Фазовые равновесия для Pb–Zn–Аg сплава при вакуумной дистилляции

А. А. Королев, С. А. Краюхин, Г. И. Мальцев.

АННОТАЦИЯ:

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 (Тх) при заданном давлении для бинарных сплавов Pb–Ag и Pb–Zn при вакуумной перегонке на основе модели MIVM (мolecular interaction volume model); в прогнозировании параметров тройного сплава Pb–Zn–Ag на основе уравнения Вильсона. В интервале температур 1073–1773 K для Pb–Ag сплава и Т = 873–1573 K для Pb–Zn сплава рассчитаны давления насыщенного пара для Zn (1.55 ⋅ 103–1.76 ⋅ 106), Pb (1.5 ⋅ 10–1–4.86 ⋅ 102) и Ag (5.1 ⋅ 10–5–6.6). Высокие значения соотношения (P*Zn/P*Pb ) ⋅ 104 = 1.71–123.2 и P*Pb/P*Ag= 2.9 ⋅ 103–74.0 создают теоретические предпосылки для последовательного селективного выделения этих металлов вакуумной дистилляцией, когда цинк, а затем и свинец обогащаются в газовой фазе, а серебро – в жидкой. Для фазовых диаграмм VLE может быть использовано правило рычага (правило отрезков) для прогнозирования количества вещества, остатков и возгонов при заданной температуре. При расчете параметров тройного сплава по уравнению Вильсона достаточно использовать показатели, полученные для бинарных систем. Определены долевая свободная энергию Гиббса, энтальпия и энтропия для компонентов в Pb–Zn–Аg расплавах. По мере увеличения долей металлов в исходном сплаве величины термодинамических параметров снижаются. Отрицательные значения энтальпии свидетельствуют об экзотермическом характере процессов в расплаве при дистилляции компонентов. Показано удовлетворительное соответствие между расчетными и экспериментальными величинами термодинамических параметров: среднее относительное отклонение 1.9%; среднее квадратичное отклонение 0.1 кДж/моль. Приемлемое соответствие фазовых VLE диаграмм с данными эксперимента показывает, что использованный метод расчета является надежным способом для прогнозирования условий разделения компонентов исходного сплава и состава получаемых продуктов при вакуумной дистилляции, что обеспечивает эффективный и удобный способ управления процессом.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

равновесная фазовая диаграмма, вакуумная дистилляция, молекулярная объемная модель взаимодействия, энергия Гиббса, уравнение Вильсона.