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1、1第三章 有色合金中间产品的真空蒸馏分离 23.1 3.1 3.1 3.1 概述概述概述概述 在有色冶金工厂中在有色冶金工厂中在有色冶金工厂中在有色冶金工厂中, , , ,往往产出一些中间合金产品往往产出一些中间合金产品往往产出一些中间合金产品往往产出一些中间合金产品. . . .如炼锡厂产焊锡如炼锡厂产焊锡如炼锡厂产焊锡如炼锡厂产焊锡,炭渣炭渣炭渣炭渣 Pb-As-Sn Pb-As-Sn Pb-As-Sn .炼铅炼铅炼铅炼铅厂产银锌壳厂产银锌壳厂产银锌壳厂产银锌壳 Pb-Zn-Ag Pb-Zn-Ag Pb-Zn-Ag 、贵铅、贵铅、贵铅、贵铅 Pb-Ag Pb-Ag Pb-Ag .炼炼炼炼铋
2、车间也有银锌壳铋车间也有银锌壳铋车间也有银锌壳铋车间也有银锌壳Bi-Zn-AgBi-Zn-AgBi-Zn-Ag.锌厂产硬锌锌厂产硬锌锌厂产硬锌锌厂产硬锌 Zn- Zn- Zn- ,锌镉合金锌镉合金锌镉合金锌镉合金 , , , ,热热热热镀锌车间有锌渣镀锌车间有锌渣镀锌车间有锌渣镀锌车间有锌渣 Zn-Fe Zn-Fe Zn-Fe 等等等等等等等等, , , ,种类多种类多种类多种类多, , , ,成分各异成分各异成分各异成分各异. . . . 这些合金当然应当进一步处理、以回收其中金属这些合金当然应当进一步处理、以回收其中金属这些合金当然应当进一步处理、以回收其中金属这些合金当然应当进一步处理、
3、以回收其中金属, , , ,使之变为社会上需要的产品使之变为社会上需要的产品使之变为社会上需要的产品使之变为社会上需要的产品. . . . 另外另外另外另外, , , ,也还有一些再生金属物料也还有一些再生金属物料也还有一些再生金属物料也还有一些再生金属物料, , , ,包括一些工厂生包括一些工厂生包括一些工厂生包括一些工厂生产的边角废料产的边角废料产的边角废料产的边角废料. . . .如废蓄电池的铅、铝、镁合金车屑如废蓄电池的铅、铝、镁合金车屑如废蓄电池的铅、铝、镁合金车屑如废蓄电池的铅、铝、镁合金车屑, , , ,废废废废锌料、废黄铜料锌料、废黄铜料锌料、废黄铜料锌料、废黄铜料等等等等等等
4、等等. . . .品种和数量都很可观品种和数量都很可观品种和数量都很可观品种和数量都很可观, , , ,需要需要需要需要妥善处理妥善处理妥善处理妥善处理. . . . 真空冶金方法对这些物料中大部分处理起来颇为真空冶金方法对这些物料中大部分处理起来颇为真空冶金方法对这些物料中大部分处理起来颇为真空冶金方法对这些物料中大部分处理起来颇为有效有效有效有效, , , ,许多合金都研究过许多合金都研究过许多合金都研究过许多合金都研究过, , , ,有一些巳用于生产有一些巳用于生产有一些巳用于生产有一些巳用于生产. . . .3 合金往往其组分的含量都在两位数的百分数合金往往其组分的含量都在两位数的百分
5、数. .在作挥发物的理论计算时在作挥发物的理论计算时, ,每每一个组分的活度系数都随浓度而变一个组分的活度系数都随浓度而变. .不像粗金属中的杂质的活度系数不像粗金属中的杂质的活度系数i i为常数为常数 , ,对合金就要考虑全组成范围的对合金就要考虑全组成范围的i i值值, ,即考虑即考虑i-xii-xi的关系的关系. . 所用的设备所用的设备, ,也会因为各种合金的性质也会因为各种合金的性质, ,各种组分的特点需要在设备结构上各种组分的特点需要在设备结构上有差异有差异. .43.2 3.2 锌基合金的真空蒸馏处理锌基合金的真空蒸馏处理锌镍合金锌镍合金锌铝合金锌铝合金 热镀锌渣热镀锌渣（Zn-
6、Fe)Zn-Fe) 锌锡合金锌锡合金 锌镉合金锌镉合金 硬锌硬锌(Zn-Fe-(Zn-Fe-稀散金属稀散金属) )银锌壳（银锌壳（Ag-Zn-PbAg-Zn-Pb）锌基合金锌基合金的真空蒸的真空蒸馏处理馏处理5现行银锌壳处理流程真空法处理银锌壳流程 3.2.1 银锌壳的处理 迄今为止,世界各国火法精炼粗铅的工厂都是加锌到粗铅中,生成银锌壳 以除去粗铅中所含的银 然后由银锌壳中回收银及金.6其中三种元素的沸点和熔点有较大的差别：其中三种元素的沸点和熔点有较大的差别：3.2.1.1 银锌壳真空蒸馏的基本规律 三者的熔点以银的最高三者的熔点以银的最高, ,铅的最低铅的最低, ,锌较接近铅锌较接近铅.
