粗锂真空蒸馏精炼（Ⅰ）──从锂中分离杂质的热力学

一、Vacuum distillation refining of crude lithium (Ⅰ)──Thermodynamics on separating impurities from lithium（论文文献综述）

温小椿^[1]（2021）在《铅铋银系合金物料超重力熔析分离的基础研究》文中研究说明在铅、铋的冶炼过程中,会产出一定量的铅铋银系合金物料,主要可分为 Pb-X 系、Bi-X 系、Pb-Ag-X 系、Bi-Ag-X 系和 Pb-Ag-Bi-X 多元系合金。目前,国内外冶炼厂对其现存分离工艺普遍存在操作繁杂、能耗过大、生产流程长、金属回收率低、环境污染严重、劳动强度大等问题。为更加有效的提高铅铋银系合金物料的利用率,对铅、铋冶炼过程产出的复杂合金物料进行资源化回收已然成为有色冶金行业的迫切需求。本文基于铅铋银系合金物料中不同金属相间的物理性质差异,结合相关合金相图的理论分析及平衡计算,创新性地引入超重力冶金技术,借助其强化过滤分离的技术特点,提出了一种高效、环境友好型的铅、铋资源综合提取新方法。取得如下研究成果:（1）针对Pb-X系合金物料,以Pb-Sb二元合金为典型,在时间t=210 s,重力系数G=450,温度T=533 K和过滤孔径dpore=48μm条件下,可分离得到含量为91wt%的上部富Sb相和含量为85wt%的下部富Pb相,且其纯度分别可满足后续铅电解精炼工序和锑精炼的生产要求。同时,明晰了 Pb与其他元素在不同Pb-X系合金物料（1#～5#）中的定向迁移行为与分离规律。这也为其它Pb-X系合金物料的分离提供了理论指导。（2）探究了铋冶金过程中二元Bi-X系合金的分离问题,分析了元素Bi的迁移规律与凝固组织结构。结果表明,Bi-Zn、Bi-Cu、Bi-Pb、Bi-Ag和Bi-Sn二元合金超重力分离得到的富Bi相纯度分别达到97.1%、99.7%、99.4%、96.3%和97.1%以上;富Bi相的质量比例βBi-rich分别为85%、96%、87%、84%和61%;杂质元素Zn、Cu、Pb、Ag、Sn去除率分别可达80%、98%、90%、75%和88%。这一结果不仅是后续含Bi多元系合金物料的分离基础,而且为从粗铋熔体中绿色、高效提纯Bi提供了指导方向。（3）在揭示Pb-X系合金分离规律的基础上,分析了 Pb-Ag-X三元系合金超重力凝固过程各元素的分配行为。结果发现,Pb-Ag-Sb合金中95.02wt%的元素Ag被富集至下部Pb基体中,这有利于在后续铅电解精炼中回收Ag;而上部主要为含量达90.8wt%以上的富Sb相,也可满足后续锑精炼的生产要求。此外,结合碳热还原热力学分析,提出了一种“硫酸化焙烧蒸硒-碳热还原-超重力分离得Pb-Ag-Cu”处理含银铅铜阳极泥的新技术路线。首先,采用硫酸化焙烧方式去除其中99.9%的Se;其次,在1173 K条件碳热还原2 h,使主金属还原至金属态;最后,经超重力分离可得到Pb-Ag-Cu合金相和残碳相。在G=600,T=1423 K和t=5 min条件下,Pb-Ag-Cu相的质量比重可达83%,且Pb、Ag、Cu的回收率分别达98%,96%和89%以上。结合相图理论分析与平衡计算发现,经连续降温熔析至熔体凝固后,可分别得到上部Cu-Ag相和下部Pb-Ag相。（4）由Bi-Ag合金初步分离得到的粗Bi相,结合Bi-Ag-Zn相图理论分析和平衡计算,明晰了其加锌提银的机理。提出了一种Bi-Ag合金“①超重力粗分铋银熔体—②加理论量锌提银—③超重力分离得富Bi熔体”路线。在T=543 K、G=400和t=5 min条件下,可分离得到含量为99.38wt%富Bi相。Ag去除率（yAg）和Zn去除率（γZn）分别可达99.84%和91.16%。同时,富Bi相质量比重MBi-rich为83.92%。此外,金属Ag主要存在于一段分离得Ag-Bi相和二段分离得Ag-Zn相中,可返回银转炉配料或送鼓风炉单独处理。（5）针对Pb-Bi-Ag-X多元系合金,明晰了 Pb-Ag-Sb三元合金和Pb-Ag-Bi-Sb四元合金中多金属的分离机制。如:Sb-25%Pb-5%Ag合金,可超重力过滤得到上部富Sb相和下部富Pb相,且元素Ag主要存在于上部试样中;Sb-22%Pb-5%Ag-3%Bi合金,可超重力过滤得到上部富Sb相和下部Pb-Bi相,且绝大部分的Bi均存在于下部试样中。此外,对于典型的Pb-Bi-Ag-X多元系贵铅合金,提出了一种两段熔析分离的工艺流程。在T=573 K、t=5 min和G=600条件下,可一段分离得到含量为32.89wt%的上部粗Ag相;而下部Pb-Bi相中元素Ag含量仅为0.89wt%,可通过超重力进一步分离其中的Pb 和 Bi,Ag一次富集率δAg可达 97.94%;在 T=843 K、t=5 min 和 G=600条件下,粗Ag相经二段分离可得到含量为46.88wt%的上部粗Sb相和含量为55.82wt%的下部富Ag相,Ag二次富集率γAg可达92.04wt%。经两段熔析分离后,Ag总富集率ζAg达90.14%以上。

