А. А. Королев, К. Л. Тимофеев, Г. И. Мальцев.
АННОТАЦИЯ
При обезвисмучивании свинца образуется Pb–Bi продукт, требующий комплексной переработки, с получением товарных моноэлементных материалов. Одним из возможных способов переработки 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) при заданном давлении для бинарных сплавов Pb–Bi при вакуумной перегонке на основе моделей MIVM (мolecular interaction volume model) и упрощенной – SMIVM (simple мolecular interaction volume model), включающей меньшее число изменяющихся параметров системы, в частности, при фиксированных значениях координационных чисел Zi и молекулярного объема Vmi компонентов сплавов. В результате подтверждена адекватность модели SMIVM в используемом расчетном методе. На фазовых диаграммах VLE кривые паровой и жидкой фаз расположены достаточно близко друг к другу, потому что разница между температурами кипения Bi (1837 К) и Pb (2022 К) составляет всего 185 K. Исходя из T–x и Р–x диаграмм, даже при небольшом исходном содержании свинца (1–10 мол. % Pb) в составе Pb–Bi сплава в Bi-конденсат переходит 36–51% свинца при заданном давлении 13.3–1330 Па и температуре 1093–1418 К или при фиксированных значениях температуры 1073–1473 К и давлении 8–2600 Па. Следовательно, качественно разделить сплав Pb–Bi обычной дистилляцией или фракционированием в одну стадию не представляется возможным, поскольку Pb и Bi испаряются практически одновременно в газовую фазу при нагревании сплава в вакууме. Для эффективного разделения Pb–Bi сплава должен использоваться процесс подобный ректификации, осуществляемый в вакуумных аппаратах с вертикальной насадкой, состоящей из большого числа испарительных тарелей, и градиентом температур по высоте. Жидкая фаза сплава, подаваемая на верхнюю тарель с минимально заданной предварительно обоснованной температурой, по мере продвижения вниз и увеличения температуры расплава будет обогащаться трудно возгоняемым компонентом сплава, а движущаяся ей навстречу газовая фаза – легко возгоняемым металлом, который конденсируется в составе возгона в верхнем сегменте насадки.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
свинец, висмут, равновесная фазовая диаграмма, вакуумная дистилляция, обычная и упрощенная молекулярные объемные модели взаимодействия
DOI:10.31857/S0235010620030056