在鉛、銻冶煉過程中產生大量的Pb-Sb合金。另外,隨著鉛銻合金的大量生產應用,國內外每年都會產生數量很大的Pb-Sb合金二次資源,若不加以處理,不但造成資源浪費,還會造成嚴重的環境污染。因此,對一次冶煉及二次資源回收產生的Pb-Sb合金進行處理,已成為冶金行業的重大需求。

      然而,由于鉛銻的化學性質相近,在冶金中的行為相似,因此分離鉛銻合金有較大難度。對于分離Pb-Sb合金,一直以來為尋求技術上易行、經濟上合理的處理方法,國內外冶金工作者先后進行了火法、Na2S浸出—電積法、礦漿電解法、硫化鈉濕法分離鉛銻再火法煉銻等多種方法的嘗試。但上述方法存在流程長,原材料消耗多,加工成本高等問題。真空冶金與傳統有色金屬冶金相比,具有工藝流程簡單、金屬回收率高、無廢水廢氣產生、能源消耗少等優勢,有著十分廣泛的應用前景,真空技術網(http://www.chvacuum.com/)認為可用于處理成分復雜的冶金原料,分離、提純金屬和二次資源綜合回收利用等。本文采用真空蒸餾的方法進行Pb-Sb合金的分離,分別從理論計算和實驗兩方面系統研究了Pb-Sb合金真空分離的效果。

      1、理論分析

      1.1、飽和蒸氣壓

      真空蒸餾分離合金的基本依據為合金中組元的飽和蒸氣壓存在差別,式(1) 給出了飽和蒸氣壓與溫度之間的關系

      式中,p* 為物質的飽和蒸氣壓,A,B,C,D 為蒸發常數,可從文獻中查出Pb,Sb 的數值,帶入式(1)可得到923 ~1373 K 時的p*Pb和p*Sb,其計算結果在表1 中列出。由表1 知,在923 ~1373 K 的范圍內,純Sb 與純Pb 飽和蒸氣壓的比值在8.79 ~116 之間,合金中Sb 優于Pb 先揮發進入氣相,為了判斷溫度對合金分離效果的影響,本文計算了Pb-Sb真空蒸餾分離系數。

      表1 923 ~1373 K 時純Pb 和純Sb 飽和蒸氣壓及p*Sb /p*Pb

      2、結論

      (1) 計算了Pb-Sb合金的熱力學性質,即p*Pb和p*Sb、βSb以及Sb 在氣相和液相中成分分布圖,計算結果得知:理論上采用真空蒸餾分離Pb-Sb 合金具有可行性。真空技術網(http://www.chvacuum.com/)認為與其他傳統方法相比,具有流程短、無廢水廢氣排放等特點。

      (2) 在真空蒸餾過程中,蒸餾溫度和蒸餾時間對合金的分離均有影響。在本實驗中,對分離效果有明顯影響且較佳的實驗條件為: 蒸餾溫度為973K,蒸餾時間為30 min 時,有利于合金分離。

      (3) Sb 組元的揮發率隨溫度升高而增大。當溫度由1073 K 升至1273 K 時,Sb 揮發率迅速增大,表明溫度對Sb 的揮發的影響較大。

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    2022-01-19 11:35

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