粗锡合金真空蒸馏过程中组元物性参数与气液相平衡的关联研究

Vacuum distillation of crude tin alloy experimental study found there is a direct relationship between components interaction and the physical and chemical properties of the elements. It also affect distribution of the main metal and impurities metals such as lead, bismuth, antimony, etc. under vapor-liquid equilibrium. And then need to further study. This project is about tin alloys vacuum distillation of purification process technology of the existing in: the system composition complex, lack of phase equilibrium calculation and theoretical studies. Based on molecular thermodynamics of phases equilibrium and bond parametric function theory, we will research the relationship between the physical and chemical properties of components and macro thermodyanmic properties, interpret distribution characteristics of alloy components. we also try to establish the expression of the separation coefficient and phase equilibrium theory calculation of ternary systems. It could be explain the alloy phase distribution characteristics, guide tin alloy vacuum distillation experimental conditions and the choice of ingredients, enrich basic research of non-ferrous metal vacuum distillation, improve the recovery of tin and metal impurities. It will provides a guidance of scientific theories to improve efficient of metal tin extract process.

粗锡合金真空蒸馏的实验研究发现，组元的相互作用与元素本身的物理化学性质有着直接的关系，并影响着气液相平衡时主金属锡和杂质金属铅、铋、锑等在相间的分布，需进一步深入研究。本项目针对锡合金真空蒸馏分离提纯实验中存在的：体系组成复杂、热力学数据缺乏，杂质元素相平衡难于计算等问题。采用相平衡分子热力学和键参数函数理论，研究锡基多金属体系组元物性参数与宏观热力学性质的关联规律，阐释合金组元相分布特性，推导锡三元合金真空蒸馏过程分离系数的表达式，建立气液相平衡计算方法，获得元素分布及调控原理。指导锡合金真空蒸馏实验条件和原料成分的选择，丰富有色金属真空蒸馏的基础理论研究，为提高锡及杂质金属的回收率，发展金属锡的高效、短流程强化提取提供科学理论指导。

合金真空分离与提纯过程中，组元的相互作用与元素本身的物理化学性质影响着气液相平衡（VLE）时主金属和杂质金属在相间的分布，为准确控制真空蒸馏所需要的压力和温度等条件，预测压力和温度下的气相和液相产物成分，有必要对真空蒸馏条件下合金气液相平衡的实验和理论进行研究。本项目针对锡合金真空蒸馏分离提纯实验中存在体系组成复杂、热力学数据缺乏，杂质元素相平衡难于计算等问题，基于分子热力学和气液相平衡理论，系统进行了真空蒸馏条件下Sn-Bi、Sn-Sb、Sn-Pb二元合金体系及Sn-Bi-Sb、Sn-Pb-Sb三元合金体系在真空蒸馏过程中的气液相平衡进行了实验研究，分析测定了气相和液相中组元的含量，系统考查温度、时间、压力等因素对合金分离提纯的影响，对实验数据进行了热力学一致性校验。利用Wilson方程，计算了上述锡基二元及三元合金体系中的组元活度，及不同温度、压力下的相平衡数据，绘制了T-x-y和P-x-y相图。对热力学模型参数与温度的关联进行了改进，提高了模型的预测精度。采用密度泛函理论方法和从头算分子动力学模拟方法，以团簇为模型研究了锡基二元合金体系的微观结构和原子间的相互作用性质。采用分子模拟方法计算的原子间相互作用作为Wilson热力学模型能量参数，预测了锡基二元合金体系的组元活度，结果表明适当团簇模型的分子模拟能揭示和反映液态合金的结构信息，说明分子模拟技术和热力学模型相结合的方法的可行性及可靠性。项目的研究对热力学模型的应用及改进提供了新思路，真空蒸馏气液相平衡的实验和理论计算为后续研究提供基础实数据和方法，对合金真空蒸馏分离提纯，指导真空冶金生产过程都具有重要的实际意义。