铅锑合金的真空蒸馏实验研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)昆明理工大学真空冶金国家工程实验室 作者:宋冰宜

  回收利用铅、锑冶炼和消费过程中产生的铅锑合金意义重大。本文计算了923 ~1373 K 温度范围内纯铅和纯锑的饱和蒸气压、锑的分离系数和气液相平衡成分图,从热力学上分析了铅锑合金真空蒸馏分离的可行性。计算结果表明:铅、锑能够通过真空蒸馏实现较好分离。进一步实验研究了蒸馏温度、时间以及不同成分Pb-Sb合金真空分离效果。实验结果表明:在973 K,蒸馏时间30 min,炉内压强5 ~10 Pa条件下对合金进行真空分离,气相中富集57.44%的锑,液相中得到88.82%的粗铅。

  当前,我国铅和锑的矿产资源减少、品位降低且类型复杂,铅矿常伴生有锑,锑矿则常伴生有铅,如脆硫铅锑矿(Pb4 FeSb6 S14,大致成分为Pb28% ~32%,Sb24% ~28%,S18% ~25%),势必在铅、锑冶炼过程中产生大量的Pb-Sb合金。另外,随着铅锑合金的大量生产应用,国内外每年都会产生数量很大的Pb-Sb合金二次资源,若不加以处理,不但造成资源浪费,还会造成严重的环境污染。因此,对一次冶炼及二次资源回收产生的Pb-Sb合金进行处理,已成为冶金行业的重大需求。

  然而,由于铅锑的化学性质相近,在冶金中的行为相似,因此分离铅锑合金有较大难度。对于分离Pb-Sb合金,一直以来为寻求技术上易行、经济上合理的处理方法,国内外冶金工作者先后进行了火法、Na2S浸出—电积法、矿浆电解法、硫化钠湿法分离铅锑再火法炼锑等多种方法的尝试。但上述方法存在流程长,原材料消耗多,加工成本高等问题。真空冶金与传统有色金属冶金相比,具有工艺流程简单、金属回收率高、无废水废气产生、能源消耗少等优势,有着十分广泛的应用前景,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为可用于处理成分复杂的冶金原料,分离、提纯金属和二次资源综合回收利用等。本文采用真空蒸馏的方法进行Pb-Sb合金的分离,分别从理论计算和实验两方面系统研究了Pb-Sb合金真空分离的效果。

  1、理论分析

  1.1、饱和蒸气压

  真空蒸馏分离合金的基本依据为合金中组元的饱和蒸气压存在差别,式(1) 给出了饱和蒸气压与温度之间的关系

铅锑合金的真空蒸馏实验研究

  式中,p* 为物质的饱和蒸气压,A,B,C,D 为蒸发常数,可从文献中查出Pb,Sb 的数值,带入式(1)可得到923 ~1373 K 时的p*Pb和p*Sb,其计算结果在表1 中列出。由表1 知,在923 ~1373 K 的范围内,纯Sb 与纯Pb 饱和蒸气压的比值在8.79 ~116 之间,合金中Sb 优于Pb 先挥发进入气相,为了判断温度对合金分离效果的影响,本文计算了Pb-Sb真空蒸馏分离系数。

表1 923 ~1373 K 时纯Pb 和纯Sb 饱和蒸气压及p*Sb /p*Pb

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  2、结论

  (1) 计算了Pb-Sb合金的热力学性质,即p*Pb和p*Sb、βSb以及Sb 在气相和液相中成分分布图,计算结果得知:理论上采用真空蒸馏分离Pb-Sb 合金具有可行性。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为与其他传统方法相比,具有流程短、无废水废气排放等特点。

  (2) 在真空蒸馏过程中,蒸馏温度和蒸馏时间对合金的分离均有影响。在本实验中,对分离效果有明显影响且较佳的实验条件为: 蒸馏温度为973K,蒸馏时间为30 min 时,有利于合金分离。

  (3) Sb 组元的挥发率随温度升高而增大。当温度由1073 K 升至1273 K 时,Sb 挥发率迅速增大,表明温度对Sb 的挥发的影响较大。

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