Обработка металлов

Равновесные фазовые диаграммы сплава Zn–Ag

Том 20, № 3 Июль - Сентябрь 2018

Авторы:

Королёв Алексей Анатольевич,

Мальцев Геннадий Иванович,

Тимофеев Константин Леонидович,

Лобанов Владимир Геннадьевич

DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2018-20.3-72-84

Скачать полный текст

Интерактивный просмотр

Аннотация
Авторы
Список литературы

Аннотация

Объект исследования: при рафинировании чернового свинца от примесей металлическим цинком на поверхности жидкого расплава образуется серебристая пена (СП), содержащая свинец, цинк и серебро. Для разделения компонентов СП возможно примение вакуумной перегонки, являющейся одной из самых экологически безопасных и высокопроизводительных технологий в пирометаллургии. Предварительный анализ поведения полиметаллических сплавов в процессе дистилляции, в частности состав продуктов возгонки и степень разделения компонентов сплава при заданных значениях температуры и давления, осуществляют при помощи рассчитанных равновесных фазовых диаграмм VLE (vapor liquid equilibrium), например, температура–состав «Т–х» и давление–состав «Р–х». Цель работы: расчет равновесных состояний «газ–жидкость», соотношения жидкой (х) и газовой (y) фаз при заданных значениях температуры (Т) и давления (Р) для бинарного Zn-Ag сплава при вакуумной перегонке СП. Используемые методы и подходы: при построении VLE коэффициенты активности компонентов Zn-Ag сплава вычислены согласно объемной модели молекулярного взаимодействия мolecular interaction volume model (MIVM). Новизна: получена оригинальная информация о влиянии температуры и остаточного давления в системе на степень возгонки и разделения металлов из Zn-Ag сплавов переменного состава. Основные результаты: определены величины давления насыщенного пара (Па) для цинка = 5.79 × 10²…3.104 × 10⁴и серебра = 5.25 × 10^–9…5.1 × 10^–5при Т = 823…1073 К. Большие различия в величинах и обусловливают высокие значения коэффициента разделения logβ_Zn = 8.32…12.18 и предполагают возможность раздельного выделения возгонкой цинка в газовую фазу (β_Zn> 1) и концентрирование серебра в жидкой фазе. Увеличение содержания мольных долей серебра в составе сплава от 0.1 до 0.9 и температуры системы с 823 до 1073 К приводят к росту мольной доли серебра в газовой фазе с 1 × 10^–15 до 8.5 × 10^–7. Для равновесного состояния жидкой и газовой фаз системы Zn-Ag рассчитаны величины термодинамических функций: = 0.08…1.36 кДж/моль; = 1.52–5.73 кДж/моль; = 1.57…5.38 Дж/моль × К. Практическая значимость: равновесные фазовые диаграммы VLE Zn-Ag сплава используют на предварительных этапах проектирования опытно-промышленного оборудования для технологии вакуумной перегонки, а также для выбора диапазонов температуры и давления в системе с целью получения Zn- и Ag-содержащих продуктов заданного состава.

Ключевые слова: Диаграмма, Модель, Вакуум, Сплав, Дистилляция, Цинк, Серебро, Разделение, Концентрат

Список литературы

1. Vacuum distillation refining of crude lithium (I) / W.M. Chen, B. Yang, L. Chai, X. Min, Y. Dai, C. Zhang // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2001. – Vol. 11, N 6. – P. 937–941.

2. Thermodynamics of removing impurities from crude lead by vacuum distillation refining / X.-f. Kong, B. Yang, H. Xiong, L.-x. Kong // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2014. –Vol. 24, iss. 6. – P. 1946–1950. – doi: 10.1016/S1003-6326(14)63275-1.

3. Thermodynamic modeling of the Pb + Bi melt evaporation under various pressures and temperatures / N. Barbin, D. Terentiev, S. Alexeev, T. Barbina // Computational Materials Science. – 2013. – Vol. 66. – P. 28–33. – doi: 10.1016/j.commatsci.2012.06.013.

