真空技術(shù)的發(fā)展和真空設(shè)備的普及成為真空冶金前進(jìn)的基礎(chǔ)。二十世紀(jì)七十年代以后，有色金屬冶金中出現(xiàn)了一些真空過(guò)程，如煉錫廠的Pb-Sn合金真空蒸餾技術(shù)及設(shè)備出現(xiàn)^[1]，九十年代研究出臥式真空爐處理熱鍍鋅渣和硬鋅^[2,3]。隨之在真空中鉛一銀分離，真空煉鋰，粗硒蒸餾，粗鎘蒸餾……廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)。本文簡(jiǎn)要回顧了近三十年來(lái)有色金屬真空冶金方面的一些進(jìn)展，扼要說(shuō)明其作用和應(yīng)當(dāng)注意發(fā)展的若干方面。

1、真空冶金的基本原理

1.1、合金分離的可能性判斷

    經(jīng)過(guò)熱力學(xué)分析，作者提出用分離系數(shù)β來(lái)判斷合金或粗金屬組分用蒸餾法分離的可能性^[1,4]。對(duì)二個(gè)組分(1，2)的體系有

                    β= (γ₁/γ₂)·(P_1^*/P_2^*)

其中γ_i、P_i^*分別為組分i的活度系數(shù)和蒸汽壓。γ_i既與組分i的濃度有關(guān)，又受溫度影響；而純組分物質(zhì)i的飽和蒸氣壓P_i^*則決定于溫度。β＞1時(shí)元素1在氣相富集，β＜1時(shí)元素1在液相富集。這兩種情況下，蒸餾可以分開(kāi)這兩元素。當(dāng)β= 1時(shí)，蒸餾出的氣相和凝聚相成分相同，不能分離兩元素。

1.2、氣一液相平衡成分

    利用氣-液相平衡成分圖^[4]，可定量估計(jì)真空蒸餾時(shí)合金組分分離的程度以及產(chǎn)品的成分。對(duì)A-B二元體系，以A_g和B_g表示氣相成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，A₁、B₁表示液相成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，ρ_A、ρ_B似為氣相中組分的蒸氣密度，則氣相物質(zhì)中組分A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

        A_g = [1+B₁／(βA₁)]^_-1

           = [1+(B₁／A₁)·(γ_B／γ_A)·(P_B^*／P_A^*)]^-1        (2)

    用某一溫度下γ，P_^*的值及一系列的B₁／A₁，可作出A_g-A₁關(guān)系圖。氣-液相成分圖可指導(dǎo)合金和粗金屬真空蒸餾時(shí)選擇技術(shù)條件和原料成分，以達(dá)到所需的產(chǎn)品。

1.3、金屬在真空中的揮發(fā)性

      大氣中進(jìn)行金屬和合金的蒸餾有兩個(gè)困難：一是要在高于物料沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行，通常需要高的溫度；二是大氣中的氧氣會(huì)在蒸餾溫度下使金屬氧化。故傳統(tǒng)冶金中只有少數(shù)沸點(diǎn)較低的金屬如Zn、Cd、Hg等采用蒸發(fā)法。在真空中，氧化作用基本上不復(fù)存在，而且使得金屬的蒸發(fā)溫度也相應(yīng)降低，這樣金屬的蒸發(fā)、蒸餾就能夠?qū)崿F(xiàn)。

     例如，鉛的沸點(diǎn)是1740^oC，在真空中蒸發(fā)鉛，1000^oC左右P_p^*b=1.86×10²Pa，在10Pa的真空中，鉛就能較快揮發(fā)。真空對(duì)金屬蒸發(fā)有促進(jìn)作用，但并不是真空度越高越好^[5,6]。研究表明，許多金屬的w-P曲線都有圖1形狀的曲線。其中P為系統(tǒng)中的氣體壓力，叫是金屬蒸發(fā)速率(g·cm^-2s^-1)。金屬或合金的真空蒸餾，系統(tǒng)內(nèi)氣體壓力降低就增大了金屬的蒸發(fā)速率，但壓力降到Pcrit以下，w不再增大。由此可確定真空蒸餾的適宜真空度，即系統(tǒng)內(nèi)的氣體壓力略小于Pcrit。已經(jīng)測(cè)定了Pb、Sb、Zn、Cd等金屬在真空中的揮發(fā)曲線^[7]。

2、粗金屬及合金的真空蒸餾分離2.1、Pb-SB合金真空蒸餾分離

2.2、鋅一鐵合金(熱鍍鋅渣、硬鋅)真空蒸餾和提取高純鋅

    Zn-Fe體系的氣一液相平衡成分圖(圖4)表明真空蒸餾提取鋅是完全可能的。熱鍍鋅渣和硬鋅實(shí)質(zhì)都是鋅一鐵合金。為了在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)真空蒸餾硬鋅、熱鍍鋅渣和鍘取高純鋅，我們研制了臥式真空蒸餾系列設(shè)備及其技術(shù)。其中臥式真空蒸餾爐如圖5所示。根據(jù)原料和目的的不同，可以調(diào)整其結(jié)構(gòu)尺寸和材料。研制成功的設(shè)備和技術(shù)分別用于韶關(guān)冶煉廠、武鋼實(shí)業(yè)公司冶煉廠、水口山鉛鋅廠、鞍山、宣威、貴陽(yáng)等地，經(jīng)濟(jì)效益好，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，為我國(guó)新增了一種設(shè)備和技術(shù)，且有出口的前景。

    對(duì)硬鋅需要提高鍺等元素在渣中的富集度，對(duì)熱鍍鋅渣則要盡可能提高鋅的回收率和保證產(chǎn)鋅含鐵小于0.003％，而制取高純鋅，則要鋅含鐵小于3ppm。對(duì)鋼鐵熱鍍鋅時(shí)產(chǎn)生的熱鍍鋅渣進(jìn)行真空蒸餾，工業(yè)試驗(yàn)得到含鐵僅0.00004％的鋅^[3]。處理鋅精練時(shí)產(chǎn)生的硬鋅，計(jì)算表明硬鋅蒸餾時(shí)，鋅蒸汽中含鍺僅10^-8～10^-12，鋅幾乎金部殘留在渣中。小型試驗(yàn)到工業(yè)試驗(yàn)，產(chǎn)出的鋅中含鍺10^-5，回收在渣中的鍺占97％以上，與上述計(jì)算相符。硬鋅中的鎦和銀也有類似情況，集中在渣中。硬鋅真空處理于1997年工業(yè)化，產(chǎn)出鋅，渣中富集鍺、銦、銀都在10倍，直接回收率都在97％。此外，用真空蒸餾等級(jí)鋅，各種級(jí)別鋅中含鐵都在于分之一以下。