李忠岐,洪侃,陈冬英,徐建兵,赖耀斌,梁鑫^[2]（2019）在《金属锂制备工艺研究进展》文中研究表明目前金属锂的制备方法主要有金属热还原法、熔盐电解法以及真空蒸馏法,其中金属热还原法是由氧化锂转化为金属锂的方法,熔盐电解法是由锂盐转化为金属锂的方法,真空蒸馏法是将粗金属锂变为高纯金属锂的方法。金属锂制备技术的发展将对高技术及新材料具有重要作用。本文对目前金属锂制备工艺进展进行综述。

陆海飞^[3]（2017）在《工业硅中杂质P的强化析出及湿法去除研究》文中指出湿法提纯是冶金法制备太阳能级多晶硅技术路线中的预处理过程,即通过湿法酸浸对工业硅进行初步提纯,具备除杂效果明显、设备简单、可规模化操作等优势。但湿法浸出对硅中非金属杂质P的去除效果很低,这与其在硅中的赋存形态有关。本论文根据工业硅中非金属杂质P的物理赋存特征,系统研究了硅熔体中杂质含量和成分对P杂质析出的影响及其湿法浸出去除、复合浸出体系以及添加剂等强化作用,获得了良好的提纯效果。并探讨了氧化焙烧预处理对工业硅酸洗去除P的效果与机理。（1）通过加入母合金与工业硅重熔,当硅中Al、Ca杂质含量较高时,SEM-EDS的表征发现P富集在Si-Al-Ca和Si-Al-Fe-Ca相中。（2）通过采用炉外精炼手段调整硅熔体成分、杂质含量,形成两种类型工业硅:原生工业硅和精炼后工业硅。SEM-EDS结果表明,原生工业硅中P元素富集在Si2Al2Ca相中,在晶界处析出。（3）通过研究各种浸出因素条件对除磷效果的影响,获得HC1浸出原生工业硅和精炼后工业硅的最佳工艺条件:硅粉粒径75～106 μm,酸洗时间6 h,酸洗温度65℃,4mol.L-1HCl,液固比4:1。在此条件下浸出,原生工业硅中磷杂质含量由105 ppmw降低至48 ppmw,去除率达到54.3%;而精炼后工业硅中磷含量从76ppmw降低至61 ppmw,去除率仅为19.7%。（4）添加HF酸到HC1溶液后,P的去除率会有一定的提高。通过考察HC1-HF混酸中HF浓度对P杂质去除率的影响发现,随着加入HF浓度的增大,P的去除率呈现先升高,后平稳,最后降低的变化趋势。在4mol.L-1HCl-3mol.L-1HF下浸出,原生工业硅和精炼后工业硅中P的分别降低至46 ppmw和58 ppmw,去除率分别为56.2%和23.7%。此时,原生工业硅中金属杂质的总去除率高达96.1%,提纯后硅的纯度由97.55%提高到了 99.91%;精炼后工业硅硅中金属杂质的总去除率仅为81.5%,提纯后硅的纯度由最初的99.31%提高到99.87%。采用原生工业硅作为原料进行酸浸预处理用于制备太阳能级多晶硅可以减少炉外精炼这一道工序,节约生产成本。（5）对工业硅中杂质相进行原位腐蚀,研究杂质相对不同酸液的敏感性。结果表明,Si-Ca、Si-Al-Ca 和 Si-Al-Fe-Ca 相能溶解于 HC1 溶液,而 Si-Fe 和 Si-Fe-Al相则不能被HC1溶解,但是能完全溶解于HC1-HF溶液。（6）采用氧化焙烧预处理强化硅中杂质扩散至硅颗粒表面。样品在700℃、800℃氧化焙烧2 h后再经4 mol-L-1 HC1-3 mol L-1 HF浸出,P的去除率均有小幅度的提升;但在900～1100℃氧化焙烧后对硅中非金属杂质磷的析出起到一定的阻碍作用,不利于后续湿法的浸出。

周岳珍^[4]（2016）在《辉钼矿真空热分解制备钼粉的研究》文中进行了进一步梳理针对现行的辉钼矿冶炼工艺存在的流程长、设备复杂、环境污染严重等缺点,本文采用具有流程短、金属回收率高、生产费用低、污染小、操作简单、占地面积小等优点的真空冶金法对辉钼矿进行真空热分解实验研究,以期简便、高效、环保地制备金属钼和硫磺。首先,对硫化钼真空热分解的机理、可行性及效果、硫化钼真空热分解过程中Mo和S的挥发行为以及高温、真空条件下硫蒸气的组成及含量,进行了热力学计算和分子动力学模拟,结果表明：在10Pa压力条件下,硫化钼的真空热分解是可行的,该热分解反应的起始反应温度约为1550K,相比于常压下降低了550K以上；在硫化钼的真空热分解过程中,元素Mo基本富集在残留物中,其中有少量的元素Mo可能以团簇形式挥发进入冷凝物,元素S挥发进入冷凝物；硫蒸气主要是由S1和S2组成,并且随着反应体系温度的升高,S1的含量逐渐增大,S2的含量逐渐减小。其次,开展了辉钼精矿的真空热分解小型实验和公斤级试验。小型实验结果表明：当蒸馏温度、恒温时间和蒸馏次数分别为1823K、60min和1次时,实验所得残留物中Mo和S的含量分别为90.17%和0.48%。公斤级试验结果表明：当蒸馏温度、恒温时间和蒸馏次数分别为120min和1次时,试验所得残留物为粗钼,元素Mo和S含量分别是92.38%和0.19%,金属Mo的回收率为95.94%。试验所得的冷凝物为粗硫磺,元素Mo和S含量分别是0.06%和96.28%。最后,开展了辉钼精矿的真空热分解-酸碱联合浸出法制备钼粉及硫磺的实验,结果表明：酸浸实验表明,浸出温度、浸出时间、HCl溶液浓度和固液比分别是363K、180min、4.0mol/L和10ml/g,实验所得酸浸渣中Mo和S的含量分别为92.57%和0.044%。最优条件实验表明,钼粉中元素Mo含量达到98.29%,且其主要以金属单质形式存在；钼粉中元素元素S、Si、Al、Mg、Ca、Fe和Cu在钼粉中的含量分别降至<0.005%、<0.005%、0.18%、<0.005%、0.06%、0.24%和0.006%,即其在钼粉中含量极低；元素S、Si、Al、Mg、Ca、Fe和Cu的脱除率达到99.99%、99.81%、98.04%、97.95%、70.54%、84.89%和99.26%,即真空热分解-酸碱联合浸出法对其脱除效果极佳。制备的钼粉的几何形状呈不规则状,平均粒径为10um-100um。

