Фазовые равновесия в системе Pb-Ag при пирометаллургической возгонке

Фазовые равновесия в системе Pb-Ag при пирометаллургической возгонке

Автор: Королев Алексей Анатольевич, Краюхин Сергей Александрович, Мальцев Геннадий Иванович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy

Рубрика: Физическая химия и физика металлургических систем

Статья в выпуске: 2 т.17, 2017 года.

Бесплатный доступ

При переработке свинца образуется серебристая пена (СП), требующая комплексной переработки с получением товарных моноэлементных продуктов. Одним из возможных способов рекуперации СП является вакуумная перегонка, считающаяся одним из самых эффективных и экологически чистых методов для разделения и очистки, переработки и рафинирования различных металлов. Для предварительного выбора температуры и давления системы, оценки эффективности разделения компонентов при вакуумной перегонке используют фазовые диаграммы. Цель работы состоит в расчете равновесных состояний «газ - жидкость» VLE (vapor liquid equilibrium), включая зависимости состава фаз от температуры (Т-х) и давления (р-х) для Pb-Ag сплава при вакуумной перегонке на основе модели MIVM (мolecular interaction volume model). В интервале температур 1073-1773 К рассчитаны давления насыщенного пара для Pb (1,5.10-1-4,86•102) и Ag (5,1•10-5-6,6). Высокие значения соотношения р*Pb / р*Ag = = 2,9•103-74 и коэффициента разделения βPb = 1,8-3,9 создают теоретические предпосылки для селективного выделения этих металлов вакуумной дистилляцией, когда свинец обогащается в газовой фазе (βPb > 1), а серебро - в жидкой. Мольная доля свинца в газовой фазе уPb = 0,878-0,999 увеличивается с ростом температуры 1073-1773 К и мольной доли металла в сплаве хPb = 0,1-0,9. С использованием модели MIVM рассчитаны коэффициенты активности свинца γPb = 0,474-0,999 и серебра γAg = 0,331-0,999 для Pb-Ag сплава различного состава в исследованном температурном диапазоне. Для фазовых диаграмм VLE может быть использовано правило рычага (правило отрезков) для прогнозирования количества вещества, остатков и возгонов при заданной температуре. Для границы раздела фаз «жидкость - газ» Pb-Ag сплава определены значения избыточных энергии Гиббса, энтальпии и энтропии: GmE = 0,01-1,34 кДж/моль; -HmE = 0,32-1,53 кДж/моль; SmE = 0,52-1,65 кДж/моль•К. Фазовые диаграммы VLE сплавов обеспечивают необходимой информацией для проектирования технологических параметров промышленного производства вакуумной металлургии, а также для прогнозирования необходимого состава Pb-Ag сплава в зависимости от температуры и давления в процессе вакуумной перегонки.

Еще

Равновесная фазовая диаграмма, вакуумная дистилляция, молекулярная объемная модель взаимодействия

Короткий адрес: https://sciup.org/147157152

IDR: 147157152   |   DOI: 10.14529/met170203

Список литературы Фазовые равновесия в системе Pb-Ag при пирометаллургической возгонке

