РАВНОВЕСНЫЕ СИСТЕМЫ «ГАЗ-ЖИДКОСТЬ» ДЛЯ СПЛАВА Sb-Ag ПРИ ВАКУУМНОЙ ДИСТИЛЛЯЦИИ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Объект исследования: статья посвящена вопросу создания экологически безопасной, технологически эффективной и экономически выгодной высокопроизводительной комплексной схемы по переработке свинецсодержащих промпродуктов и отходов, в частности, силикатного шлака (CШ), образующегося при плавке медеэлектролитного шлама, с получением товарных моноэлементных продуктов. Для анализа поведения поликомпонентного сплава в процессе переработки, предварительного выбора температуры и давления системы, оценки эффективности разделения компонентов при вакуумной перегонке используют фазовые диаграммы температура-состав « Т-х » и давление-состав « Р-х ». Цель работы: расчет равновесных состояний «газ-жидкость» VLE ( vapor liquid equilibrium ), в том числе зависимости состава фаз от температуры ( Т - х ) и давления ( Р - х ) для Sb-Ag сплава при вакуумной перегонке на основе модели MIVM ( мolecular interaction volume model ), а также определение термодинамических параметров процесса. Используемые методы и подходы: расчет коэффициентов активности компонентов Sb-Ag сплава выполнен с помощью объемной модели молекулярного взаимодействия мolecular interaction volume model ( MIVM ). Новизна: расчет диаграмм VLE с использованием модели MIVM . Основные результаты: в интервале температур 823…1073 К рассчитаны давления насыщенного пара (Па) для Ag (0,0053…50,544) × 10-6 и Sb (3,954…273,664). Высокие значения р *Sb/ р *Ag = (74,488…0,514) × 107 и коэффициента разделения logβSb = 5,842…12,253 создают теоретические предпосылки для селективного выделения этих металлов вакуумной дистилляцией, когда сурьма обогащается в газовой фазе (βSb > 1), а серебро - в жидкой. Мольная доля cеребра в газовой фазе у Ag = (0,00001…1296,8) × 10-8 увеличивается с ростом температуры 823-1073 К и мольной доли металла в сплаве х Ag = 0,1…0,9. С использованием модели MIVM рассчитаны коэффициенты активности сурьмы QUOTE = 0,060…0,945 и серебра gAg = 0,000377…0,974 для Sb-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» Sb-Ag сплава определены значения избыточных энергии Гиббса, энтальпии и энтропии: = 1,9…6,9 кДж/моль; - = 2,03…8,77 кДж/моль; = 0,13…2,55 Дж/моль × К. Практическая значимость: фазовые диаграммы VLE сплавов обеспечивают необходимой информацией для проектирования технологических параметров промышленного производства вакуумной металлургии, а также для прогнозирования температуры и давления процесса с целью получении Ag- и Sb-содержащих продуктов заданного состава.

Об авторах

Алексей Анатольевич Королев

Акционерное общество «Уралэлектромедь»

Email: gennadymaltsev@mail.ru
пр. Успенский, 1, г. Верхняя Пышма, 624091, Россия

Сергей Александрович Краюхин

Акционерное общество «Уралэлектромедь»

Email: S.Krauhin@elem.ru
пр. Успенский, 1, г. Верхняя Пышма, 624091, Россия

Геннадий Иванович Мальцев

Акционерное общество «Уралэлектромедь»

