真空條件下含砷銻復雜銅鎳合金中元素As,Sb的蒸發規律的研究

2015-05-02 伊家飛 昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室

  根據真空冶金原理,以分離含砷銻復雜銅鎳合金中的元素砷和銻為目的,采用真空蒸餾法研究含砷銻復雜銅鎳合金在真空(10~30 Pa) 的條件下蒸餾過程中As,Sb 的蒸發規律,考察蒸餾溫度、恒溫時間、多元合金中其他組元對As,Sb 蒸發的影響。實驗結果表明: 隨著蒸餾溫度及恒溫時間的延長,As,Sb 的蒸發量和揮發率均增大。X 射線衍射分析表明: 當蒸餾溫度低于1473 K 時,殘留物中的As 與Cu 形成的化合物Cu3As 及Cu5As2,阻礙了As 的徹底揮發;當蒸餾溫度高于1473 K 時,殘留物中的As 與Cu 形成的化合物Cu3As 及Cu5As2發生分解,使得As 元素揮發得更為徹底;蒸餾溫度從1573 升至1673 K 的過程Sb 與Cu,Ni 形成的化合物部分分解,Sb 的揮發率明顯增大。

  隨著礦產資源的日益匱乏,高品位礦石大量減少,大量元素種類復雜、形式多樣的低品位礦石被投入到有色冶金實際生產中,產生多種含As、Sb 兩種元素的復雜銅合金,如火法煉銅過程中產生的白煙灰,卡爾多爐產生的熔煉渣,煉鉛廠產生的中間合金-銅砷銻多元合金等均是含砷銻元素較高的復雜銅合金。這些有色冶煉系統產生的復雜銅合金不僅砷、銻等元素含量較高,并富含銀、金、鎳、銅、鉛等有價金屬。因此研究采用何種方法高效環保地將此類復雜銅鎳合金進行綜合處理具有重要的意義。

  針對該類物料,目前,國內外各銅冶煉廠尚無有效地處理方法,如國內某甘肅某銅冶煉廠針對卡爾多爐產生的熔煉渣采用的方法是將含銀高的部分熔煉渣繼續返卡爾多爐進一步回收銀,但同時給銅熔煉生產組織帶來較大影響;將含銀低的部分熔煉渣外售或堆存處理。再如,國內某鉛冶煉廠針對煉鉛過程產生的中間合金-銅砷銻多元合金采用的是蘇打-鉛精礦反射爐熔煉法,該方法雖不需增添任何設備就可以有效地回收合金中Cu、Pb、Au、Ag 等有價金屬,但存在能耗高,耐火材料單耗高,生產能力不高,環境污染嚴重等眾多缺點。

  作為冶金領域的新興技術,真空冶金與傳統冶金相比具有金屬回收率高、工藝過程簡單、環境友好、生產效率高等優點而得到廣泛應用。本文以分離含砷銻復雜銅鎳合金中的元素砷,銻為目的,研究含砷銻復雜銅鎳合金在真空( 10 ~30 Pa) 的條件下元素As,Sb 的蒸發規律,考察蒸餾溫度、恒溫時間、合金中其他組元對As,Sb 蒸發的影響。為含砷銻復雜銅鎳合金的真空冶金提供理論依據和實驗基礎數據。

  結論

  (1) 熱力學分析與實驗結果均表明,利用真空蒸餾法處理含砷銻復雜銅鎳合金實現As,Sb 與其它重金屬的分離在技術上是可行的。

  (2) 隨著蒸餾溫度及恒溫時間的延長,As,Sb 的蒸發量和揮發率均增大。且XRD 分析表明:當蒸餾溫度低于1473 K 時,殘留物中的As 與Cu 形成的化合物Cu3As 及Cu5As2,阻礙了部分As 的徹底揮發;當蒸餾溫度高于1473 K 時,殘留物中的As 與Cu 形成的化合物Cu3As 及Cu5 As2發生分解,使得As 元素揮發地更為徹底;蒸餾溫度從1573 K 升值1673 K的過程Sb 與Cu,Ni 形成的化合物部分分解,Sb 的揮發率明顯增大。

  (3) As,Sb 之所以揮發去除不徹底,是因為As,Sb 與Cu,Ni,Ag 之間的相互作用力很強,可以形成多種穩定或不穩定化合物。