  • Berman A. Total Pressure Measurements in Vacuum Technology. New York, Academic Press Publ., 1985. 380 р.
  • Winkler O., Bakish R. Vacuum metallurgy. Amsterdam, Elsevier Publ., 1971. 237 р.
  • Jia G.-B., Yang B., Liu D.-C. Deeply Removing Lead from Pb-Sn Alloy with Vacuum Distillation. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2013, vol. 23, no. 6, pp. 1822-1831 DOI: 10.1016/S1003-6326(13)62666-7
  • Wang A., Li Y., Yang B., Xu B., Kong L., Liu D. Process Optimization for Vacuum Distillation of Sn-Sb Alloy by Response Surface Methodology. Vacuum, 2014, vol. 109, pp. 127-134 DOI: 10.1016/j.vacuum.2014.07.013
  • Dai Y.N. Vacuum Metallurgy of Nonferrous Metals. Beijing, Metallurgical Industry Press Publ., 2009. 72 p.
  • Yang B., Kong L.-X., Xu B.-Q., Liu D.-C., Dai Y.-N. Recycling of Metals from Waste Sn-Based Alloys by Vacuum Separation. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2015, vol. 25, no. 4, pp. 1315-1324 DOI: 10.1016/S1003-6326(15)63730-X
  • Liu D. C., Yang B., Wang F., Yu Q. C., Wang L., Dai Y. N. Research on the Removal of Impurities from Crude Nickel by Vacuum Distillation. Physics Procedia, 2012, vol. 32, pp. 363-371 DOI: 10.1016/j.phpro.2012.03.570
  • Dai Y.N., Yang B. Non-Ferrous Metals and Vacuum Metallurgy. Beijing, Metallurgical Industry Press Publ., 2000. 40 p.
  • Smith J. M., Van Ness H.C., Abbott M.M. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. New York, McGraw-Hill Publ., 2001. 749 p.
  • Tao D. P. A New Model of Thermodynamics of Liquid Mixtures and Its Application to Liquid Alloys. Thermochimica Acta, 2000, vol. 363, pp. 105-113 DOI: 10.1016/S0040-6031(00)00603-1
  • Poizeau S., Kim H.J., Newhouse J.M., Spatocco B.L., Sadoway D.R. Determination and Modeling of the Thermodynamic Properties of Liquid Calcium-Antimony Alloys. Electrochimica Acta, 2012, vol. 76, pp. 8-15 DOI: 10.1016/j.electacta.2012.04.139
  • Newhouse J. M., Poizeau S., Kim H., Spatocco B.L., Sadoway D.R. Thermodynamic Properties of Calcium-Magnesium Alloys Determined by EMF Measurements. Electrochimica Acta, 2013, vol. 91, pp. 293-301 DOI: 10.1016/j.electacta.2012.11.063
  • Miyazaki N., Adachi N., Todaka Y., Miyazaki H., Nishino Y. Thermoelectric Property of Bulk CaMgSi Intermetallic Compound. Journal of Alloys and Compounds, 2017, vol. 691, pp. 914-918. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.08.227
  • Materials Science and Technology. Cahn R.W., Haasen P., Kramer E. J. (Eds.). Vol. 1. Structure of Solids. Gerold V. (Ed.). VCH Weinheim Publ., 1993. 621 p.
  • Hultgren R., Desai P. D., Hawkins D. T., Geiser M., Kelley K. K. Selected Values of the Thermodynamic Properties of Binary Alloys. ASM Publ., 1973. 847 р.
  • Dai Y., Yang B. Vacuum Metallurgy for Non-Ferrous Metals and Materials. Beijing, Metallurgical Industry Press Publ., 2000. 124 р. (in Chinese).
  • Yang H. W., Yang B., Xu B. Q., Liu D. C., Tao D. P. Application of Molecular Interaction Volume Model in Vacuum Distillation of Pb-Based Alloys. Vacuum, 2012, vol. 86, no. 9, pp. 1296-1299. 11.017 DOI: 10.1016/j.vacuum.2011
  • Jiang W. L., Zhang C., Xu N., Yang B., Xu B. Q., Liu D. C., Yang H. W. Experimental Investigation and Modelling of Phase Equilibria for the Ag-Cu-Pb System in Vacuum Distillation. Fluid Phase Equilibria, 2016, vol. 417, pp. 19-24 DOI: 10.1016/j.fluid.2016.02.026
  • Nan C. B., Xiong H., Xu B.-q., Yang B., Liu D. C., Yang H. W. Measurement and Modeling of Phase Equilibria for Sb-Sn and Bi-Sb-Sn Alloys in Vacuum Distillation. Fluid Phase Equilibria, 2017, vol. 442, pp. 62-67 DOI: 10.1016/j.fluid.2017.03.016
  • Zhao J. Y, Yang H. W., Nan C. B., Yang B., Liu D. C., Xu B.-Q. Kinetics of Pb Evaporation from Pb-Sn Liquid Alloy in Vacuum Distillation. Vacuum, 2017, vol. 141, pp. 10-14 DOI: 10.1016/j.vacuum.2017.03.004
  • Kong L.-X., Xu J., Xu B.-Q., Xu S., Yang B. Vapor-Liquid Phase Equilibria of Binary Tin-Antimony System in Vacuum Distillation: Experimental Investigation and Calculation. Fluid Phase Equilibria, 2016, vol. 415, pp. 176-183 DOI: 10.1016/j.fluid.2016.02.012
  • Nan C. В., Yang H. W., Yang B., Liu D., Xiong H. Experimental and Modeling Vapor-Liquid Equilibria: Separation of Bi from Sn by Vacuum Distillation. Vacuum, 2017, vol. 135, pp. 109-114 DOI: 10.1016/j.vacuum.2016.10.035
  • Song B., Xu N., Jiang W., Yang B., Chen X. Study on Azeotropic Point of Pb-Sb Alloys by Ab-initio Molecular Dynamic Simulation and Vacuum Distillation. Vacuum, 2016, vol. 125, pp. 209-214 DOI: 10.1016/j.vacuum.2016.01.004
  • Zhang C., Jiang W. L., Yang B., Liu D. C., Xu B. Q., Yang H. W. Experimental Investigation and Calculation of Vapor-Liquid Equilibria for Cu-Pb Binary Alloy in Vacuum Distillation. Fluid Phase Equilibria, 2015, vol. 405, pp. 68-72 DOI: 10.1016/j.fluid.2015.07.043
  • Kong L.-X., Yang B., Xu B.-Q., Li Y.-F., Li L. Application of Molecular Interaction Volume Model in Separation of Pb-Sn-Sb Ternary Alloy by Vacuum Distillation. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2013, vol. 23, no. 8, pp. 2408-2415 DOI: 10.1016/S1003-6326(13)62748-X
  • Dong Z. W., Xiong H., Deng Y., Yang B. Separation and Enrichment of PbS and Sb2S3 from Jamesonite by Vacuum Distillation. Vacuum, 2015, vol. 121, pp. 48-55 DOI: 10.1016/j.vacuum.2015.07.009
  • Kong L. X., Yang B., Xu B. Q., Li Y. F. Application of MIVM for Pb-Sn-Sb Ternary System in Vacuum Distillation. Vacuum, 2014, vol. 101, pp. 324-327 DOI: 10.1016/j.vacuum.2013.10.004
  • Kong L., Yang B., Xu B., Li Y., Liu D., Dai Y. Application of MIVM for Phase Equilibrium of Sn-Pb-Sb System in Vacuum Distillation. Fluid Phase Equilibria, 2014, vol. 364, pp. 1-5 DOI: 10.1016/j.fluid.2013.12.003
  • Баранов М.А. Сферическая симметрия электронных оболочек атомов и стабильность кристаллов. Электронный физико-технический журнал. 2006. Т. 1. С. 34-48.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp