ПАРОЖИДКОСТНОЕ РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ ОЛОВО–СВИНЕЦ В ФОРВАКУУМЕ

Методом точек кипения (изотермический вариант) определены значения парциального давления насыщенного пара свинца над свинцово-оловянными растворами, содержание свинца в которых (остальное – олово) составило 96,43; 93,02; 89,55; 80,73; 64,18 и 43,80 мас.% (93,93; 88,42; 83,08; 70,59; 50,65 и 30,87 ат.% соответственно). Величины парциального давления олова рассчитаны численным интегрированием уравнения Дюгема–Маргулеса с использованием вспомогательной функции, предложенной Даркеном. Показатели парциальных давлений олова и свинца над их расплавами аппроксимированы температурно-концентрационными зависимостями. Общая погрешность определений вычислена как сумма погрешностей независимых измерений: температуры, массы, давления, аппроксимации экспериментальных данных, и равна 7,78 %. На основании данных о парциальном давлении насыщенного пара свинца и олова рассчитаны и уточнены границы полей сосуществования жидкости и пара в системе олово–свинец в форвакууме 100 и 1 Па: температура кипения – как температура, при которой сумма парциальных давлений металлов равна 100 и 1 Па; состав пара – как соотношение величин парциального давления паров металлов при этой температуре кипения. Установлено, что причиной повышенного содержания олова в свинцовом конденсате при дистилляции сплавов с содержанием свинца менее 5 ат.% (8,41 мас.%) и накоплением олова в остатке от дистилляции являются сопоставимые со свинцом значения парциального давления пара олова. При дистилляционном разделении свинцово-оловянных расплавов испарением свинца в реальном процессе в неравновесных условиях накопление олова в кубовом остатке не должно превышать значение ~50 мас.%. Превышение указанной концентрации будет сопровождаться получением конденсата, для которого необходимо повторение процесса «испарение–конденсация».

1. Кунаев А.М., Кожахметов С.М., Ванюков А.В., Полывянный И.Р., Зазубин А.И., Есютин В.С. Основы комплексного использования сырья цветной металлургии (Теория, технология и освоение новых металлургических процессов). Алма-Ата: Наука, 1982. С. 363—373.

2. Воронин Г.Ф., Евсеев А.М. Термодинамические свойства жидких сплавов свинца и олова. Журн. физ. химии. 1959. Т. 33. No. 10. С. 2245—2248.

3. Kendall W.B., Hultgren R. Thermodynamics of the lead-tin system. J. Phys. Chem. 1959. Vol. 63. No. 7. Р. 1158—1160.

4. Mishra G., Kumar Rajendra. Heat contents and heat capacities of liquid lead-tin alloys. Trans. Indian Inst. Met. 1967. Vol. 20. No. 3. Р. 49—52.

5. Heumann T., Wöstmann H. Thermodynamische Daten der Blei-Zinn-Legierungen und der hypothetischen Umwandlung des tetragonalen Zinn in die kubisch flächenzentrierte Modifikation. Z. Metallkd. 1972. Bd. 63. No. 6. S. 332—341.

6. Das S.K., Ghosh A. Thermodynamic measurements in molten Pb—Sn alloys. Metall. Mater. Trans. 1972. Vol. 3. No. 4. Р. 803—806.

7. Бушманов В.Д. Определение теплот смешения в высокотемпературном калориметре. В сб.: Физико-химические исследования жидких металлов и сплавов. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1974. No. 29. С. 93—97.

8. Khanna K., Singh P. Entropy of mixing of liquid metal alloys. Physics. 1982. Vol. BC114. No. 2. Р. 174—180 (In Russ.).

9. Sugimoto Eisuke, Kuwata Shigeki, Kozuka Zensaku. Measurement of activity in Pb—Sn and Pb—Sb alloys by EMF using ZrO2(Y2O3) at low temperatures. J. Min. Metall. Inst. Jpn. 1982. Vol. 98. No. 1131. P. 429—435.

10. Попель П.С., Преснякова Е.Л., Павлов В.А., Архангельский Е.Л. Область существования метастабильной квазиэвтектической структуры в системе Sn—Pb. Изв. АН СССР. Металлы. 1985. No. 4. С. 198—201.

11. Попель П.С., Преснякова Е.Л., Павлов В.А., Архангельский Е.Л. О происхождении микрорасслоения эвтектических сплавов Sn—Pb в жидком состоянии. Металлы. 1985. No. 2. С. 53—56.

