铅铜银合金真空蒸馏基础研究

发布时间：2020-11-06 01:44

　　粗铜、粗铅电解精炼过程中都会产生阳极泥,阳极泥经熔炼得到含铜、银、铅的合金。这种合金处理流程复杂、耗时长、能耗高、资源利用率低。根据Pb-Cu-Ag合金中不同金属组元蒸气压大小的差异,提出真空蒸馏方法对其进行分离、提纯。本文重点开展Pb-Cu-Ag合金真空蒸馏的基础研究。首先,利用从头算分子动力学模拟了10Pa,1073K,1223K和1373K条件下,含铅49.5～94.9%(质量分数)下Pb-Cu合金的径向分布函数、均方根位移、态密度以及差分电荷密度,由计算结果得到：①相同成分及压力条件下,随着温度升高,Pb-Cu合金熔体有序度降低,熔体稳定性变差；②在相同温度、压力条件下,随着熔体中Pb含量的增加,Pb-Cu合金熔体有序度增加,熔体稳定性变强。其次,建立了Pb-Cu、Pb-Ag合金分子相互体积模型(MIVM),计算了1073-1473K, Pb-Cu、Pb-Ag二元合金体系的活度系数,并由此计算了Pb-Cu、Pb-Ag合金体系的真空蒸馏分离系数和气液相平衡成分图,从热力学角度论证了Pb-Cu和Pb-Ag合金真空分离的可行性；对依据麦克斯韦速率分布定律推导出的二元合金体系挥发速率计算公式进行修正,得到了Pb-Cu在1223～1423、Pb-Ag合金在1123～1373K范围内的组元挥发速率,从动力学的角度定量分析了Pb-Cu和Pb-Ag合金真空分离的可行性。最后,以含铜15%的Pb-Cu合金为原料,研究蒸馏温度、时间对合金分离效果的影响,获得Pb-Cu合金真空蒸馏的最佳实验参数为：10Pa、1373K、保温60min：并对含铅5～95%的Pb-Cu合金开展真空蒸馏分离实验研究,在最佳分离参数下通过真空蒸馏可以在气相中获得纯度大于99.54%的粗铅,液相中获得纯度大于99.90%的粗铜。以含银10%的Pb-Ag合金为原料,研究蒸馏温度、时间对合金分离效果的影响,获得Pb-Ag合金分离的最佳实验参数为：10Pa、1273K、保温45min；对含银2.5～10%的Pb-Ag合金开展真空蒸馏分离实验研究,在最佳分离参数下通过真空蒸馏可以在气相中获得纯度大于99.23%的粗铅,液相中获得纯度大于99.97%的粗银。对含银2.85%和22.67%两种Pb-Cu-Ag合金研究了蒸馏温度、蒸馏时间对合金物料分离效果的影响,研究结果表明：低银合金在1223K,10Pa,蒸馏时间60min条件下,挥发物中Pb、Cu、Ag的含量分别为99.57%、0.038%及0.43%,残余物中Pb、Cu、Ag的含量分别为0.64%、6.06%及93.30%,铅的去除率达到99.36%,银的直收率为83.87%；高银合金在1223K,10Pa,蒸馏时间60min条件下,挥发物中Pb、Cu、Ag的含量分别为98.61%、0.034%及1.08%,残余物中Pb、Cu、Ag的含量分别为0.37%、73.43%及26.20%,铅的去除率达到99.78%,银的直收率为99.01%。对含Pb、Cu、Ag、Sb等元素的多元合金物料开展真空分离实验研究,研究结果表明：在10Pa、1423K保温4.5h残留物中Pb含量为0.46%,挥发物中Pb含量为87.55%,Pb去除率为99.58%；残留物中Cu含量为57.38%,挥发物中Cu含量为1.17%,Cu直收率为98.87%;残留物中Ag含量为3919.21g/t,挥发物中Ag含量为201.84 g/t,Ag直收率为94.02%。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF13;TF812
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章绪论
    1.1 铜冶炼概述
        1.1.1 铜阳极泥
        1.1.2 铜阳极泥的处理
    1.2 铅冶炼概述
        1.2.1 铅阳极泥
        1.2.2 铅阳极泥的处理
        1.2.3 其他含铅-铜-银物料的处理
    1.3 有色金属真空蒸馏技术
    1.4 从头算分子动力学应用
    1.5 课题的背景与意义
    1.6 课题的主要研究内容及创新点
        1.6.1 主要研究内容
        1.6.2 创新点
第二章铅铜合金分子动力学模拟
    2.1 从头算分子动力学
        2.1.1 从头算分子动力学
        2.1.2 Car-Parrinello分子动力学
    2.2 铅铜合金熔体结构及性质的计算
        2.2.1 计算软件
        2.2.2 铅铜合金从头算分子动力学计算结果分析方法
        2.2.3 铅铜合金从头算分子动力学计算方法
    2.3 模拟结果及讨论
        2.3.1 铅铜合金径向分布函数、配位数、均方根位移计算及分析
        2.3.2 铅铜合金态密度计算及分析
        2.3.3 铅铜合金差分电荷密度计算及分析
    2.4 本章小结
第三章铅铜银合金真空蒸馏基础理论研究
    3.1 铅铜银合金真空蒸馏热力学研究
        3.1.1 活度系数
        3.1.2 分离系数
        3.1.3 气液相平衡成分
    3.2 铅铜银合金真空蒸馏动力学研究
        3.2.1 金属在真空状态下蒸发过程
        3.2.2 金属在真空状态下蒸发速率变化规律
        3.2.3 金属在真空状态下蒸发速率
    3.3 本章小结
第四章铅铜银合金真空蒸馏实验研究
    4.1 铅铜合金真空蒸馏实验
        4.1.1 实验
        4.1.2 实验结果及讨论
    4.2 铅银合金真空蒸馏实验
        4.2.1 实验步骤
        4.2.2 实验结果及讨论
    4.3 铅铜银三元合金真空蒸馏实验
        4.3.1 实验
        4.3.2 实验结果及讨论
    4.4 铅铜银锑多元合金真空分离实验
        4.4.1 实验
        4.4.2 实验结果及讨论
    4.5 本章小结
第五章结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录攻读学位期间取得的代表性成果

【参考文献】

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