Obrabotka Metallov. 2017 no. 4(77)

OBRABOTKAMETALLOV № 4 (77) 2017 69 TECHNOLOGY зации отходов по сравнению с традиционными методами, например, пирометаллургической пе- реработкой и электролизом [2]. Теоретические предпосылки для разделения компонентов ме- таллических сплавов вакуумной дистилляцией можно оценить, сравнивая величины давления насыщенных паров чистых металлов ( Р* ) при заданной температуре, а также значения коэф- фициента разделения (β) легко- и трудновозго- няемых компонентов соответственно в газовой и жидкой фазах [3]. При расчете последнего по- казателя необходимо определить коэффициенты активности (γ) компонентов сплава в зависимо- сти от его состава и температуры системы [4]. Агрегатное состояние компонентов бинарно- го металлического сплава i - j при вакуумной пе- регонке в зависимости от его состава ( х ), темпе- ратуры ( Т ) и давления ( Р ) в исследуемой системе можно прогнозировать с помощью равновесных фазовых диаграмм «жидкость–газ» ( vapor liquid equilibrium – VLE ) « Т – х » и « Р – х », рассчитан- ных для бинарного сплава, в частности Sb–Ag, на основе молекулярной модели объемного вза- имодействия ( мolecular interaction volume mod- el – MIVM ) [5]. Согласно MIVM можно оценить термодинамические параметры (избыточную энергию Гиббса, энтальпию и энтропию) для границы раздела фаз «жидкость–газ» смеси i - j . При расчете термодинамических параметров за- действованы координационные числа ( Z ), моляр- ные объемы ( V m ) и потенциальные энергии пар- ного взаимодействия ( В ) компонентов сплава [6]. Объективные VLE зависимости важны для выбора температуры и давления системы, оцен- ки эффективности разделения компонентов сплава при вакуумной перегонке [7]. Обычно определение термодинамических характеристик из экспериментальных данных занимает много времени и требует значительных финансовых затрат. Следовательно, теоретический расчет является альтернативным и эффективным спо- собом получения информации о термодинами- ческих свойствах сплавов, особенно для много- компонентных систем [8]. С использованием названных моделей можно оценить термодина- мические параметры процесса взаимодействия компонентов сплава в жидкой фазе, прогнозиро- вать количественный и качественный состав по- лучаемых продуктов при вакуумной перегонке в составе возгонов (конденсат) и остатка. Целью работы являлось прогнозирование ка- чественного и количественного состава продук- тов вакуумной возгонки исходного Sb–Ag спла- ва посредством расчета равновесных состояний «газ–жидкость» ( VLE ), в том числе зависимо- сти состава фаз от температуры ( Т - х ) и давле- ния ( Р - х ) на основе модели MIVM , а также опре- деление термодинамических параметров про- цесса фазового перехода компонентов сплава. Методика исследований В равновесной системе «жидкость–газ» хи- мический потенциал (фугитивность) одного из компонентов в обеих фазах равен потенциалу другого и оба они соответствуют зависимости [9]   exp l i i i i i i i i V p p py p x RT                 , (1) где  i – фугитивность компонента i в газовой фазе; i   – коэффициент фугитивности насы- щенной жидкости чистого компонента i ; T и p – температура и давление в системе; * i ð – дав- ление насыщенных паров чистого компонента i при температуре T ; γ i – коэффициент активности компонента i в жидкой фазе при данных темпе- ратуре, давлении и мольной доле компонента i ; х i и у i – мольная доля компонента i в жидкой и га- зовой фазах соответственно; l i V – мольный объ- ем чистой жидкости i ; R – универсальная газовая постоянная. Остаточное давление в исследуемой системе достаточно низкое ( р ≤ 133 Па) и паровая фаза ведет себя как идеальный газ, откуда * Ô 1, 0, i i    а экспоненциальный член   exp 1 l i i V p p RT            . Таким образом, уравне- ние (1) можно упростить подобно модифициро- ванному закону Рауля [9]: i i i i py p x    . (2) Если жидкая смесь является идеальным рас- твором, то γ i = 1, уравнение (2). Для бинарного сплава i - j справедливо: x i + x j = 1, y i + y j = 1, (3)