有色金属真空冶金的技术分析

张燕斌，林华国，巩翠新

（广州市万保职业安全事务有限公司，广东 广州 510630）

真空冶金快速进步的前提是真空设备的创新发展、真空技术的改革，上世纪在有色金属冶金中运用到有关真空过程中，比如铅锡合金真空蒸馏技术。随后研究出的卧式真空炉处理热度硬锌、真空炼锂、粗镉蒸馏等技术广泛使用在生产中。

1 真空冶金原理

1.1 判断合金分离可能性

通过分析热力可知，分离系数能够判断出粗金属构成，同时也可判断出合金使用蒸馏分离的可实时性，两组分体系公式为：

式中：γi和P*是组分i 的活度系数与蒸汽压。γi和组分i 浓度有着联系，同时也和温度有关。温度是由纯组分的物质i 和蒸汽压P*i决定。β 大于1 时，元素1 处于气象富集；β 小于1 时，元素1 处于液相富集中。蒸馏在两种状况下能够分离两种元素。β 等于1 时，蒸馏的气相和凝聚相的成分相同，无法将两种元素分离出来。

1.2 真空中金属挥发性

大气中在开展金属蒸馏和合金蒸馏时，存在着一些困难，一方面是蒸馏温度会比物料沸点温度要高，从而确保实验在高温下开展，一方面是大气层的氧气由于蒸馏温度氧化金属。传统冶金金属有锌、汞等，由于此类金属沸点低，因此可使用蒸发法。传统冶金金属在真空中无氧化作用发生，金属蒸发温度过低，进而可快速实现金属蒸馏和蒸发，例如铅沸点是1740 ℃，铅在真空中可以蒸发铅，仅需要保持在10 Pa 的真空中即可让铅快速挥发。在真空推动着金属快速蒸发，但不等同于真空度越高越好。

2 铅银合金、铋银合金技术的真空蒸馏

铅银合金或者是含银粗纤提铅，选择灰吹法，通过铅氧化的方式将残留物金属银留下。此方法有效的将铅元素转化为氧化物，但会立即变化将氧化物还原成熔炼成为铅，耗费时间、人力和物力。为将铅银合金分开，可在真空中通过蒸馏法把两者分开，使其变为银与铅，并且可以获得金属铅与粗银。在各种成分范围中观察液态状况，从而在1200 ℃下获得铅产物，其含银量仅占据10-6～10-7，在合金中仍有剩余银富集。原料Ag 在0.1～0.9 时气相物质包含Ag10-2～10-3，有可能把铅和银分开，从而获取粗银和金属铅，在工业型真空炉中能够把此项作业实现。在铋银合金中，铋的性质和铅类似，使用真空蒸馏法把铋和银分开，此项技术已研发多年，可使用富银合金二次蒸馏，获取粗银。

3 粗铅真空蒸馏

云南某厂，经常使用粗铅含锡。传统的方式是通过碱性氧化或是直接氧化法，氧化耗时长，为解决此种不足可选择真空蒸馏法。铅锡液相平衡成分证明在1000℃时，真空蒸馏粗铅，在原料含锡比10-1小时，获得气态物质是Sn10-5,锡仍旧被留在合金中，成金属于回收状态。粗铅蒸馏中的残留元素包含银、铜和铁等。

4 锑铅合金真空蒸馏

锑矿中包含着许多铅，冶炼作业分离包含的锑和铅元素仍旧是难题，在国外也经常出现此种情况，我国至今仍旧未找到有效的解决问题，只能生产高铅锑，但却没有办法生产出精锑。

我国从1982 年便开始研究锑铅合金真空蒸馏课题，从锑铅合金角度来讲分为两种状况，一种是含铅粗锑，含铅量大约在0.6%～9%，其中包含“高铅锑”；一种是铅锑合金，包含铅量已有百分之几十。高铅锑在真空蒸馏技术中获得较好的效果，经相关参考数据可知，活度系数γ 与摩尔分数N 计算。

若原料含铅量比较少，通常情况下小于10% ,获得气相成分Sbg 会比较高。在真空蒸馏条件下放入高铅锑，可获得少量含铅的锑，但在铅锑矿的粗合金（Pb 含量占据60%，Sb 含量占据40%）中可使用真空蒸馏的方法将铅锑分离。

5 合金和其他粗金属分离

5.1 粗锌真空精炼

因锌的熔点（420 ℃）和沸点（970 ℃）比较低,由此可知，锌在真空中精炼时，温度会快速下降,锌的蒸发速度也会加快,比在常压下蒸发速度更快。但由于精馏精炼技术设备与方法成熟，通常使用在生产中，让人们忽略了真空精炼锌，由此进展变慢。

5.2 锰铁真空蒸馏提取锰

在生产中通过电解法生产金属锰，通过锰矿生产时间长，费用昂贵，在研究中使用锰铁真空蒸馏法获得锰，获得认可，值得进一步延伸实验。

6 矿石与冶金产物的真空处理

化合物、冶金和矿等产物均可在真空中加热蒸发，从而快速的把构成成分分开，将某些化合物蒸发和分解。

含锌量通常占据8%会直接将其熔炼在冰铜和锌中，让冰铜和锌分散在冰铜渣中，回收锌技术在此过程中比较困难。经过研究真空加热处理技术可知，处理的铜精矿已熔化成变为冰铜，组成含量是铜、铁以及锌，锌大约挥发了90%以上。挥发物在冷凝后大约占据的比例是Zn 占据33%，Bi2.31%,Cd0.6%等，由此可看出锌的分离比较完整，同时可将其集中在冷凝物里面，蒸馏的残留物已变成超纯的冰铜。

7 结 语

综上所述，在有色金属中应用真空技术，把冶金过程的作业环境由常压改为真空。真空技术是最近半世纪的新型事物，改变了冶金作业环境。过去某些冶金作业无法实现，此时能够在真空中进行，比如金属蒸馏。或者可以在真空中消除环境污染。但真空冶金时间有效，需要不断研发新兴设备和健全技术。在此种情况下，真空冶金技术快速发展，不断扩大作用，在今后的发展中将会不断涌现出真空冶金过程与设备，为有色金属真空冶金技术研究提供参考。