Фазовые равновесия в системе Hg-Se при вакуумной дистилляции

Автор: Королев Алексей Анатольевич, Шунин Владимир Александрович, Тимофеев Константин Леонидович, Мальцев Геннадий Иванович, Воинков Роман Сергеевич

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy

Рубрика: Металлургия техногенных и вторичных ресурсов

Статья в выпуске: 1 т.22, 2022 года.

Бесплатный доступ

Одним из возможных способов рекуперации компонентов из Hg-Se сплава, образующегося при переработке медеэлектролитного шлама, является вакуумная перегонка. Объект исследования: Hg-Se сплавы состава, моль %: 0,01-99,99 Hg; 99,99-0,01 Se, образование которых возможно в процессе переработки медеэлектролитного шлама при получении товарного концентрата селена. Цель работы: расчет равновесных состояний «газ - жидкость» VLE (vapor liquid equilibrium), включая зависимости состава фаз от температуры (Т - х) и давления (Р - х) для Hg-Se сплава при вакуумной перегонке. Используемые методы и подходы. Расчет коэффициентов активности компонентов Hg-Se сплава выполнен с помощью упрощенной версии объемной модели молекулярного взаимодействия simple molecular interaction volume model (SMIVM). Для предварительного выбора температуры и давления системы, оценки эффективности разделения компонентов при вакуумной перегонке используют фазовые диаграммы температуры (Т - х) и давления (Р - х). Новизна: расчет коэффициентов активности с использованием упрощенной версии модели SMIVM. Основные результаты. В интервале температур 823-1073 К рассчитаны давления насыщенного пара для Hg (pHg* = 1,418•106-1,046•107 Па) и Se (pSe* = 1,42•104-3,66•105 Па). Высокие значения соотношения pHg*/pSe* = 100,2-28,6 и коэффициента разделения lgβHg = 2,73-1,01 создают теоретические предпосылки для селективного выделения этих металлов вакуумной дистилляцией, когда ртуть обогащается в газовой фазе (βHg > 1), а селен - в жидкой. Мольная доля селена в газовой фазе уSe = 0,553-1,43•10-12 уменьшается со снижением температуры 1073-823 К и мольной доли элемента в сплаве хSe = 0,99-0,01. Для границы раздела фаз «жидкость - газ» Hg-Se сплава определены значения изменения избыточных энергии Гиббса, энтальпии и энтропии -ΔGmE = 0,8-3,0 кДж/моль; -ΔHmE = 1,86-5,39 кДж/моль; -ΔSmE = 0,99-2,94 Дж/моль•К. Практическая значимость: сокращение количества трудоемких и дорогостоящих установочных опытов при переработке Hg-Se композиций для оптимизации значений температуры и давления процесса вакуумной дистилляции с целью получении Sе-содержащих продуктов заданного состава.

Еще

Равновесная фазовая диаграмма, вакуумная дистилляция, молекулярная объемная модель взаимодействия, ртуть, селен, газовая фаза, жидкая фаза, коэффициент активности