孔祥峰,熊恒,杨斌,刘大春,徐宝强,戴永年,杨诚^[5]（2014）在《高砷粗铅真空蒸馏脱除砷的研究》文中研究指明采用鼓风炉熔炼高砷粗铅为原料,对其真空蒸馏脱除砷进行理论分析和实验研究,考察蒸馏温度、恒温时间对砷脱除率、金属铅直收率的影响。理论分析结果表明:砷与铅的饱和蒸气压差异较大,且两者不形成金属间化合物,在较低的蒸馏温度条件下,高砷粗铅真空蒸馏可以有效地脱除砷。实验结果表明:在系统压力为515 Pa,蒸馏温度为973 K,蒸馏时间为30 min的条件下,砷的脱除率为80%,铅的直收率为97%,粗铅中铜的存在对砷的脱除有较大的影响。此工艺为粗铅真空蒸馏脱除砷提供新的方法,对粗铅采用真空蒸馏精炼除砷具有一定的指导意义和应用价值。

孔祥峰,杨斌,熊恒,燕春培,聂博,闫华龙,徐宝强,刘大春^[6]（2014）在《粗铅真空蒸馏脱除铜锡的研究》文中研究表明采用鼓风炉熔炼粗铅为原料,对其真空蒸馏脱除铜锡进行理论分析和实验研究,考察蒸馏温度、恒温时间对铜锡脱除率、金属铅直收率及贵金属银富集回收的影响。实验结果表明:在系统压力为515 Pa,蒸馏温度为1323 K,蒸馏时间为30 min的条件下,铜的脱除率接近100%,锡的脱除率为98%,一次蒸馏铅的直收率大于98%,粗铅中的银在残余物中得到富集回收。此工艺为真空蒸馏分离粗铅中的铜锡提供新的方法,并使银能得到有效富集,对粗铅采用真空蒸馏精炼除铜锡具有一定的指导意义。

