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文档简介

铅铜合金真空蒸馏分离的分析通过计算铅铜的饱和蒸气压、分离系数及气液相平衡图等热力学数据从理论上分析真空蒸馏分离Pb-Cu合金的可行性,计算结果说明:利用Pb与Cu饱和蒸气的差异采用真空蒸馏可以有效实现铅铜合金的分离。结合计算结果对含Cu5%~20%(质量比)的合金开展了实验研究,考察了蒸馏温度,蒸馏时间,熔体深度对合金分离效果的影响。实验结果说明:在蒸馏温度1373K,蒸馏时间30min,料层厚度6mm的条件下,含铜量为5%~20%的铅铜合金经一次真空蒸馏后,得到Pb含量为99.9%的铅,铜含量为99.99%的铜,能够同时获得纯度较高的金属Pb与Cu。

Cu-Pb合金是性能优异的超导、栅极、触点、电化学材料,在航空航天和微电子等工业领域有着广泛的应用。此外,由于铅铜偏晶合金具有优异的自润滑性能,还是汽车工业广泛应用的轴承材料。随着铅铜合金的大量生产应用,也产生了大量的废弃铅铜合金亟需处理的问题,废弃合金不仅造成大量的固体废弃物污染,也不利于资源的循环利用。

在人们对环境要求日益严格,资源能源濒于匮乏的背景下,如何变废为宝,对废弃合金开展回收再利用就具有很重要的意义。目前工业上应用的铅铜分离方法主要有加硫除铜法和熔析除铜法,加硫除铜法对原料适应性广,处理能力大,但该法除铜温度较高,反应过程不易控制,容易造成硫单质的燃烧生成SO2,不仅造成严重的大气污染,同时也导致硫的用量大、利用率较低等问题。熔析除铜法工艺简单,投资少,但存在劳动强度大,能耗高等缺陷。随着现代冶金对环保要求和资源综合利用率的不断提高,寻求新的方法来分离铅铜合金就显得很有必要了。文献对液态铅铜合金构造与扩散性质开展了研究,计算了Pb-Cu合金的自扩散及互扩散系数,并使用熔体构造信息合理解释了合金中不同Pb含量时扩散系数发生变化的原因。文献采用添加Ca-Si化合物-NaF的方法来分离铅铜合金,虽有效解决了SO2的产生,但铅的去除率不高,且添加剂与Pb的形成的化合物也难以处理的问题。

真空冶金作为一种冶金领域新技术具有金属回收率高,资源消耗少,工艺流程简单,对环境友好等优点,近年来引起了人们的较多关注,广泛应用于金属热复原,合金分离,二次资源的回收,高纯金属的制备等领域。本文尝试用真空蒸馏的方法分离铅铜合金,重点考察蒸馏温度,蒸馏时间,熔体厚度对蒸馏效果的影响,以期为对真空蒸馏分离铅铜合金提供理论分析和实验根底依据。

理论分析

金属受热气化后,不同金属气体的蒸气压存在差异,这是真空蒸馏分离金属的理论根底。纯物质的饱和蒸气压与温度的关系可以用式(1)表示

式中A,B,C,D为蒸发常数。从相关手册中查出铅、铜的蒸发常数值,带入式(1)可得

由式(2),式(3)计算得到1173~1573K铅铜饱和蒸气压,将结果列于表1。

表1纯铅,纯铜饱和蒸气压

结论

(1)通过对铅铜合金中各组元的饱和蒸气压,铅的分离系数,铜的气液相平衡图的热力学计算说明,采用真空蒸馏的方法分离铅铜合金在理论上是可行的。

(2)温度对蒸馏效果的影响十分明显,当实验温度从1173K升高到1373K时,铅的去除率显著增加,从63.3%增加到99.9%,残余物中的铅含量降低到0.03%,温度继续升高,对铅去除率的影响不大,反而造成挥发物中铜含量的增加,因此选择1373K作为最正确蒸馏温度。

(3)当蒸馏时间超过30min时,残余物中铅含量趋于稳定,维持在5×10-5左右。残余物中铅含量随着熔体深度的增加而增加,当深度为6mm时,残留物中的铅含量较低。

(4)实验的结果说明,在1373K,蒸馏时间30min,料层厚度为6mm左右的条件下,蒸馏效果最好,经一次蒸馏就可以得到纯度为99.9%的粗铅及纯度为99.9

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