铅铜银合金组元在真空下挥发特性的研究

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目前,我国约有59.92%的银和17.42%的金产自铅、铜等重有色金属电解精炼系统,电解产出的阳极泥是贵金属金、银生产的主要原料。真空蒸馏能绿色、高效地处理阳极泥经还原熔炼后的贵铅合金,现广泛应用于铅、铜冶炼行业。但由于贵铅合金组元蒸发参数缺乏,使得在蒸馏过程中蒸馏温度和蒸馏时间难以精确预测,急需开展真空下贵铅合金组元蒸发速率的研究。基于贵铅合金中铅、铜、银三种元素总含量大于60%的现状,开展了铅铜银合金组元在真空下挥发特性的研究,确定特定条件下组元的蒸发参数,丰富有色金属的真空蒸馏理论,为贵铅合金真空蒸馏的工艺设计和结构优化提供理论指导。首先,对铅、铜、银单质在1073~1673K下的饱和蒸气压(P~0)、理论最大蒸发速率(ωthe-max)和分子平均自由程(λ)进行了基础理论研究。通过分子自由程与冷凝距离的大小判断分子的运动类型,揭示了冷凝距离对分子蒸发速率的影响。针对高温、真空下金属蒸发速率测定困难的问题,提出了一种金属蒸发速率的测量方法和测量系统。其次,对铅铜银合金组元单质的实际蒸发速率进行测定。通过实际蒸发速率对理论最大蒸发速率的修正,得到凝聚系数α。研究结果表明,铅、铜、银单质蒸发速率随温度的变化满足一元线性回归模型:lgw=C/T+w0;单质蒸发速率随系统压强的变化满足Boltzmann模型:w=A"+(A’-A")/{1+exp(P-P0/)d P}。通过作图法得到1073~1573K下铅、铜、银的临界压强。最后,以含银10%的铅银合金、含铜5%的铅铜合金以及含铜33.33%的铜银合金为原料,开展了Pb-Cu-Ag体系二元合金的蒸发速率实验研究。研究结果表明,二元合金蒸发速率随温度变化的动力学模型与单质保持一致,满足:lgw=C’/T+w’0。在1273~1373K、10Pa下,Pb-Ag和Pb-Cu合金中铅的蒸发速率远大于银和铜,银、铜基本不蒸发,该条件下能有效分离Pb-Ag和Pb-Cu合金。通过Cu-Ag合金组元蒸发速率的研究,预测Cu-Ag合金真空蒸馏最佳实验条件为1573K、10Pa,与Cu-Ag-Sb真空蒸馏工业化实验的最优条件一致。
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