孔祥峰^[7]（2014）在《粗铅真空蒸馏基础研究》文中研究说明传统火法冶炼得到的粗铅通常需经过精炼除杂后才能广泛地使用。粗铅中常有的杂质有铜、锡、银、锌、砷、锑、铋等,粗铅精炼的方法有火法和电解法两种。粗铅火法精炼工序多,铅冶炼直收率低,劳动条件较差；粗铅电解精炼生产周期长,占用资金量大,投资较大,生产成本略高。本文试图利用工序较短、无需试剂、对环境较友好的真空冶金方法在粗铅精炼除杂方面做一些工作,旨在高效率、低能耗的脱除粗铅中的杂质。本文对粗铅目前的精炼方法、研究现状等方面进行了简要介绍；利用热力学和动力学知识对粗铅真空蒸馏时各杂质组元的行为规律进行了探讨；利用真空炉对粗铅进行了真空蒸馏脱除杂质实验研究。热力学研究表明：粗铅高温真空蒸馏时,Cu,Sn和Ag三种杂质富集于残余物中；粗铅低温真空蒸馏时,Zn,As和Sb挥发进入气相中实现与铅的分离；粗铅高温低温真空蒸馏,杂质Bi的行为与Pb相似无法与Pb分离。动力学研究表明：元素挥发速率的主要影响因素是浓度差、温度、熔体流动状态、蒸发面积、系统压力,粗铅中各组元蒸发速率的大小顺序为：Zn>Sb>Pb≈Bi>Ag>Sn>Cu.采用真空炉对粗铅进行了低温-高温二段真空蒸馏及高温-低温二段真空蒸馏实验研究。粗铅低温-高温二段真空蒸馏实验结果表明：低温真空蒸馏在系统压力为5-15Pa、蒸馏温度为973K、恒温时间为30min的条件下,高温真空蒸馏在系统压力为5-15Pa、蒸馏温度为1373K、恒温时间为30min的条件下,粗铅经过低温-高温二段真空蒸馏,Cu,Sn,Ag,Zn,As,Sb和Bi的脱除率分别为99.99%、99.5%、98%、0.6%、0.7%、68.19%、1.2%。粗铅高温-低温二段真空蒸馏实验结果表明：高温真空蒸馏在系统压力为5-15Pa、蒸馏温度为1373K、恒温时间为30min的条件下,低温真空蒸馏在系统压力为5-15Pa、蒸馏温度为973K、恒温时间为30min的条件下,粗铅经过高温-低温二段真空蒸馏,Cu,Sn,Ag,Zn,As,Sb和Bi的脱除率分别为99.99%、99.5%、98%、99%、99.9%、86.56%、0.92%。粗铅高温-低温二段真空蒸馏杂质总的脱除效果好于粗铅低温-高温二段真空蒸馏。采用两种蒸馏方法,Cu,Sn,Ag的脱除效果基本一致；Zn和As的脱除效果却极不相同,粗铅高温-低温二段真空蒸馏的方法,Zn和As绝大部分被脱除了,而粗铅低温-高温二段真空蒸馏的方法基本上没有脱除；Sb的脱除效果,粗铅高温-低温二段真空蒸馏的方法稍微好于粗铅低温-高温二段真空蒸馏；Bi的脱除两种蒸馏方法差不多,真空蒸馏都难以实现Bi与Pb分离。

孔令鑫,李一夫,杨斌,徐宝强,刘大春,戴永年^[8]（2013）在《分子相互作用体积模型在真空蒸馏分离Pb-Sb、Pb-Ag和Sb-Cu合金中的应用》文中认为基于分子相互作用体积模型（MIVM）,使用牛顿迭代方法结合无限稀活度系数实验数据γ∞计算对势能相互作用参数Bij和Bji;然后使用参数Bij和Bji计算Pb-Sb、Pb-Ag及Sb-Cu二元合金体系的活度α和活度系数γ,并与实验值进行比较分析;最后计算Pb-Sb、Pb-Ag及Sb-Cu二元合金体系的气液相平衡组成。气液相平衡组成计算结果表明:活度计算值和实验值吻合较好;Pb-Ag和Sb-Cu体系中的组元均能通过真空蒸馏实现良好分离,而Pb-Sb体系中的组元不能通过一次真空蒸馏实现完全分离。分子相互作用体积模型用于预测二元合金体系的活度及真空蒸馏分离效果具有很高的可靠性,为真空蒸馏分离二元合金提供良好的理论依据。

杨先凯,杨斌,熊恒,徐宝强,戴永年,刘大春^[9]（2013）在《铜砷锑多元合金真空蒸馏硫化法除砷锑》文中指出从理论上分析了采用真空蒸馏硫化法处理铜砷锑多元合金除As,Sb的可行性,并通过实验探讨了加硫量、蒸馏温度、蒸馏时间对As,Sb脱除效果的影响。结果表明:在系统残压5～15 Pa,加硫过量率为200%,蒸馏温度1473 K,蒸馏时间30min条件下,杂质元素As、Sb含量分别降至0.039%,1.02%,脱除率分别为99.84%,95.17%,脱除效果明显好于直接真空蒸馏。蒸馏后得到的残余物为Cu2S,纯度较高,含量可达98%左右,Cu直收率为97.60%,经吹炼可得能够适用于电解精炼的阳极铜。

