Abstract:
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 х Pb = 0,1–0,9. С использованием модели MIVM рассчитаны коэффициенты активности
свинца = 0,474–0,999 и серебра = 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:
= 0,01–1,34 кДж/моль; –
= 0,32–1,53 кДж/моль;
= 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. In the processing of lead a silver foam (SP) is formed, which requires complex processing, with
commercial production of single products. One of the possible ways of SP recovery is vacuum distillation,
which is considered one of the most effective and environmentally friendly methods for
the separation and purification, processing and refining of various metals. To pre-select the temperature
and pressure of the system, evaluate the effectiveness of component separation in a vacuum distillation
one uses phase diagrams. The aim of this work consists in calculating the equilibrium “gas–
liquid” (VLE, vapor-liquid equilibrium), including the dependence of phase composition on temperature
(T–x) and pressure (P–x) for Pb–Ag alloy during vacuum distillation based on the molecular
interaction volume model (MIVM). In the temperature range of 1073–1773 K the pressure of saturated
steam is calculated for Pb (1.5·10–1–4.86·102) and Ag (5.1·10–5–6.6). High values of the ratio
R*
Pb / R*
Ag = 2.9·103–74) and separation factor βPb = 1.8–3.9 provide the theoretical preconditions for
the selective separation of these metals by vacuum distillation, when the lead is enriched in the gas
phase (βPb > 1), and silver in the liquid. The mole fraction of lead in the gas phase уPb = 0.878–0.999
increases with increasing temperature 1073–1773 K and the molar fraction of the metal in the alloy
xPb = 0.1–0.9. Using the MIVM model activity coefficients of lead γPb= 0.474–0.999 and silver
γAg= 0.331–0.999 were calculated for Pb–Ag alloy under different composition in the investigated
temperature range. For VLE phase diagrams the lever rule can be used to help predict quantities of
substances, residues and sublimates at a predetermined temperature. For the phase boundary “liquid –
gas” of Pb–Ag alloy the values of the excess Gibbs energy, enthalpy and entropy are determined:
Gm
E = 0.01–1.34 kJ/mol; –Hm
E = 0.32–1.53 kJ/mol; Sm
E = 0.52–1.65 kJ/mol.K. VLE phase diagrams
of alloys provide the necessary information for the design of technological parameters in industrial
production, vacuum metallurgy, as well as for predicting the necessary composition of Pb–Ag alloy,
depending on temperature and pressure during vacuum distillation.
Description:
Королев Алексей Анатольевич, главный инженер, АО «Уралэлектромедь», г. Верхняя
Пышма; А.Korolev@elem.ru.
Краюхин Сергей Александрович, канд. техн. наук, начальник Исследовательского центра,
АО «Уралэлектромедь», г. Верхняя Пышма; S.Krauhin@elem.ru. A.A. Korolev, А.Korolev@elem.ru,
S.A. Krayukhin, S.Krauhin@elem.ru,
G.I. Maltsev, mgi@elem.ru
JSC “Uralelektromed”, Verkhnyaya Pyshma, Russian Federation
Мальцев Геннадий Иванович, д-р техн. наук, с.н.с., главный специалист Исследовательского центра, АО «Уралэлектромедь», г. Верхняя Пышма; mgi@elem.ru.