7、 .由于由于PbZnPbZn二元系为分层二元系为分层系系, ,两元素间的结合能力较弱两元素间的结合能力较弱, ,而而ZnAgZnAg系形成若干种固溶体系形成若干种固溶体, ,显示其结合力较显示其结合力较强强. .因此因此, ,三者构成的三元系合金容易分层三者构成的三元系合金容易分层. .7 上层的比重较小上层的比重较小, ,含含AgAg、ZnZn较多；下层含铅高较多；下层含铅高, ,含含AgAg、ZnZn少少, ,比重较大比重较大. .故一般间故一般间断作业产出的银锌壳因分断作业产出的银锌壳因分层而成分很不均匀层而成分很不均匀, ,局部富局部富集某种元素的状况甚为严集某种元素的状况甚为严重重,
8、 ,取样分析的成分难以准取样分析的成分难以准确确. .8 各工厂所产银锌壳如表各工厂所产银锌壳如表3-1,3-1,它们的成分变动很大它们的成分变动很大. .多数是多相混多数是多相混合物合物, ,而在其中各元素分布不均而在其中各元素分布不均. . 这样的物料在加热过程中自然是这样的物料在加热过程中自然是一部分易熔的先熔化一部分易熔的先熔化, ,随温度升高而逐渐熔化全部随温度升高而逐渐熔化全部. .编号编号AgZnPbAuCu110.6910.776.543.323.42.275.50.01534.040540.0152.0压榨过的压榨过的103060连续除银的连续除银的1520606515200
9、.0160.00190.4在盐层下熔析过的在盐层下熔析过的25658109分别计算三种纯物质的饱和蒸气压600700 800 900 1000 1100 1.551038.151033.11049.321042.331055.08105610-28.510-17.24.21011.881026.631026.7610-63.0510-46.7410-38.710-27.810-14.682.291082.671074.591061.071062.891051.081058.871032.781031.061034.831022.411021.42102 在相同温度下在相同温度下, ,三元素的饱
10、和蒸汽压相差甚大三元素的饱和蒸汽压相差甚大, ,以锌的最高以锌的最高, ,并随温度的升并随温度的升高相差减少高相差减少. .锌和铅相差也在千倍以上锌和铅相差也在千倍以上. .10 这个三元系缺少这个三元系缺少ii的数据的数据, ,而不能用预算的办法来估计它在真空而不能用预算的办法来估计它在真空蒸馏时的变化蒸馏时的变化. . 考虑到三元系中考虑到三元系中ZnZn纯物质的饱和蒸气压最高纯物质的饱和蒸气压最高, ,优先挥发优先挥发, ,可分别用可分别用Zn-AgZn-Ag系和系和Zn-PbZn-Pb系研究其气相成分系研究其气相成分. . Zn-Ag Zn-Ag系和系和Zn-PbZn-Pb系估算表明系
11、估算表明,Ag-Zn-Pb,Ag-Zn-Pb合金蒸馏时合金蒸馏时,Zn,Zn优先挥发优先挥发, ,直直到合金中到合金中ZnZn挥发降至挥发降至0.01,0.01,气相中也只有气相中也只有Ag1.6810-5Ag1.6810-5和和Pb3.3810-Pb3.3810-2,2,绝大多数仍然是锌绝大多数仍然是锌. .因此因此, ,银锌壳真空蒸馏银锌壳真空蒸馏, ,首先得到的产物是锌和铅首先得到的产物是锌和铅银合金银合金. .11 有报导真空蒸馏银锌壳有报导真空蒸馏银锌壳 45.45 Cu时残留时残留合金成分与蒸馏时间的关系如图合金成分与蒸馏时间的关系如图3-4.3-4. 表明锌优先挥发表明锌优先挥发