李亮,刘大春,杨斌,徐宝强,戴永年,周厚军^[10]（2012）在《含银铅锑多元合金真空蒸馏的元素挥发行为》文中研究说明以富集银为目的,采用真空蒸馏法研究含银铅锑多元合金在中真空（525 Pa）的条件下蒸馏过程中各元素的挥发行为,考察蒸馏温度、蒸馏时间对各元素脱除率的影响。实验结果表明:在系统压力为525 Pa,蒸馏温度为950℃,蒸馏时间≥45 min的条件下,Pb和Bi脱除率接近100%;As和Sb的挥发较为彻底,其脱除率分别达到96.3%和92.5%以上,而Ag和Cu基本不挥发。残留物的XRD分析结果表明,残留物中Cu与Sb形成化合物Cu2Sb及Cu10Sb3,Ag与Sb生成Ag3Sb,As与Cu生成Cu5As2,使得Sb和As的挥发不够彻底。真空蒸馏法提供一种含银铅锑多元合金中Ag与贱金属分离的方法,使Ag能得到有效富集。

二、Vacuum distillation refining of crude lithium (Ⅰ)──Thermodynamics on separating impurities from lithium（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、Vacuum distillation refining of crude lithium (Ⅰ)──Thermodynamics on separating impurities from lithium（论文提纲范文）

（1）铅铋银系合金物料超重力熔析分离的基础研究（论文提纲范文）

（2）金属锂制备工艺研究进展（论文提纲范文）

（3）工业硅中杂质P的强化析出及湿法去除研究（论文提纲范文）

（4）辉钼矿真空热分解制备钼粉的研究（论文提纲范文）

（5）高砷粗铅真空蒸馏脱除砷的研究（论文提纲范文）

（6）粗铅真空蒸馏脱除铜锡的研究（论文提纲范文）

（7）粗铅真空蒸馏基础研究（论文提纲范文）

（8）分子相互作用体积模型在真空蒸馏分离Pb-Sb、Pb-Ag和Sb-Cu合金中的应用（论文提纲范文）

（9）铜砷锑多元合金真空蒸馏硫化法除砷锑（论文提纲范文）

（10）含银铅锑多元合金真空蒸馏的元素挥发行为（论文提纲范文）

四、Vacuum distillation refining of crude lithium (Ⅰ)──Thermodynamics on separating impurities from lithium（论文参考文献）

• [1]铅铋银系合金物料超重力熔析分离的基础研究[D]. 温小椿. 北京科技大学, 2021(02)
• [2]金属锂制备工艺研究进展[J]. 李忠岐,洪侃,陈冬英,徐建兵,赖耀斌,梁鑫. 新疆有色金属, 2019(05)
• [3]工业硅中杂质P的强化析出及湿法去除研究[D]. 陆海飞. 昆明理工大学, 2017(01)
• [4]辉钼矿真空热分解制备钼粉的研究[D]. 周岳珍. 昆明理工大学, 2016(02)
• [5]高砷粗铅真空蒸馏脱除砷的研究[J]. 孔祥峰,熊恒,杨斌,刘大春,徐宝强,戴永年,杨诚. 真空科学与技术学报, 2014(10)
• [6]粗铅真空蒸馏脱除铜锡的研究[J]. 孔祥峰,杨斌,熊恒,燕春培,聂博,闫华龙,徐宝强,刘大春. 真空科学与技术学报, 2014(05)
• [7]粗铅真空蒸馏基础研究[D]. 孔祥峰. 昆明理工大学, 2014(01)
• [8]分子相互作用体积模型在真空蒸馏分离Pb-Sb、Pb-Ag和Sb-Cu合金中的应用[J]. 孔令鑫,李一夫,杨斌,徐宝强,刘大春,戴永年. 中国有色金属学报, 2013(02)
• [9]铜砷锑多元合金真空蒸馏硫化法除砷锑[J]. 杨先凯,杨斌,熊恒,徐宝强,戴永年,刘大春. 真空科学与技术学报, 2013(01)
• [10]含银铅锑多元合金真空蒸馏的元素挥发行为[J]. 李亮,刘大春,杨斌,徐宝强,戴永年,周厚军. 中南大学学报(自然科学版), 2012(07)

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