真空条件下含砷锑复杂铜镍合金中元素As,Sb的蒸发规律的研究

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:伊家飞

  根据真空冶金原理,以分离含砷锑复杂铜镍合金中的元素砷和锑为目的,采用真空蒸馏法研究含砷锑复杂铜镍合金在真空(10~30 Pa) 的条件下蒸馏过程中As,Sb 的蒸发规律,考察蒸馏温度、恒温时间、多元合金中其他组元对As,Sb 蒸发的影响。实验结果表明: 随着蒸馏温度及恒温时间的延长,As,Sb 的蒸发量和挥发率均增大。X 射线衍射分析表明: 当蒸馏温度低于1473 K 时,残留物中的As 与Cu 形成的化合物Cu3As 及Cu5As2,阻碍了As 的彻底挥发;当蒸馏温度高于1473 K 时,残留物中的As 与Cu 形成的化合物Cu3As 及Cu5As2发生分解,使得As 元素挥发得更为彻底;蒸馏温度从1573 升至1673 K 的过程Sb 与Cu,Ni 形成的化合物部分分解,Sb 的挥发率明显增大。

  随着矿产资源的日益匮乏,高品位矿石大量减少,大量元素种类复杂、形式多样的低品位矿石被投入到有色冶金实际生产中,产生多种含As、Sb 两种元素的复杂铜合金,如火法炼铜过程中产生的白烟灰,卡尔多炉产生的熔炼渣,炼铅厂产生的中间合金-铜砷锑多元合金等均是含砷锑元素较高的复杂铜合金。这些有色冶炼系统产生的复杂铜合金不仅砷、锑等元素含量较高,并富含银、金、镍、铜、铅等有价金属。因此研究采用何种方法高效环保地将此类复杂铜镍合金进行综合处理具有重要的意义。

  针对该类物料,目前,国内外各铜冶炼厂尚无有效地处理方法,如国内某甘肃某铜冶炼厂针对卡尔多炉产生的熔炼渣采用的方法是将含银高的部分熔炼渣继续返卡尔多炉进一步回收银,但同时给铜熔炼生产组织带来较大影响;将含银低的部分熔炼渣外售或堆存处理。再如,国内某铅冶炼厂针对炼铅过程产生的中间合金-铜砷锑多元合金采用的是苏打-铅精矿反射炉熔炼法,该方法虽不需增添任何设备就可以有效地回收合金中Cu、Pb、Au、Ag 等有价金属,但存在能耗高,耐火材料单耗高,生产能力不高,环境污染严重等众多缺点。

  作为冶金领域的新兴技术,真空冶金与传统冶金相比具有金属回收率高、工艺过程简单、环境友好、生产效率高等优点而得到广泛应用。本文以分离含砷锑复杂铜镍合金中的元素砷,锑为目的,研究含砷锑复杂铜镍合金在真空( 10 ~30 Pa) 的条件下元素As,Sb 的蒸发规律,考察蒸馏温度、恒温时间、合金中其他组元对As,Sb 蒸发的影响。为含砷锑复杂铜镍合金的真空冶金提供理论依据和实验基础数据。

  结论

  (1) 热力学分析与实验结果均表明,利用真空蒸馏法处理含砷锑复杂铜镍合金实现As,Sb 与其它重金属的分离在技术上是可行的。

  (2) 随着蒸馏温度及恒温时间的延长,As,Sb 的蒸发量和挥发率均增大。且XRD 分析表明:当蒸馏温度低于1473 K 时,残留物中的As 与Cu 形成的化合物Cu3As 及Cu5As2,阻碍了部分As 的彻底挥发;当蒸馏温度高于1473 K 时,残留物中的As 与Cu 形成的化合物Cu3As 及Cu5 As2发生分解,使得As 元素挥发地更为彻底;蒸馏温度从1573 K 升值1673 K的过程Sb 与Cu,Ni 形成的化合物部分分解,Sb 的挥发率明显增大。

  (3) As,Sb 之所以挥发去除不彻底,是因为As,Sb 与Cu,Ni,Ag 之间的相互作用力很强,可以形成多种稳定或不稳定化合物。

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