12、. .在开始的在开始的l l3h3h中中挥发最快挥发最快, ,由每小时挥发由每小时挥发6kg6kg下降到约下降到约200g,200g,以后的几小时中仅有微小的降低以后的几小时中仅有微小的降低. .其其中的铅则以近乎等速度中的铅则以近乎等速度 减少减少, ,每小时减少约每小时减少约420g,420g,银的数量几乎银的数量几乎不变不变. .图3-4 银锌壳蒸馏的时间与成分的关系加料：12000g,温度：900,残压：2.263.33Pa12在较高温度在较高温度 下处理银锌下处理银锌壳壳 63.7 ,Fe,图图3-53-5的结果的结果. . 3h 3h可将锌基本挥发完、铅也在可将锌基本挥发完、铅也在
13、7h7h后挥发几尽后挥发几尽, ,而银不挥发或极少挥而银不挥发或极少挥发发. .最后余留的即成为粗银最后余留的即成为粗银, ,它的熔它的熔点也应该相应地升高至银的熔点附点也应该相应地升高至银的熔点附近近. .图3-5 银锌壳No.2蒸馏加料：8854g,温度：950,残压：2.264.27Pa13 上述情况说明上述情况说明, ,银锌壳中蒸出锌可以优先完成银锌壳中蒸出锌可以优先完成, ,而铅的挥发较慢而铅的挥发较慢, ,而且需要而且需要950950以上的温度以上的温度, ,才能较快而彻底地办到才能较快而彻底地办到. .在铅相当完全地挥发的条件下在铅相当完全地挥发的条件下, ,银银挥发很少挥发很少
14、. . 这些就是现在仍保持着先蒸锌这些就是现在仍保持着先蒸锌, ,然后再蒸铅然后再蒸铅. .或第二步灰吹使铅氧化的原或第二步灰吹使铅氧化的原因因. . 14 有一种炉子称为来弗赫炉有一种炉子称为来弗赫炉 , ,在在19521952年开始试验年开始试验,1957,1957年在杂志上公布年在杂志上公布. .这种真空炉用石墨棒作电阻这种真空炉用石墨棒作电阻, ,以加热炉料以加热炉料. .此炉已用于此炉已用于德国、比利时、西班牙、英国等地德国、比利时、西班牙、英国等地. . 在此炉使用之前在此炉使用之前, ,铅厂用常压罐子蒸馏铅厂用常压罐子蒸馏.1899.1899年霍夫曼的年霍夫曼的 铅冶金铅冶金 术
15、中已术中已有详细的介绍有详细的介绍, ,称为非白费尔炉称为非白费尔炉 , ,为一种烧油加热为一种烧油加热的炉子的炉子, ,内放个罐子内放个罐子, ,罐内装料罐内装料, ,在炉子外面有一个冷凝器在炉子外面有一个冷凝器, ,罐内温度可达罐内温度可达100010001100,1100,冷凝器内达冷凝器内达450450500,500,可使银锌壳中的锌回收可使银锌壳中的锌回收65658080, ,这种炉子一直用到现在这种炉子一直用到现在, ,现在的炉子机械化较高现在的炉子机械化较高, ,规模较大规模较大. . 当真空电阻炉成功应用之后当真空电阻炉成功应用之后, ,得到逐步推广得到逐步推广, ,常压罐子蒸
16、馏炉被替代常压罐子蒸馏炉被替代. . 3.2.1.2 真空电阻炉处理银锌壳15 此炉由两大部分组成此炉由两大部分组成, ,即蒸发室即蒸发室 和左侧的冷凝室和左侧的冷凝室. .炉料分炉料分批批, ,经过可以密封的炉门加到炉内经过可以密封的炉门加到炉内. .料上方有石墨电阻体通电发热料上方有石墨电阻体通电发热, ,向料面向料面辐射热量辐射热量. .料被熔化料被熔化, ,锌挥发锌挥发, ,锌蒸气经通道进入左侧的冷凝器锌蒸气经通道进入左侧的冷凝器, ,冷凝后成液冷凝后成液体积存体积存, ,冷凝器左端顶部有管道连真空泵系统抽空冷凝器左端顶部有管道连真空泵系统抽空. .炉内银锌壳蒸馏至锌已炉内银锌壳蒸馏至锌已排除排除, ,则停炉开口放出铅银合金则停炉开口放出铅银合金, ,冷凝器也开口冷凝器也开口, ,放出锌液放出锌液. .炉内温度炉内温度750750800,800,冷凝器内冷凝器内450,450,炉内残压炉内残压1.33kPa1.33kPa、炉内功率、炉内功率100kw,100kw,能量总消耗为每吨料能量总消耗为每吨料800800850kwh 850kwh ,t,Zn,处理量处理量2t2td.d.