Email: mgi@elem.ru
пр. Успенский, 1, г. Верхняя Пышма, 624091, Россия

Список литературы

  1. Berman A. Total pressure measurements in vacuum technology. - 1st ed. - New York: Academic Press, 1985. - 412 p. - eISBN: 9781483273792.
  2. Winkler O., Bakish R. Vacuum metallurgy. - Amsterdam: Elsevier Science Ltd., 1971. - 906 р. - ISBN-10: 0444408576. - ISBN-13: 978-0444408570.
  3. Jia G.-b., Yang B., Liu D.-c. Deeply removing lead from Pb-Sn alloy with vacuum distillation // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. - 2013. - Vol. 23, iss. 6. - P. 1822-1831. - doi: 10.1016/S1003-6326(13)62666-7.
  4. Process optimization for vacuum distillation of Sn-Sb alloy by response surface methodology / A. Wang, Y. Li, B. Yang, B. Xu, L. Kong, D. Liu // Vacuum. - 2014. - Vol. 109. - P. 127-134. - doi: 10.1016/j.vacuum.2014.07.013.
  5. Dai Y.N. Vacuum metallurgy of nonferrous metals. - Beijing: Metallurgical Industry Press, 2009. - P. 72.
  6. Recycling of metals from waste Sn-based alloys by vacuum separation / B. Yang, L.-x. Kong, B.-q. Xu, D.-c. Liu, Y.-N. Dai // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. - 2015. - Vol. 25, iss. 4. - P. 1315-1324. - doi: 10.1016/S1003-6326(15)63730-X.
  7. Research on the removal of impurities from crude nickel by vacuum distillation / D.C. Liu, B. Yang, F. Wang, Q.C. Yu, L. Wang, Y.N. Dai // Physics Procedia. - 2012. - Vol. 32. - P. 363-371. - doi: 10.1016/j.phpro.2012.03.570.
  8. Dai Y.N., Yang B. Non-ferrous metals and vacuum metallurgy. - Beijing: Metallurgical Industry Press, 2000. - P. 40.
  9. Smith J.M., Van Ness H.C., Abbott M.M. Introduction to chemical engineering thermodynamics. - 6th ed. - New York: McGraw-Hill, 2001. - 749 p. - ISBN-10: 0000053759. - ISBN-13: 978-0000053756.
  10. Tao D.P. A new model of thermodynamics of liquid mixtures and its application to liquid alloys // Thermochimica Acta. - 2000. - Vol. 363, iss. 1-2. - P. 105-113. - doi: 10.1016/S0040-6031(00)00603-1.
  11. Determination and modeling of the thermodynamic properties of liquid calcium-antimony alloys / S. Poizeau, H.J. Kim, J.M. Newhouse, B.L. Spatocco, D.R. Sadoway // Electrochimica Acta. - 2012. - Vol. 76. - P. 8-15. - doi: 10.1016/j.electacta.2012.04.139.
  12. Thermodynamic properties of calcium-magnesium alloys determined by emf measurements / J.M. Newhouse, S. Poizeau, H. Kim, B.L. Spatocco, D.R. Sadoway // Electrochimica Acta. - 2013. - Vol. 91. - P. 293-301. - doi: 10.1016/j.electacta.2012.11.063.
  13. Thermoelectric property of bulk CaMgSi intermetallic compound / N. Miyazaki, N. Adachi, Y. Todaka, H. Miyazaki, Y. Nishino // Journal of Alloys and Compounds. - 2017. - Vol. 691. - P. 914-918. - doi: 10.1016/j.jallcom.2016.08.227.
  14. Materials science and technology: a comprehensive treatment. Vol. 1. Structure of solids / ed. by V. Gerold. - Weinheim: VCH, 1993. - 621 p.
  15. Selected values of the thermodynamic properties of binary alloys / R. Hultgren, P.D. Desai, D.T. Hawkins, M. Geiser, K.K. Kelley. - Metals Park, OH: American Society for Metals, 1973. - 1435 p.
  16. Dai Y., Yang B. Vacuum metallurgy for non-ferrous metals and materials. - Beijing: Metallurgical industry Press, 2000. - 124 p. (In Chinese).
  17. Application of molecular interaction volume model in vacuum distillation of Pb-based alloys / H.W. Yang, B. Yang, B.Q. Xu, D.C. Liu, D.P. Tao // Vacuum. - 2012. - Vol. 86, iss. 9. - P. 1296-1299. - doi: 10.1016/j.vacuum.2011. 11.017.