12. Попель П.С., Демина Е.Л., Архангельский Е.Л. Плотность и удельное электросопротивление расплавов Sn—Pb в гомогенном и микрорасслоенном состояниях. Изв. АН СССР. Металлы. 1987. No. 3. С. 52—58.

13. Shukla R.K., Dubey A.N., Awasthi P. Excess surface tension and molecular interactions of Pb—Sn molten mixture at elevated temperatures. J. Mol. Liq. 2007. Vol. 135. P. 1—4. DOI:10.1016/j.mollig.2006.07.011.

14. Палатник Л.С., Федоров Г.В., Богатов Н.П. О характере испарения и конденсации сплава Pb—Sn. Физика металлов и металловедение. 1966. Т. 21. No. 5. С. 704—707.

15. Chen Wen, Ye Daluen, Huang Zhijiao, Huang Weishen, Ling Heging, Duan Zhigie. Thermodynamic properties of the lead-tin system. Kunming Univ. Sci. Technol. 1991. Vol. 16. No.1. Р. 34—40.

16. Hultgren R., Orr R.L., Anderson P.D., Kelley K.K. Selected values of thermodynamic properties of metals and alloys. N.Y.: J. Wiley and Sons. 1963.

17. Yong Nian Dai, Bing Yang. Vacuum metallurgy of non-ferrous metals. Beijing: Metall. Industry Press. 2000. Vol. 3. Р. 516—543.

18. Gierlotka W. Size-dependent thermodynamic description of the binary Pb—Sn system. J. Min. Metall. Sect. B. 2017. Vol. 53. Iss. 3 P. 233—238. DOI:10.2298/JMMB170525019G.

19. Gao J., Xu J., Kong L., Xu B., You Y., Ren J., Li Y., Yang B. Calculation of vapor-liquid equilibria of binary leadbased alloys in vacuum distillation using simplified molecular interaction volume model. Fluid Phase Equilibria. 2018. DOI:10.1016./j.fluid.2018.11.007.

20. Gao J., Xu J., Yang B., Kong L., Xu B., Yoy Y. Isobaric (vapor + liquid) equilibria of binary Pb—Sn and Sb—Sn system at 2 Pa. J. Min. Metall. Sect. B. 2018. Vol. 54. Iss. 2. P. 243—249. DOI:10.2298/JMMB180322012G.

21. Dai H., Tao D.-P. Application of the modified molecular interaction volume model (M-MIVM) to vapor-liquid phase equilibrium of binary alloys in vacuum distillation. Vacuum. 2019. Vol. 163. P. 342—351. DOI:10.1016/j/vacuum.2019.02.041.

22. Ren J., Xu J., Kong L., Yang B., Xu B. Model prediction of activity and vapor-liquid equilibrium of tin based alloy system. Chin. J. Nonferr. Met. 2020. Vol. 30. Iss. 10. P. 2399—2409. DOI:10.11817/j.ysxb.1004.0609.2020-39556.

23. Малышев В.П., Турдукожаева А.М., Оспанов Е.А., Саркенов Б. Испаряемость и кипение простых веществ. М.: Науч. мир, 2010. С. 293—298.

24. Jia G., Yang B., Liu D.-C. Deeply removing lead from Pb—Sn alloy with vacuum distillation. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2013. Vol. 23. No. 6. P. 1822—1831. DOI:10.1016/S1003-6326(13)62666-7.

25. Володин В.Н. Фазовый переход жидкость—пар в двойных системах свинца при низком давлении. Караганда: Арко, 2012. С. 153—158.

26. Volodin V.N., Tuleushev Yu.Zh. The liquid-vapor phase transition in a copper-calcium system. Russ. J. Phys. Chem. A. 2020. Vol. 94. No. 7. P. 1300—1305. DOI:10.1134/S0036024420070304.

27. Darken L.S., Gurry R.W. Physical chemistry of metals. New York, Toronto, London: McGraw-Hill Book Company, INC. 19/53.

28. Clark J.B., Richter P.W. The determination of composition temperature-pressure phase diagrams of binary aloe systems. In: High pressure sci. and technol.: Proc. 7th Intern. AIRAPT Conf. (Le Creusot, 1979). Vol. 1. Oxford. 1980. P. 363—371.

29. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение. 2001. Т. 3. Кн. 1. С. 794—795. Diagrams of the state of double metal systems. Ed. N.P. Lyakishev. Moscow: Mashinostroenie, 2001. Vol. 3. B. 1. P. 794—795 (In Russ.).