KINETICS OF METALS EVAPORATION FROM SB–PB–AG LIQUID ALLOY IN VACUUM DISTILLATION
КИНЕТИКА ИСПАРЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ Sb–Pb–Ag СПЛАВА ПРИ ВАКУУМНОЙ ПЕРЕГОНКЕ

A.A. Korolev, S.A. Krayukhin, G.I. Maltsev
2017 Bulletin of the South Ural State University Series 'Metallurgy'  
Введение Вакуумная перегонка считается одним из самых эффективных и экологически чистых методов для разделения и очистки, переработки и рафинирования различных металлов. Она имеет ряд преимуществ, таких как относительно низкое потребление энергии, короткий производственный цикл, высокую рентабельность, отсутствие подлежащих утилизации отходов, по сравнению с традиционными методами, например, пирометаллургической переработкой и электролизом [1] [2] [3] [4] . Возмож-ности разделения черновых
more » ... ления черновых металлов путем расчета точки кипения и давления пара чистых компонентов-примесей и коэффициента разделения полиметаллических сплавов при различных экспериментальных условиях были изучены ранее [5] [6] [7] [8] . Результаты исследования показали содержание сурьмы и свинца менее 0,01 % в рафинированном серебре при вакуумной перегонке. В предыдущих работах были получены диаграмма равновесного состава «газ -жидкость» и диаграмма равновесных фаз «газ -жидкость» [9-11]. 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 (k Ме , 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 k Ме компонентов Sb-Pb-Ag сплава. Снижение давления в системе менее 133 Па способствует возгонке сурьмы, свинца и серебра. Ключевые слова: сурьма, свинец, серебро, сплав, разделение, кинетика, вакуумная перегонка, энергия активации. Металлургия техногенных и вторичных ресурсов
doi:10.14529/met170411 fatcat:vh2faau5abhsznpbxf3tnxqsrq