锌铝合金真空蒸馏分离锌和铝.pdf

有色金属 冶炼部分 h t t p ／] y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第8 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 8 ．0 0 3 锌铝合金真空蒸馏分离锌和铝 夏侯斌1 ，杨斌2 ⋯，李一夫2 ”，徐宝强2 ’3 1 ．国家钨与稀土产品质量监督检验中心，江西赣州3 4 1 0 0 0 ； 2 ．昆明理工大学真空冶金国家工程实验室，昆明6 5 0 0 9 3 ； 3 ．昆明理工大学冶金与能源工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 摘要从理论上分析了真空蒸馏法处理锌铝合金分离金属锌、铝工艺的可行性，然后通过试验进行验证， 并确定了最佳工艺参数。结果表明，采用真空蒸馏法可高效分离锌铝合金，得到质量合格的金属锌和金 属铝。 关键词真空冶金；真空蒸馏；锌铝合金；铝；锌 中图分类号T F l 3 5 ；T F 8 1 3文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 8 0 0 0 8 0 3 S e p a r a t i o n o fZ i n ca n dA l u m i n u mf r o mZ n - A IA l l o yw i t hV a c u u mD i s t i l l a t i o n X I A H O UB i n l ，Y A N GB i n 2 ”，L IY i f u 2 ”，X UB a o q i a n 9 2 3 1 ．N a t i o n a lT u n g s t e n R a r e - e a r t hP r o d u c tQ u a l i t yS u p e r v i s i o nT e s t i n gC e n t e r ，G a n z h o u3 4 1 0 0 0 ，J i a n g x i ，C h i n a ； 2 ．T h eN a t i o n a lE n g i n e e r i n gL a b o r a t o r yo fV a c u u mM e t a l l u r g y ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a ； 3 ．F a c u l t yo fM e t a l l u r g i c a la n dE n e r g yE n g i n e e r i n g ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h ef e a s i b i l i t yo fs e p a r a t i o no fz i n ca n da l u m i n u mf r o mZ n A 1a l l o yb yv a c u u md i s t i l l a t i o np r o c e s s w a st h e o r e t i c a l l ya n a l y z e d ．T h ep r o c e s sw a sr e c t i f i e dw i t he x p e r i m e n t s ，a n dt h eo p t i m a lp a r a m e t e r sw e r e d e t e r m i n e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tZ n A 1a l l o yc a nb ee f f e c t i v e l ys e p a r a t e db yv a c u u md i s t i l l a t i o np r o c e s s ． Q u a l i f i e dm e t a l l i ca l u m i n u ma n dz i n ca r eo b t a i n e di nt h ep r o c e s s ． K e yw o r d s v a c u u mm e t a l l u r g y ；v a c u u md i s t i l l a t i o n ；Z n A 1a l l o y ；a l u m i n u m ；z i n c 钢铁件热浸镀的生产过程中会产生A l Z n F e S i 渣‘卜8 | ，用锌溶法‘9 3 处理此渣可以得到锌铝合金。 刘媛媛等口们对真空蒸馏法分离锌铝合金进行了研 究。本文对真空蒸馏法处理锌铝合金得到金属锌和 金属铝的理论进行研究，并进行试验验证。 1试验原理 1 ．1 试验原料 试验原料为锌铝合金，成分为 ％ Z n9 1 ．5 6 、 A 18 ．3 0 、F e0 ．