Фазовые равновесия в системе Pb–Ag при пирометаллургической возгонке

Аннотация

При переработке свинца образуется серебристая пена (СП), требующая комплексной переработки с получением товарных моноэлементных продуктов. Одним из возможных способов рекуперации СП является вакуумная перегонка, считающаяся одним из самых эффективных и экологически чистых методов для разделения и очистки, переработки и рафинирования различных металлов. Для предварительного выбора температуры и давления системы, оценки эффективности разделения компонентов при вакуумной перегонке используют фазовые диаграммы. Цель работы состоит в расчете равновесных состояний «газ – жидкость» VLE (vapor liquid equilibrium), включая зависимости состава фаз от температуры (Т–х) и давления (р–х) для Pb–Ag сплава при вакуумной перегонке на основе модели MIVM (мolecular interaction volume model). В интервале температур 1073–1773 К рассчитаны давления насыщенного пара для Pb (1,5.10^–1–4,86·10^2) и Ag (5,1·10^–5–6,6). Высокие значения соотношения р*Pb / р*Ag = 2,9·10^3–74 и коэффициента разделения бетаPb = 1,8–3,9 создают теоретические предпосылки для селективного выделения этих металлов вакуумной дистилляцией, когда свинец обогащается в газовой фазе (бетаPb > 1), а серебро – в жидкой. Мольная доля свинца в газовой фазе уPb = 0,878–0,999 увеличивается с ростом температуры 1073–1773 К и мольной доли металла в сплаве х Pb = 0,1–0,9. С использованием модели MIVM рассчитаны коэффициенты активности свинца гаммаPb = 0,474–0,999 и серебра гаммаAg = 0,331–0,999 для Pb–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» Pb–Ag сплава определены значения избыточных энергии Гиббса, энтальпии и энтропии: GmE = 0,01–1,34 кДж/моль; –HmE = 0,32–1,53 кДж/моль; SmE = 0,52–1,65 кДж/моль·К. Фазовые диаграммы VLE сплавов обеспечивают необходимой информацией для проектирования технологических параметров промышленного производства вакуумной металлургии, а также для прогнозирования необходимого состава Pb–Ag сплава в зависимости от температуры и давления в процессе вакуумной перегонки.