MIVM在真空蒸馏分离铝硅合金中的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)昆明理工大学 作者:刘凯

  运用分子相互作用体积模型并结合Si、Al 二元系的无限稀活度系数γ∞Si、γ∞Al,利用牛顿迭代法计算出对势能相互作用参数BSi,Al和BAl,Si,然后再利用BSi,Al和BAl,Si计算Al-Si 二元系中Si 和Al 的活度系数γSi、γAl和活度aSi、aAl,进一步利用γSi、γAl计算出Al 的分离系数βAl和蒸馏过程中Al 的挥发速率,同时根据γSi、γAl绘制出Al-Si 合金蒸馏过程中的气液相平衡图。研究结果表明: 活度计算值与实验值吻合较好,由βAl > > 1 可预测,通过真空蒸馏能很好地实现Si 和Al 的分离。此研究为真空蒸馏分离铝硅合金提供了可靠的理论依据及预测模型,对于研究铝硅合金中铝的分离限度具有重要参考作用。

  铝硅合金具有良好的强度、硬度和体积稳定性,且耐磨、耐腐蚀性好,广泛应用于航空航天材料、焊条材料、机械加工品、汽车发动机活塞机轮等领域。随着社会的发展,铝硅合金在汽车中的应用越来越多,同时产生的废弃铝硅合金也越来越多,报废汽车件等的回收与铝再生利用显得日益重要。

  铝硅合金的分离是实现二次资源回收利用的有效途径。余文轴等研究了采用电磁加定向凝固的方法对Al-Si 合金进行了分离提纯,达到良好的分离效果。张红霞等从电磁分离理论的基本原理建立了电磁压力的数学表达式,研究了频率、电流、电导率等参数对电磁分离铝硅合金效果的影响。李京伟等在超重力场下实现了铝硅合金中初晶硅粒的富集分离。李佳艳等采用电解的方法实现了硅铝合金的低温分离。真空蒸馏作为冶金领域的新技术广泛应用于合金的分离和粗金属精炼,也是分离铝硅合金有效的方法之一。

  近年来,虽然国内外对真空蒸馏分离铝硅合金进行了一些的研究,但由于缺乏一些热力学数据,对分离机理的研究还不充分。本研究采用分子相互作用体积模型( Molecular Interaction Volume Model,MIVM) 计算Al-Si 二元系的活度和活度系数和蒸馏过程中铝的挥发速率以及硅中铝的分离系数,并绘制Al-Si 二元系的气液相平衡图,判断真空蒸馏分离组元的可能性与分离程度,为真空蒸馏分离铝硅合金提供理论依据和预测模型,以及相关热力学参考数据。

结论

  运用MIVM 模型计算Al-Si二元合金体系组元活度值,与实验值结果吻合较好。Al-Si二元合金体系气液相平衡组成计算结果表明,在真空蒸馏温度为1373K 时,液相中和气相中含硅分别为90% 和0.006301%,可以采用真空蒸馏的方分离铝硅合金。分子相互作用体积模型用于Al-Si 二元合金热力学性质及分离效果的预测具有很高的可靠性。

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