Короткий адрес: https://readera.org/147236551

IDR: 147236551   |   DOI: 10.14529/met220106

Список литературы Фазовые равновесия в системе Hg-Se при вакуумной дистилляции

  • Distribution model of lowly volatile impurity in rare earth metal purified by vacuum distillation / L. Zhang, X.-w. Zhang, Z.-a. Li et al. // Separation and Purification Technology. 2021. Vol. 262, 118314. DOI: 10.1016/j.seppur.2021.118314
  • Experimental investigation and modeling of the Cu–Sn system in vacuum distillation / D. Wang, Y. Chen, Y. Li, B. Yang // Calphad. 2020, Vol. 70, 101991. DOI: 10.1016/j.calphad.2020.101991
  • Королев А.А., Краюхин С.А., Мальцев Г.И. Фазовые равновесия для Pb–Sb–Sn сплава при вакуумной дистилляции // Вестник СамГТУ. Серия «Технические науки». 2018. № 1 (57). С. 128–141. eLIBRARY ID: 35302304
  • Королев А.А., Краюхин С.А., Мальцев Г.И. Фазовые равновесия для сплава Pb–Sb–Ag при вакуумной дистилляции // Металлы. 2018. № 3. С. 57–67. eLIBRARY ID: 35110356
  • Xiong N., Tian Y., Yang B. Results of recent investigations of magnesia carbothermal reduction in vacuum // Vacuum. 2019. Vol. 160. P. 213. DOI: 10.1016/j.vacuum.2018.11.007
  • Liu T., Qiu K. Removing antimony from waste lead storage batteries alloy by vacuum displacement reaction technology // J Hazard Mater. 2018. Vol. 347. P. 334–340. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.01.017
  • Переработка Zn–Pb–Ag сплавов вакуумной дистилляцией / А.А. Королев, Г.И. Мальцев, К.Л. Тимофеев и др. // Расплавы. 2018. № 2 (1). С. 235–246. eLIBRARY ID: 34978976
  • Равновесные фазовые диаграммы сплава Zn–Ag / А.А. Королев, Г.И. Мальцев, К.Л. Тимофеев, В.Г. Лобанов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2018. Т. 20, № 3. С. 72–84. DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.3-72-84
  • Xiao J., Li J., Xu Z. Recycling metals from lithium ion battery by mechanical separation and vacuum metallurgy // Journal of Hazardous Materials. 2017. Vol. 338. P. 124–131. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2017.05.024
  • Zhang L., Xu Z. An environmentally-friendly vacuum reduction metallurgical process to recover germanium from coal fly ash // Journal of Hazardous Materials. 2016. Vol. 312. P. 28–36. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2016.03.025
  • Jia G.-b., Yang B., Liu D.-c. Deeply removing lead from Pb-Sn alloy with vacuum distillation // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013. Vol. 23, no. 6. P. 1822–1831. DOI: 10.1016/S1003-6326(13)62666-7
  • Process optimization for vacuum distillation of Sn-Sb alloy by response surface methodology / A. Wang, Y. Li, B. Yang et al. // Vacuum. 2014. Vol. 109. P. 127–134. DOI: 10.1039/C9NR00932A
  • Bolzoni L., Ruiz-Navas E.M., Gordo E. Quantifying the properties of low-cost powder metallurgy titanium alloys // Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 687. P. 47–53. DOI: 10.1016/j.msea.2017.01.049
  • Metallurgical and mechanical examinations of molybdenum/graphite joints by vacuum arc pressure brazing using Ti-Zr filler materials / L. Dong, W. Chen, L. Hou et al. // Journal of Materials Processing Technology. 2017. Vol. 249. P. 39–45. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2017.06.007
  • Influence of sinter-cooling rate on the mechanical properties of powder metallurgy austenitic, ferritic, and duplex stainless steels sintered in vacuum / F. Martín, C. García, Y. Blanco, M.L. Rodriguez-Mendez // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 642. P. 360–365. DOI: 10.1002/jbm.b.34494
  • Experimental investigation and modelling of phase equilibria for the Ag–Cu–Pb system in vacuum distillation / W.L. Jiang, C. Zhang, N. Xu et al. // Fluid Phase Equilibria. 2016. Vol. 417. P. 19–24. DOI: 10.1016/j.fluid.2016.02.026
  • Application of MIVM for Pb-Sn System in Vacuum Distillation / L.X. Kong, Y.F. Li, B. Yang et al. // Journal of Vacuum Science and Technology. 2012. Vol. 32. P. 1129–1135. DOI: 10.1007/s11663-012-9726-3
  • Thermodynamics of removing impurities from crude lead by vacuum distillation refining / X.F. Kong, B. Yang, H. Xiong et al. // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014. Vol. 24. P. 1946–1950. DOI: 10.1016/S1003-6326(14)63275-1
  • Calculation of phase equilibrium in vacuum distillation by molecular interaction volume model / H.W. Yang, B.Q. Xu, B. Yang et al. // Fluid Phase Equilibria. 2012. Vol. 341. P. 78–81. DOI: 10.2298/JMMB140508021L
  • Thirunavukarasu G., Chatterjee S., Kundu S. Scope for improved properties of dissimilar joints of ferrous and non-ferrous metals // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017. Vol. 27. iss. 7. P. 1517–1529. DOI: 10.1016/S1003-6326(17)60172-9
  • Klippenstein S.J. From theoretical reaction dynamics to chemical modeling of combustion // Proceedings of the Combustion Institute. 2017. Vol. 36, iss. 1. P. 77–111. DOI: 10.1016/j.proci.2016.07.100
  • Kenig E.Y., Blagov S. Chapter 10 – Modeling of Distillation Processes // Distillation. Fundamentals and Principles / Eds. A. Gorak, E. Sorensen. Academic Press, 2014. P. 383–436. DOI: book/2463094/bf9871
  • Separation of boron and phosphorus from Cu-alloyed metallurgical grade silicon by CaO–SiO2–CaCl2 slag treatment / L. Huang, H. Lai, C. Gan et al. // Separation and Purification Technology. 2016. Vol. 170. P. 408–416. DOI: 10.1007/s12613-018-1698-0
  • Jaeger W. Heat transfer to liquid metals with empirical models for turbulent forced convection in various geometries // Nuclear Engineering and Design. 2017. Vol. 319. P. 17–27. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2014.11.001
  • Isobaric vapor-liquid equilibria of hexamethyl disiloxane + ethyl acetate system at normal pressure / W.L. Zhang, N. Meng, R.Y. Sun, C.L. Li // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 396–398. P. 968–972. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.396-398.968
  • Wilson G.M. Vapor-Liquid Equilibrium. XI: A New Expression for the Excess Free Energy of Mixing // J. Am. Chem. Soc. 1964. Vol. 86. P. 127–130. DOI: 10.1021/je00030a018
Еще
Статья научная