0 1 7 、S i0 ．2 1 。可知，可将原料近似看 成由锌和铝组成的Z n A 1 合金。由Z n A 1 二元相 图[ 1 卜1 2 ] 可知，锌原子与铝原子间的作用力不大，采用 真空蒸馏法比较容易将锌和铝分离[ 1 3 。4 | 。 1 ．2 真空蒸馏分离锌和铝的可能性判据 分离系数肠 能否采用真空蒸馏法分离Z n - A 1 合金，可以用 Z n A l 系的分离系数 。来判断。 v p 二 。一等簧 1 ， 1 1A I l gP 一A 7 “ - 1 B i gT C T D 式中y z 。和y A - 分别为Z n A 1 系中锌和铝的活 度系数，P 刍和P 盖。分别为纯锌和纯铝的饱和蒸气 压，A 、B 、C 、D 均为与物质有关的常数。 收稿日期2 0 1 3 0 1 2 1 基金项目国家自然科学基金一云南联合基金资助项目 U 0 8 3 7 6 0 4 作者简介夏侯斌 1 9 8 1 一 ，男，江西吉安人，硕士研究生；通信作者杨斌 1 9 6 5 一 ，男，云南楚雄人，教授，博士生导师 万方数据 2 0 1 3 年第8 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y [ ．b g r i m m ．c n 9 由于对Z n A 1 系活度系数的研究尚不完善，仅 能查到1 8 0 、4 5 0 、6 5 4 、7 2 7 、7 5 0 和9 0 0 ℃时部分锌浓 度N 。下锌和铝的活度系数[ 9 ’13 。1 4 ] ，根据这些数据计 算出不同温度和锌浓度N 。下的y 。／y A 。值和 。值 结果见表1 ～2 。 由表2 可知，无论N 。取何值，皆有 。远大于 1 ，由此断定当蒸馏温度为6 0 09 0 0 ℃时，Z n A 1 合 金是可以分离的，锌将在气相中得到富集，而铝将富 集在液相中。 1 ．3真空蒸馏分离锌和铝的分离程度估算 - - Z n - A I 系气液相平衡成分图 根据文献[ 13 ’1 5 1 6 3 作出的7 0 0 、7 5 0 、8 0 0 、9 0 0 和 9 5 0 ℃时Z n - A 1 系中铝的气液相平衡图见图1 。 表1不同温度和N 踟下的7 珏／扎．值 T a b l e1 V a l u eo f ’h | lua td i f f e r e n t t e m p e r a t u r ea n dN z n 表2 不同温度和N z n 下的肠值 T a b l e2V a l u eo f 肛a td i f f e r e n tt e m p e r a t u r ea n dN z ． 图1Z n - A 系铝的气液相平衡图 F i g ．1E q u i l i b r i u md i a g r a mo fv a p o rp h a s ea n d l i q u i do fa l u m i n u mi nZ n A 1s y s t e m 由图1 可知，在6 0 0 ～9 0 0 ℃，采用真空蒸馏法 分离Z n A 1 合金，挥发物锌中铝含量可降低至 0 ．0 0 01 ％，从残留物中可得较纯的铝。 2试验结果与讨论 2 ．1 蒸馏温度对锌挥发率的影响 取锌铝合金1 0 0g ，在真空度5 ～1 5P a 、蒸馏时 间6 0m i n 的条件下，蒸馏温度对锌挥发率的影响如 图2 所示。 图2 表明，锌挥发率随蒸馏温度的升高而增大， 但在不同阶段锌挥发率增加的幅度不一样。在蒸馏 温度为6 0 0 ～7 2 5 ℃阶段，锌挥发率随蒸馏温度升高 而快速增大；当蒸馏温度达7 2 5 ℃后，继续增大蒸馏 温度至9 0 0 ℃，锌挥发率基本保持稳定。蒸馏温度 为8 5 0 ℃时可以得到较为理想的产物，因此考虑到 设备、节能等因素，蒸馏温度以8 5 0o C 为最佳。 2 ．2 蒸馏时间对锌挥发率的影响 取锌铝合金1 0 0g ，在真空度5 ～1 5P a 、蒸馏温 度为8 5 0o C 的条件下蒸馏不同时间，结果见图3 。 由图3 可知，在蒸馏前2 0m i n ，锌挥发率随蒸 馏时间的增加而大幅提高，当蒸馏时间超过2 0m i n 万方数据 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第8 期 l O O 9 8 邃9 6 碍 划 嬖9 4 9 2 6 0 06 5 07 K 7 5 08 0 08 5 09 0 0 蒸馏温度／。C 图2蒸馏温度对锌挥发率的影响 F i g ．2 E f f e c to fd i s t i l l a t i o nt e m p e r a t u r eo nz i n c v o l a t i z a t i o nr a t e 1 0 0 9 9 1 0j 14 05 0 6 07 0 蒸馏时间／m i n 图3 蒸馏时间对锌挥发率的影响 F i g ．