有色金屬真空冶金的技術(shù)分析

張燕斌，林華國，鞏翠新

（廣州市萬保職業(yè)安全事務(wù)有限公司，廣東 廣州 510630）

真空冶金快速進步的前提是真空設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展、真空技術(shù)的改革，上世紀在有色金屬冶金中運用到有關(guān)真空過程中，比如鉛錫合金真空蒸餾技術(shù)。隨后研究出的臥式真空爐處理熱度硬鋅、真空煉鋰、粗鎘蒸餾等技術(shù)廣泛使用在生產(chǎn)中。

1 真空冶金原理

1.1 判斷合金分離可能性

通過分析熱力可知，分離系數(shù)能夠判斷出粗金屬構(gòu)成，同時也可判斷出合金使用蒸餾分離的可實時性，兩組分體系公式為：

式中：γi和P*是組分i 的活度系數(shù)與蒸汽壓。γi和組分i 濃度有著聯(lián)系，同時也和溫度有關(guān)。溫度是由純組分的物質(zhì)i 和蒸汽壓P*i決定。β 大于1 時，元素1 處于氣象富集；β 小于1 時，元素1 處于液相富集中。蒸餾在兩種狀況下能夠分離兩種元素。β 等于1 時，蒸餾的氣相和凝聚相的成分相同，無法將兩種元素分離出來。

1.2 真空中金屬揮發(fā)性

大氣中在開展金屬蒸餾和合金蒸餾時，存在著一些困難，一方面是蒸餾溫度會比物料沸點溫度要高，從而確保實驗在高溫下開展，一方面是大氣層的氧氣由于蒸餾溫度氧化金屬。傳統(tǒng)冶金金屬有鋅、汞等，由于此類金屬沸點低，因此可使用蒸發(fā)法。傳統(tǒng)冶金金屬在真空中無氧化作用發(fā)生，金屬蒸發(fā)溫度過低，進而可快速實現(xiàn)金屬蒸餾和蒸發(fā)，例如鉛沸點是1740 ℃，鉛在真空中可以蒸發(fā)鉛，僅需要保持在10 Pa 的真空中即可讓鉛快速揮發(fā)。在真空推動著金屬快速蒸發(fā)，但不等同于真空度越高越好。

2 鉛銀合金、鉍銀合金技術(shù)的真空蒸餾

鉛銀合金或者是含銀粗纖提鉛，選擇灰吹法，通過鉛氧化的方式將殘留物金屬銀留下。此方法有效的將鉛元素轉(zhuǎn)化為氧化物，但會立即變化將氧化物還原成熔煉成為鉛，耗費時間、人力和物力。為將鉛銀合金分開，可在真空中通過蒸餾法把兩者分開，使其變?yōu)殂y與鉛，并且可以獲得金屬鉛與粗銀。在各種成分范圍中觀察液態(tài)狀況，從而在1200 ℃下獲得鉛產(chǎn)物，其含銀量僅占據(jù)10-6～10-7，在合金中仍有剩余銀富集。原料Ag 在0.1～0.9 時氣相物質(zhì)包含Ag10-2～10-3，有可能把鉛和銀分開，從而獲取粗銀和金屬鉛，在工業(yè)型真空爐中能夠把此項作業(yè)實現(xiàn)。在鉍銀合金中，鉍的性質(zhì)和鉛類似，使用真空蒸餾法把鉍和銀分開，此項技術(shù)已研發(fā)多年，可使用富銀合金二次蒸餾，獲取粗銀。

3 粗鉛真空蒸餾

云南某廠，經(jīng)常使用粗鉛含錫。傳統(tǒng)的方式是通過堿性氧化或是直接氧化法，氧化耗時長，為解決此種不足可選擇真空蒸餾法。鉛錫液相平衡成分證明在1000℃時，真空蒸餾粗鉛，在原料含錫比10-1小時，獲得氣態(tài)物質(zhì)是Sn10-5,錫仍舊被留在合金中，成金屬于回收狀態(tài)。粗鉛蒸餾中的殘留元素包含銀、銅和鐵等。

