基於分子動力學鉛基合金若干性質的研究

《基於分子動力學鉛基合金若干性質的研究》是依託昆明理工大學，由蔣文龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於分子動力學鉛基合金若干性質的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：蔣文龍
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

金屬鉛的冶煉採用火法還原的方法，目前採用熔析或加硫的方法除銅，以及加鋅除金、銀的方法提純粗鉛，課題組通過實踐證明通過真空蒸餾的方法可以有效去除鉛基合金中的Cu、Ag、Au。本項目主要針對Pb-Ag、Pb-Cu、Pb-Au合金的性質進行研究，項目採用Parrinello-Rahman方法建立鉛基合金焓值計算模型，由嵌入原子法（DB EAM）建立及計算合金的結合能及形成能。採用分子間作用勢模型結合NRTL方程計算合金的熱力學因子，並利用Darken方程計算三種鉛基合金的互擴散係數。通過鉛基合金真空蒸餾實驗研究考察不同條件下Cu、Ag、Au的遷移規律，並把實驗結果與模擬結果進行比較，對模擬計算數據進行誤差分析，獲得置信度較高的分子動力學計算模型。進而從理論和實驗的角度獲得鉛基合金的一些熱力學和動力學性質，為鉛基合金的真空蒸餾提供理論依據。

結題摘要

針對現有鉛冶煉工藝Cu、Ag、Au三種元素去除及粗鉛提純存在流程長、能耗高等缺點，本項目採用真空蒸餾實現金屬鉛與銅、銀、金高效分離提純。研究從熱力學、動力學以及分子動力學模擬三個角度，分別研究了Pb-Cu、Pb-Ag和Pb-Au三個二元合金體系的熱力學及動力學性質，為鉛基合金真空蒸餾分離實驗研究提供了理論指導，豐富了真空蒸餾基礎理論。 採用分子相互作用體積模型（Molecular Interaction Volume Model，MIVM）預測了Pb-Cu、Pb-Ag、Pb-Au三種二元鉛基合金在1073~1473K溫度範圍內的活度係數；由克拉博龍-克勞修斯方程推導出二元合金真空蒸餾分離係數和氣液相平衡成分計算公式，結合預測得到的活度係數值，計算出Pb-Cu、Pb-Ag、Pb-Au合金體系在10Pa，1073~1473K下的分離係數和氣液相平衡成分；計算了Pb-Cu、Pb-Ag、Pb-Au三種合金體系不同成分下，各組元的飽和蒸氣壓及臨界壓強，並由麥克斯韋運動方程推導出二元合金體系的合金組元揮發速率方程，獲得了Pb-Cu、Pb-Ag、Pb-Au合金體系揮發速率；採用分子動力學模擬了Pb-Cu、Pb-Ag、Pb-Au合金體系的對相關函式、配位數、合金相關半徑、團簇原子數、焓值、結合能、形成能以及自擴散和互擴散係數，從微觀的角度解釋了鉛基合金真空蒸餾時Pb揮發到氣相的機理。 以含銅15%的Pb-Cu合金為原料，通過研究蒸餾溫度、時間對合金分離效果的影響，獲得合金分離的最佳實驗條件，並對5~95%的Pb-Cu合金開展真空蒸餾分離實驗研究，通過真空蒸餾分離，氣相中可以獲得純度大於99.54%的粗鉛，液相中獲得純度大於99.90%的粗銅；以含銀10%的Pb-Ag合金為原料，通過研究蒸餾溫度、時間對合金分離效果的影響，獲得合金分離的最佳實驗條件，並對2.5~10%的Pb-Au合金開展真空蒸餾分離實驗研究，通過真空蒸餾分離，氣相中可以獲得純度大於99.23%的粗鉛，液相中獲得純度大於99.97%的粗銀；以含金10%的Pb-Au合金為原料，在爐內壓強30Pa，蒸餾時間60min、蒸餾溫度1273~1473K條件下開展 Pb-Au合金真空分離效果實驗研究，研究結果表明在通過真空蒸餾在氣相中可獲得純度大於99.90%的鉛，在液相中獲得純度大於98.5%的金。