4. Dai Y.N. Vacuum distillation and separation of Pb-Sn alloy // Nonferrous Metal. – 1977. – Vol. 9. – P. 24–30.

5. Dai Y.N. Vacuum distillation of Pb-Sn alloy // Nonferrous Metal. – 1980. – Vol. 32. – P. 73–79.

6. Dai Y.N., He A.P. Vacuum distillation of lead-tin alloy // Journal of Kunming Institute of Technology. – 1989. – Iss. 3. – P. 16–27.

7. Volodin V.N., Isakova R.A., Khrapunov V.E. Liquid-vapour phase equilibrium in metal systems and parameters of vacuum distillation processes forecasting // Non-ferrous Metals. – 2011. – N 1. – P. 38–42.

8. Термодинамика равновесия жидкость ? пар / А.Г. Морачевский, Н.А. Смирнова, Е.М. Пиотровская и др.; под ред. А.Г. Морачевского. – Ленинград: Химия, 1989. – 344 с.

9. Liquid-vapor phase equilibrium in the stratifying thallium-zinc system / V.N. Volodin, V.E. Khrapunov, N.M. Burabaeva, I.A. Marki // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. ? 2010. ? Vol. 51, iss. 3. ? Р. 205–211. ? doi: 10.3103/S1067821210030028.

10. Application of vacuum distillation in refining crude lead / Y. Zhang, J. Deng, W. Jiang, Q. Mei, D. Liu // Vacuum. ? 2018. ? Vol. 148. ? Р. 140–148. ? doi: org/10.1016/j.vacuum.2017.11.004.

11. Harmless, industrial vacuum-distillation treatment of noble lead / J. Deng, Y. Zhang, W. Jiang, Q. Mei, D. Liu // Vacuum. ? 2018. ? Vol. 149. ? Р. 306–312. ? doi: 10.1016/j.vacuum.2018.01.017.

12. Low-temperature deposition of nanocrystalline Al₂O₃ films by ion source-assisted magnetron sputtering / J.C. Ding, T.F. Zhang, R.S. Mane, K.-H. Kim, M.C. Kang, C.W. Zou, Q.M. Wang // Vacuum. – 2018. – Vol. 149. – P. 284–290. – doi: 10.1016/j.vacuum.2018.01.009.

13. Hot workability of PM 8009Al/Al₂O₃ particle-reinforced composite characterized using processing maps / S. Chen, D. Fu, H. Luo, Y. Wang, J. Teng, H. Zhang // Vacuum. – 2018. – Vol. 149. – P. 297–305. – doi: 10.1016/j.vacuum.2018.01.001.

14. Materials science and technology: a comprehensive treatment. Vol. 1. Structure of solids / ed. by V. Gerold. – Weinheim: VCH, 1993. – 621 p.

15. On excited particle formation in crossed Е×Н fields / I.A. Afanasіeva, V.V. Bobkov, V.V. Gritsyna, Yu.E. Logachev, I.I. Okseniuk, A.A. Skrypnyk, D.I. Shevchenko // Vacuum. – 2018. – Vol. 149. – P. 124–128. – doi: 10.1016/j.vacuum.2017.12.027.

16. Dy³⁺-, Tb³⁺-, and Eu³⁺-activated NaCa₄(BO₃)₃ phosphors for lighting based on near ultraviolet light emitting diodes / M. Shi, C. Zhu, M. Wei, Z. He, M. Lu // Vacuum. – 2018. – Vol. 149. – P. 343–349. – doi: 10.1016/j.vacuum.2018.01.014.

17. Королев А.А., Краюхин С.А., Мальцев Г.И. Равновесные системы «газ–жидкость» для сплава Sb–Ag при вакуумной дистилляции // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 4 (77). – С. 68–83. – doi: 10.17212/1994-6309-2017-4-68-83.

18. Переработка сурьмянисто-оловянных концентратов вакуумной дистилляцией / А.А. Королев, Г.И. Мальцев, К.Л. Тимофеев, В.Г. Лобанов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 1. – С. 6–21. – doi: 10.17212/1994-6309-2018-20.1-6-21.

