铅铜合金真空蒸馏分离的研究
通过计算铅铜的饱和蒸气压、分离系数及气液相平衡图等热力学数据从理论上分析真空蒸馏分离Pb-Cu合金的可行性，计算结果表明:利用Pb与Cu饱和蒸气的差别采用真空蒸馏可以有效实现铅铜合金的分离。结合计算结果对含Cu5%~20%(质量比)的合金进行了实验研究，考察了蒸馏温度，蒸馏时间，熔体深度对合金分离效果的影响。实验结果表明:在蒸馏温度1373K，蒸馏时间30min，料层厚度6mm的条件下，含铜量为5%~20%的铅铜合金经一次真空蒸馏后，得到Pb含量为99.9%的铅，铜含量为99.99%的铜，能够同时获得纯度较高的金属Pb与Cu。
Cu-Pb合金是性能优异的超导、栅极、触点、电化学材料，在航空航天和微电子等工业领域有着广泛的应用。此外，由于铅铜偏晶合金具有优异的自润滑性能，还是汽车工业广泛应用的轴承材料。随着铅铜合金的大量生产应用，也产生了大量的废弃铅铜合金亟需处理的问题，废弃合金不仅造成大量的固体废弃物污染，也不利于资源的循环利用。
在人们对环境要求日益严格，资源能源濒于匮乏的背景下，如何变废为宝，对废弃合金进行回收再利用就具有很重要的意义。目前工业上应用的铅铜分离方法主要有加硫除铜法和熔析除铜法，加硫除铜法对原料适应性广，处理能力大，但该法除铜温度较高，反应过程不易控制，容易造成硫单质的燃烧生成SO2，不仅造成严重的大气污染，同时也导致硫的用量大、利用率较低等问题。熔析除铜法工艺简单，投资少，但存在劳动强度大，能耗高等不足。随着现代冶金对环保要求和资源综合利用率的不断提高，寻求新的方法来分离铅铜合金就显得很有必要了。文献对液态铅铜合金结构与扩散性质进行了研究，计算了Pb-Cu合金的自扩散及互扩散系数，并使用熔体结构信息合理解释了合金中不同Pb含量时扩散系数发生变化的原因。文献采用添加Ca-Si化合物-NaF的方法来分离铅铜合金，虽有效解决了SO2的产生，但铅的去除率不高，且添加剂与Pb的形成的化合物也难以处理的问题。
真空冶金作为一种冶金领域新技术具有金属回收率高，资源消耗少，工艺流程简单，对环境友好等优点，近年来引起了人们的较多关注，广泛应用于金属热还原，合金分离，二次资源的回收，高纯金属的制备等领域。本文尝试用真空蒸馏的方法分离铅铜合金，重点考察蒸馏温度，蒸馏时间，熔体厚度对蒸馏效果的影响，以期为对真空蒸馏分离铅铜合金提供理论分析和实验基础依据。
理论分析
金属受热气化后，不同金属气体的蒸气压存在差别，这是真空蒸馏分离金属的理论基础。纯物质的饱和蒸气压与温度的关系可以用式(1)表示
式中A，B，C，D为蒸发常数。从相关手册中查出铅、铜的蒸发常数值，带入式(1)可得
由式(2)，式(3)计算得到1173~1573K铅铜饱和蒸气压，将结果列于表1。
表1 纯铅，纯铜饱和蒸气压
结论
(1)通过对铅铜合金中各组元的饱和蒸气压，铅的分离系数，铜的气液相平衡图的热力学计算表明，采用真空蒸馏的方法分离铅铜合金在理论上是可行的。
(2)温度对蒸馏效果的影响十分明显，当实验温度从1173K升高到1373K时，铅的去除率显著增加，从63.3%增加到99.9%，残余物中的铅含量降低到0.03%，温度继续升高，对铅去除率的影响不大，反而造成挥发物中铜含量的增加，因此选择1373K作为最佳蒸馏温度。
(3)当蒸馏时间超过30min时，残余物中铅含量趋于稳定，维持在5×10-5左右。残余物中铅含量随着熔体深度的增加而增加，当深度为6mm时，残留物中的铅含量较低。
(4)实验的结果表明，在1373K，蒸馏时间30min，料层厚度为6mm左右的条件下，蒸馏效果最好，经一次蒸馏就可以得到纯度为99.9%的粗铅及纯度为99.99%的铜。
(5)真空蒸馏分离铅铜合金是可行的，相比传统方法具有金属回收率高、能耗低、清洁环保的优点，本文的研究为工业化应用做了理论分析和前期实验探索。