4 銻鉛合金真空蒸餾

銻礦中包含著許多鉛，冶煉作業(yè)分離包含的銻和鉛元素仍舊是難題，在國外也經(jīng)常出現(xiàn)此種情況，我國至今仍舊未找到有效的解決問題，只能生產(chǎn)高鉛銻，但卻沒有辦法生產(chǎn)出精銻。

我國從1982 年便開始研究銻鉛合金真空蒸餾課題，從銻鉛合金角度來講分為兩種狀況，一種是含鉛粗銻，含鉛量大約在0.6%～9%，其中包含“高鉛銻”；一種是鉛銻合金，包含鉛量已有百分之幾十。高鉛銻在真空蒸餾技術(shù)中獲得較好的效果，經(jīng)相關(guān)參考數(shù)據(jù)可知，活度系數(shù)γ 與摩爾分數(shù)N 計算。

若原料含鉛量比較少，通常情況下小于10% ,獲得氣相成分Sbg 會比較高。在真空蒸餾條件下放入高鉛銻，可獲得少量含鉛的銻，但在鉛銻礦的粗合金（Pb 含量占據(jù)60%，Sb 含量占據(jù)40%）中可使用真空蒸餾的方法將鉛銻分離。

5 合金和其他粗金屬分離

5.1 粗鋅真空精煉

因鋅的熔點（420 ℃）和沸點（970 ℃）比較低,由此可知，鋅在真空中精煉時，溫度會快速下降,鋅的蒸發(fā)速度也會加快,比在常壓下蒸發(fā)速度更快。但由于精餾精煉技術(shù)設(shè)備與方法成熟，通常使用在生產(chǎn)中，讓人們忽略了真空精煉鋅，由此進展變慢。

5.2 錳鐵真空蒸餾提取錳

在生產(chǎn)中通過電解法生產(chǎn)金屬錳，通過錳礦生產(chǎn)時間長，費用昂貴，在研究中使用錳鐵真空蒸餾法獲得錳，獲得認可，值得進一步延伸實驗。

6 礦石與冶金產(chǎn)物的真空處理

化合物、冶金和礦等產(chǎn)物均可在真空中加熱蒸發(fā)，從而快速的把構(gòu)成成分分開，將某些化合物蒸發(fā)和分解。

含鋅量通常占據(jù)8%會直接將其熔煉在冰銅和鋅中，讓冰銅和鋅分散在冰銅渣中，回收鋅技術(shù)在此過程中比較困難。經(jīng)過研究真空加熱處理技術(shù)可知，處理的銅精礦已熔化成變?yōu)楸~，組成含量是銅、鐵以及鋅，鋅大約揮發(fā)了90%以上。揮發(fā)物在冷凝后大約占據(jù)的比例是Zn 占據(jù)33%，Bi2.31%,Cd0.6%等，由此可看出鋅的分離比較完整，同時可將其集中在冷凝物里面，蒸餾的殘留物已變成超純的冰銅。

7 結(jié) 語

綜上所述，在有色金屬中應(yīng)用真空技術(shù)，把冶金過程的作業(yè)環(huán)境由常壓改為真空。真空技術(shù)是最近半世紀的新型事物，改變了冶金作業(yè)環(huán)境。過去某些冶金作業(yè)無法實現(xiàn)，此時能夠在真空中進行，比如金屬蒸餾?；蛘呖梢栽谡婵罩邢h(huán)境污染。但真空冶金時間有效，需要不斷研發(fā)新興設(shè)備和健全技術(shù)。在此種情況下，真空冶金技術(shù)快速發(fā)展，不斷擴大作用，在今后的發(fā)展中將會不斷涌現(xiàn)出真空冶金過程與設(shè)備，為有色金屬真空冶金技術(shù)研究提供參考。