19. Chakraborty M., Bhattacharyya S. Air-annealed growth and characterization of Cd1-xZnxTe thin films grown from CdTe/ZnTe/CdTe multi-stacks // Vacuum. – 2018. – Vol. 149. – P. 156–167. – doi: 10.1016/j.vacuum.2017.12.029.

20. Removal of chloride impurities from titanium sponge by vacuum distillation / L. Liang, L. Dachun, W. Heli, L. Kaihua, D. Juhai, J. Wenlong // Vacuum. – 2018. – Vol. 152. – P. 166–172. – doi: 10.1016/j.vacuum.2018.02.030.

21. Trigueiro J., Bundaleski N., Teodoro O.M.N.D. Monitoring dynamics of different processes on rutile TiO₂(110) surface by following work function change // Vacuum. – 2018. – Vol. 152. – P. 327–329. – doi: 10.1016/j.vacuum.2018.03.049.

22. Effect of Si on thermal stability of Nb-22.5Cr alloy / L. Deng, S. Lu, B. Tang, Y. Lin // Vacuum. – 2018. – Vol. 152. – P. 312–318. – doi: 10.1016/j.vacuum.2018.03.046.

23. Thermodynamic and experimental study of C-S system and C-S-Mo system / L. Wang, P. Guo, P. Zhao, L. Kong, Z. Tian // Vacuum. – 2018. – Vol. 152. – P. 330–336. – doi: 10.1016/j.vacuum.2018.03.053.

24. Reactive deposition of TiN films by magnetron with magnetized hollow cathode enhanced target / H. Baránková, L. Bardos, K. Silins, A. Bardos // Vacuum. – 2018. – Vol. 152. – P. 123–127. – doi: 10.1016/j.vacuum.2018.03.010.

25. Effect of annealing in oxidizing atmosphere on optical and structural properties of silicon suboxide thin films obtained by gas-jet electron beam plasma chemical vapor deposition method / A.O. Zamchiy, E.A. Baranov, I.E. Merkulova, V.A. Volodin, M.R. Sharafutdinov, S.Ya. Khmel // Vacuum. – 2018. – Vol. 152. – P. 319–326. – doi: 10.1016/j.vacuum.2018.03.055.

26. Microstructural evolution and mechanical properties of vacuum brazed Ti2AlNb alloy and Ti60 alloy with Cu75?P?t filler metal / S.P. Hu, T.Y. Hu, Y.Z. Lei, X.G. Song, D. Liu, J. Cao, D.Y. Tang // Vacuum. – 2018. – Vol. 152. – P. 340–346. – doi: 10.1016/j.vacuum.2018.03.054.

27. Королев А.А., Краюхин С.А., Мальцев Г.И. Фазовые равновесия в системе Pb–Ag при пирометаллургической возгонке // Вестник ЮУрГУ. Серия: Металлургия. – 2017. – Т. 17, № 2. – С. 22–33. – doi: 10.14529/met170203.

28. Королев А.А., Краюхин С.А., Мальцев Г.И. Равновесные системы газ – жидкость для сплава Pb–Sb при вакуумной дистилляции // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. – 2017. – Т. 19, № 3. – С. 75–99. – doi: 15593/2224-9877/2017.3.05.

29. Королев А.А., Краюхин С.А., Мальцев Г.И. Фазовые равновесия для Pb–Zn–Аg сплава при вакуумной дистилляции // Расплавы. – 2017. – № 5. – C. 435–450.

Для цитирования:

Равновесные фазовые диаграммы сплава Zn-Ag / А.А. Королев, Г.И. Мальцев, К.Л. Тимофеев, В.Г. Лобанов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 3. – С. 72–84. – doi: 10.17212/1994-6309- 2018-20.3-72-84.

For citation:

Korolev A.A., Maltsev G.I., Timofeev K.L., Lobanov V.G. Equilibrium phase diagram of the Zn–Ag alloy. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2018, vol. 20, no. 3, pp. 72–84 . doi: 10.17212/1994-6309- 2018-20.3-72-84. (In Russian).

Просмотров: 2658

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Равновесные фазовые диаграммы сплава Zn–Ag