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熔析精炼

发布时间:2023-09-15 14:02:33

熔析精炼

从矿石或精矿熔炼得到的粗金属中总含一些其他金属杂质,在大多数情况下,这些杂质对金属有坏的影响。因此,要获得较纯的金属必须将这些杂质尽可能地除去。此外,有些贵金属(如金、银)也常作为杂质而存在于粗铅等粗金属中,由这些粗金属中提取贵金属也是有色冶金过程的一个任务。由于熔析精炼法及所用设备简单,而且精炼效率也相当高,故在有色冶金的生产实践中得到广泛的应用。

熔析精炼过程服从熔化-结晶相变过程的规律性。纯金属在结晶温度下仅发生相态变化,而相数和相的化学组成不变。但是,均匀的二元或多元液态金属溶液,在相变温度下,将会转变为两个或几个平衡共存的相,而且各平衡相具有不同的化学组成。

熔析精炼简介

所谓熔析是指熔体在熔融状态或缓慢冷却过程中,使液相或固相分离。在冷却金属合金时,除了共晶组成以外,都会产生熔析现象。这种现象对于铸造业来说非常有害,因为熔析现象破坏了合金铸件各部分组成的均匀性,造成铸件各部分性质的不一致。但是熔析现象却广泛应用于有色粗金属精炼中,如粗铅熔析除银、粗锌熔析除铁除铅、粗锡熔析除铁等。

除了精炼粗金属外,也有其他一些冶金过程以熔析现象作为基础,如铜镍冰铜的分层熔炼,就是把铜镍冰铜与硫化钠共熔,在温度1090~1100℃下,硫化亚铜非常容易溶于Na2S中,而Ni3S2的溶解度不大;当温度降低时,由于Ni3S2在Na2S中的溶解度降低而被分离出来。且按密度的差异分成两层:顶层是Na2S-Cu2S合金,底层是Ni3S2与少量Na2S组成的合金。现在该法已被铜镍冰铜的细磨-浮选法所取代。但目前还有个别工厂用熔析法来处理铜镍冰铜。

熔析精炼分类

熔析精炼是一种历史悠久的精炼方法,由于其具有操作方便、设备简单和生产效率高等优点,因此直到现在,在某些有色金属精炼中仍然得到应用。

熔析精炼可分两种类型:

1、将液态粗金属,例如将具有二元共晶型的粗金属熔体缓慢冷却到稍高于共晶温度,这时杂质将以固体(或固溶体)析出并浮于金属熔体的表面上,然后使固相与液相分离。这个过程称为冷却凝析精炼。

2、将固态祖金属加热到稍高于共晶温度,这时杂质含量接近共晶组成的熔体,沿倾斜的炉底流出,而杂质仍以固相留下。这种方法称为加热熔桥精炼。上述这两种过程在原理上是相同的,因此,在习惯上统称之为熔析精炼。

为了收到较好的精炼效果,在实际生产中,适宜采用熔析精炼的二元系应该具有以下特征:

1、杂质与主体金属熔点相差较大;

2、三相点组成的位置应远离杂质金属,而非常接近主体金属组成点;

3、共存相应该易于分离。例如,常应用的液一固、液一液平衡相,二者的比重差应该较大,而且在精炼温度下液相的粘度较小。

熔析精炼熔析精炼过程

熔析精炼过程由两个步骤组成:

1、在均匀的合金中产生多相体系(液体+液体或液体+固体)。产生多相体系可以用加热、缓冷等方法。

2、使由第

(1)步所产生的两相按密度不同而进行分层。如果分层为二液相则分别放出;如果分层为固体和液体,则利用漏勺、捞渣器等使两相分离,或者使液体沿着炉底斜坡排出炉外,而固体则仍留于炉底上,从而使两相分离,锡中除铁的熔析精炼便是这个过程的典型例子。

在均匀合金中产生多相的方法有下列两种:

1、熔化。将粗金属缓缓加热到一定温度,其中一部分熔化成液体,而另一部分仍为固体,借此将金属与其杂质分离。如图所示:

A (纯金属)与B(杂质)形成简单共晶体系,其共晶成分为a。设将粗金属b 加热到共晶温度T时,就会出现共晶成分的液相,而杂质B 则留在固相内。因此经过熔析处理,粗金属b内杂质B 的组成由b%降到a%。体系共晶相越少,越易通过熔析分离。

2、结晶。将粗金属缓缓冷却到一定温度,熔体中某成分由于溶解度减小,因而呈固体析出,其余大部分熔体仍保持在液体状态,借此以分离金属及其所含杂质。也有这种情况,在冷却粗金属熔体时,并不出现固体,而是出现另一独立的液相,它与原来的熔体分层。如粗锌分离铅即是如此。以上两种方法都是在不恒温的情况下进行的。

粗金属的熔析精炼过程是以状态图为基础的。现以粗铅熔析除铜为例说明。铅精炼的第一步是用精炼锅撇渣法除铜。Cu-Pb相图见下图所示:

该系有一低熔点共晶,此时99%以上的铅以液态与固体纯铜相平衡。尽管粗铅含铜少于1%,但铜的大部分仍可通过缓慢地冷却铅水到450-350℃,富钢渣便浮于铅水表面而被除去。

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