3 E f f e c to fd i s t i l l a t i o nt i m eo nz i n c v O I a t i z a t i o nr a t e 后，锌挥发率基本保持稳定。蒸馏时间为4 0m i n 时 可以得到较为理想的产物。考虑到生产效率、能耗 等因素，适宜的蒸馏时间为4 0m i n 。 3结论 Z n A l 合金在6 0 0 ～9 0 0 ℃、蒸馏时间1 0 ～7 0 m i n 、真空度为5 ～1 5P a 进行真空蒸馏，可以高效分 离锌和铝，铝在气相中的含量不超过0 ．0 0 0 1 ％。最 佳工艺参数为蒸馏温度8 5 0 ℃、蒸馏时间4 0m i n 。 参考文献 E 1 1 朱铄金，朱丽慧，刘茜，等．热浸镀锌合金技术的研究现 状[ J ] ．热处理，2 0 0 8 ，2 3 3 2 0 2 3 ． E 2 ] A b o uE 1 一k h a i rMT ，D a o u dA ．E f f e c to fd i f f e r e n tA l c o n t e n t so nt h em i c r o s t r u c t u r e ，t e n s i l ea n dw e a rp r o p e r t i e so fZ n - b a s e da l l o y [ J ] ．M a t e r i a l sL e t t e r s ，2 0 0 4 ，5 8 1 7 5 4 1 7 6 0 ． [ 3 1D eA b r e uY ，D aS i l v aA ．S t u d yo fz i n cc o a t i n g so ns t e e l s u b s t r a t ea t t a i n e db yt w od i f f e r e n tt e c h n i q u e s [ J ] ．S u r f a c ea n dC o a t i n g sT e c h n o l o g y ，1 9 9 9 ，1 2 0 ／1 2 1 6 8 2 6 8 7 ． [ 4 3L iY a n ．F o r m a t i o no fn a n o c r y s t a l l i n ec o r r o s i o np r o d u c t so nZ n A 1a l l o yc o a t i n ge x p o s e dt os e a w a t e r [ J ] ． C o r r o s i o nS c i e n c e ，2 0 0 1 ，4 3 9 1 7 9 3 1 8 0 0 ． [ 5 ] K a t oT ，N u n o m eK ．F o r m a t i o no ft h erp h a s ea ta ni n t e r f a c eb e t w e e na nF es u b s t r a t ea n dam o l t e n0 ．2 m a s s ％A I Z nd u r i n gg a l v a n n e a l i n g [ J ] ．A c t aM a t e r i a l i a ， 2 0 0 0 ，4 8 2 2 5 7 - 2 2 6 2 ． [ 6 ] P a n o s s i a nZ ，A i a r i a c aL ．S t e e lc a t h o d i cp r o t e c t i o na f f o r d e db yz i n c ，a l u m i n u ma n dz i n c ／a l u m i n u ma l l o yc o a t i n g s i nt h ea t m o s p h e r e [ J ] ．S u r f a c ea n dC o a t i n g sT e c h n ol o g Y ，2 0 0 5 ，1 9 0 2 4 4 2 4 8 ． [ 7 ] D o m i n i cP h e l a n ，X uB a o j i a n g ，R i a nD i p p e n a a r ．F o r m a t i o no fi n t e r m e t a l l i c p h a s e so n5 5 w t ％A 1 一Z n S ih o td i p s t r i p [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 6 ， A 4 2 0 1 4 4 1 4 9 ． [ 8 ] B l i c k w e d eDJ ．5 5 ％A 1 一Z n A l l o y C o a t e dS h e e tS t e e l [ J ] ． I r o n S t e e l ，1 9 8 0 ，6 6 7 5 3 6 6 ． [ 9 1 夏侯斌，杨斌，李一夫，等．锌溶法处理A l Z n F e - 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