  18. Experimental investigation and modelling of phase equilibria for the Ag-Cu-Pb system in vacuum distillation / W.L. Jiang, C. Zhang, N. Xu, B. Yang, B.Q. Xu, D.C. Liu, H.W. Yang // Fluid Phase Equilibria. - 2016. - Vol. 417. - P. 19-24. - doi: 10.1016/j.fluid.2016.02.026.
  19. Measurement and modeling of phase equilibria for Sb-Sn and Bi-Sb-Sn alloys in vacuum distillation / C.B. Nan, H. Xiong, B.-q. Xu, B. Yang, D.C. Liu, H.W. Yang // Fluid Phase Equilibria. - 2017. - Vol. 442. - P. 62-67. - doi: 10.1016/j.fluid.2017.03.016.
  20. Kinetics of Pb evaporation from Pb-Sn liquid alloy in vacuum distillation / J.Y. Zhao, H.W. Yang, C.B. Nan, B. Yang, D.C. Liu, B.-q. Xu // Vacuum. - 2017. - Vol. 141. - P. 10-14. - doi: 10.1016/j.vacuum.2017.03.004.
  21. Vapor-liquid phase equilibria of binary tin-antimony system in vacuum distillation: experimental investigation and calculation / L.-x. Kong, J. Xu, B.-q. Xu, S. Xu, B. Yang // Fluid Phase Equilibria. - 2016. - Vol. 415. - P. 176-183. - doi: 10.1016/j.fluid.2016.02.012.
  22. Experimental and modeling vapor-liquid equilibria: separation of Bi from Sn by vacuum distillation / C.В. Nan, H.W. Yang, B. Yang, D. Liu, H. Xiong // Vacuum. - 2017. - Vol. 135. - P. 109-114. - doi: 10.1016/j.vacuum.2016.10.035.
  23. Study on azeotropic point of Pb-Sb alloys by ab-initio molecular dynamic simulation and vacuum distillation / B. Song, N. Xu, W. Jiang, B. Yang, X. Chen, B. Xu, L. Kong, D. Liu, Y. Dai // Vacuum. - 2016. - Vol. 125. - P. 209-214. - doi: 10.1016/j.vacuum.2016.01.004.
  24. Experimental investigation and calculation of vapor-liquid equilibria for Cu-Pb binary alloy in vacuum distillation / C. Zhang, W.L. Jiang, B. Yang, D.C. Liu, B.Q. Xu, H.W. Yang // Fluid Phase Equilibria. - 2015. - Vol. 405. - P. 68-72. - doi: 10.1016/j.fluid.2015.07.043.
  25. Диаграммы состояния двойных металлических систем. В 3 т. Т. 1: справочник / под общ. ред. Н.П. Лякишева. - М.: Машиностроение, 1996. - 992 с. - ISBN 5-217-02688-X.
  26. Application of molecular interaction volume model in separation of Pb-Sn-Sb ternary alloy by vacuum distillation / L.-x. Kong, B. Yang, B.-q. Xu, Y.-f. Li, L. Li, D.-c. Liu, Y.-n. Dai // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. - 2013. - Vol. 23, iss. 8. - P. 2408-2415. - doi: 10.1016/S1003-6326(13)62748-X.
  27. Separation and enrichment of PbS and Sb2S3 from jamesonite by vacuum distillation / Z.W. Dong, H. Xiong, Y. Deng, B. Yang, J.Y. Zhao, Y.N. Dai, J.J. Wang // Vacuum. - 2015. - Vol. 121. - P. 48-55. - doi: 10.1016/j.vacuum.2015.07.009.
  28. Application of MIVM for Pb-Sn-Sb ternary system in vacuum distillation / L.X. Kong, B. Yang, B.Q. Xu, Y.F. Li, D.C. Liu, Y.N. Dai // Vacuum. - 2014. - Vol. 101. - P. 324-327. - doi: 10.1016/j.vacuum.2013.10.004.
  29. Application of MIVM for phase equilibrium of Sn-Pb-Sb system in vacuum distillation / L. Kong, B. Yang, B. Xu, Y. Li, D. Liu, Y. Dai // Fluid Phase Equilibria. - 2014. - Vol. 364. - P. 1-5. - doi: 10.1016/j.fluid.2013.12.003.
  30. Баранов М.А. Сферическая симметрия электронных оболочек атомов и стабильность кристаллов // Электронный физико-технический журнал. - 2006. - Т. 1. - С. 34-48.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).