The Equilibrium of the System “Gas-Liquid” for Alloy Sb-Ag under Vacuum Distillation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Object of research: the paper is devoted to the creation of environmentally friendly, technologically efficient and cost-effective high-performance compatible circuit for the processing of lead-containing industrial products and wastes, in particular, silicate slag (SS), formed during copper electrolytic sludge melting, with commercial production of single products. Vacuum distillation is considered to be the one of the most effective and environmentally friendly methods for the separation and purification, processing and refining of various metals. To analyze the behavior of multicomponent alloy reclamation, pre-selection of temperature and pressure of the system, evaluate the effectiveness of component separation in a vacuum distillation, phase diagrams temperature-composition “ T-x” , pressure-composition “ P-x” is used. It is the purpose of the paper to calculate the equilibrium “gas-liquid” VLE (vapor liquid equilibrium), including the dependence of phase composition on temperature ( T-x ) and pressure ( P-x ) for Sb-Ag alloy with vacuum distillation based on the model MIVM (molecular interaction volume model), as well as determine of thermodynamic parameters of the process. Methods and approaches: calculation of the activity factors of components of Sb-Ag alloy is performed using three-dimensional model of molecular interaction volume model ( MIVM ). Novelty: the calculation of VLE diagrams using the model MIVM . Main results: in the temperature range 823-1073 K, the saturated vapor pressure (Pa) for silver (0.0053…50.544).10-6 and antimony (3.954…273.664) is calculated. High values of the ratio (74.488…0.514) × 107 and the separation factor logβSb = 5,842-12,253 create a theoretical background for the selective separation of these metals by vacuum distillation, when the antimony is enriched in the gas phase (βSb > 1), and silver in liquid. The mole fraction of silver in the gas phase у Ag = (0.00001…1296.8) × 10-8 increases with increasing temperature 823-1073 K and the molar fraction of the metal in the alloy х Ag = 0.1…0.9. Using the MIVM model the activity factors of antimony γSb = 0,060-0,945 and silver γAg = 0,000377-0,974 for Sb-Ag alloy with different composition in the investigated temperature range are calculated. The lever rule (rule lines) can be used for phase diagrams VLE to help predict the quantities of substances, residues and sublimates at a predetermined temperature. For the phase boundary “liquid-gas” Sb-Ag alloy the values of the excess Gibbs energy, enthalpy and entropy are as the follows: = 1.9…6.9 kJ/mol; = 2.03…8.77 kJ/mol; = 0,13…2,55 J/mol. K . Practical relevance: VLE phase diagrams alloys provide the necessary information for the design of technological parameters in industrial production, vacuum metallurgy, as well as for prediction the temperature and pressure of the process when obtaining Ag- and Sb-containing products of a given composition.

About the authors

A. A Korolev

JSC "Uralelektromed"

Email: gennadymaltsev@mail.ru
1, Prospect Uspensky, Verkhnyaya Pyshma, 624091, Russian Federation

S. A Krayukhin

JSC "Uralelektromed"

Email: S.Krauhin@elem.ru
1, Prospect Uspensky, Verkhnyaya Pyshma, 624091, Russian Federation

G. I Maltsev

JSC "Uralelektromed"

Email: mgi@elem.ru
1, Prospect Uspensky, Verkhnyaya Pyshma, 624091, Russian Federation

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».