Кинетика испарения металлов из Sb-Pb-Ag сплава при вакуумной перегонке
Автор: Королев Алексей Анатольевич, Краюхин Сергей Александрович, Мальцев Геннадий Иванович
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Рубрика: Металлургия техногенных и вторичных ресурсов
Статья в выпуске: 4 т.17, 2017 года.
Бесплатный доступ
Большинство современных исследований сконцентрировано в основном на термодинамике разделения полиметаллических сплавов вакуумной перегонкой, поскольку позволяет определить возможность, направление и ограничение протекания металлургических реакций. При изучении кинетики испарения металлов можно выявить эффективные условия процесса, такие как температура, степень вакуума и продолжительность перегонки, необходимые при проектировании процесса разделения компонентов сплавов. Целью работы являлось определение скорости испарения металлов из Sb-Pb-Ag сплавов различного состава в зависимости от температуры и давления, а также выявление лимитирующей стадии процесса. При изготовлении опытных образцов навески исходных металлов были проплавлены в индукционной печи в атмосфере аргона высокой чистоты для получения сплавов состава, мол. %: 16-77 Sb; 75-20 Pb; 9-3 Ag. Определена кинетика испарения металлов из Sb-Pb-Ag сплава в интервале температур 823-1073 К и давлении 1,33-133 Па, описываемая уравнением первого порядка. Значения кажущейся константы скорости первого порядка при возгонке металлов из расплава зависят от температуры, давления и химического состава сплава. Коэффициенты общего массопереноса свинца, сурьмы, cеребра (kМе, м·с-1) при испарении из Sb-Pb-Ag (0,55-0,40-0,05) сплава составляют (3,718-7,852)·10-7, (1,194-2,436)·10-7, (1,859-3,790)·10-10 при Т = 823-1073 К, Р = 13,3 Па, соответственно. Рассчитана кажущаяся энергия активации испарения металлов из Sb-Pb-Ag расплава: Е = 20,93-46,41 кДж/моль. Кажущаяся энергия активации испарения металлов, рассчитанная по уравнению Аррениуса, приводит к заключению о более легком испарении компонентов из состава Sb-Pb-Ag сплава, по сравнению с чистым металлом: Е = 150-280 кДж/моль. Показано, что количественный перенос свинца и сурьмы в газовой фазе не ограничивает скорость при вакуумной перегонке. Испарение металлов из Sb-Pb-Ag сплава совместно контролируется массопереносом главным образом в жидкой фазе, а также через поверхностный слой на границе раздела фаз «жидкость - газ» в исследованных условиях эксперимента. Повышение температуры свыше 823 К способствует возрастанию константы скорости испарения kМе компонентов Sb-Pb-Ag сплава. Снижение давления в системе менее 133 Па способствует возгонке сурьмы, свинца и серебра.
Сурьма, свинец, серебро, сплав, разделение, кинетика, вакуумная перегонка, энергия активации
Короткий адрес: https://sciup.org/147157154
IDR: 147157154 | DOI: 10.14529/met170411
Список литературы Кинетика испарения металлов из Sb-Pb-Ag сплава при вакуумной перегонке
- Berman A. Total Pressure Measurements in Vacuum Technology. New York, Academic Press. 1985. 380 р.
- Winkler O., Bakish R. Vacuum metallurgy. Amsterdam, Elsevier. 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, is. 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. 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, is. 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, 2000. 40 p.
- 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
- Yang H.W., Zhang C., Yang B., Xu B.Q., Liu D.C. Vapor-Liquid Phase Diagrams of Pb-Sn and Pb-Ag Alloys in Vacuum Distillation//Vacuum, 2015, vol. 119, pp. 179-184 DOI: 10.1016/j.vacuum.2015.05.017
- 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, iss. 8, pp. 2408-2415 DOI: 10.1016/S1003-6326(13)62748-X
- Upadhyay S.K. Chemical Kinetics and Reaction Dynamics. New Delhy, Anamaya Publishers. 2006. 256 р.
- Yang В. Study on Basic Regularity of the Vacuum Distillation of Pure lead. Kunming, Kunming University of Science and Technology, 1990. 92 p.
- Huang L., Lai H., Gan C., Xiong H., Luo X. Separation of Boron and Phosphorus from Cu-Alloyed Metallurgical Grade Silicon by CaO-SiO2-CaCl2 Slag Treatment//Separation and Purification Technology, 2016, vol. 170, pp. 408-416 DOI: 10.1016/j.seppur.2016.07.004
- Iida T., Guthrie R.I.L. The Physical Properties of Liquid Metals. Oxford UK, Clarendon Press, 1988. 288 р.
- Зайцев И.Д., Зозуля А.Ф., Асеев Г.Г. Машинный расчет физико-химических параметров неорганических веществ. М.: Химия, 1983. 256 с.
- Wilson G.M. Vapor-Liquid Equilibrium. XI: A New Expression for the Excess Free Energy of Mixing//J. Am. Chem. Soc., 1964, vol. 86, pp. 127-130.
