采用鼓風(fēng)爐熔煉高砷粗鉛為原料，對(duì)其真空蒸餾脫除砷進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，考察蒸餾溫度、恒溫時(shí)間對(duì)砷脫除率、金屬鉛直收率的影響。理論分析結(jié)果表明：砷與鉛的飽和蒸氣壓差異較大，且兩者不形成金屬間化合物，在較低的蒸餾溫度條件下，高砷粗鉛真空蒸餾可以有效地脫除砷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在系統(tǒng)壓力為5 ～15 Pa，蒸餾溫度為973 K，蒸餾時(shí)間為30 min 的條件下，砷的脫除率為80%，鉛的直收率為97%，粗鉛中銅的存在對(duì)砷的脫除有較大的影響。此工藝為粗鉛真空蒸餾脫除砷提供新的方法，對(duì)粗鉛采用真空蒸餾精煉除砷具有一定的指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值。

　　傳統(tǒng)火法冶煉得到的粗鉛通常需經(jīng)過精煉除雜后才能廣泛地使用。粗鉛精煉的方法有火法精煉和火法初步精煉- 電解精煉兩種。目前世界上采用火法精煉的冶煉廠較多，約占世界精鉛產(chǎn)量的70%，只有加拿大、秘魯、日本和我國(guó)的一些煉鉛廠采用火法初步精煉-電解精煉。無論是火法精煉還是火法初步精煉-電解精煉，都需將雜質(zhì)砷除至一定程度。粗鉛除砷的方法有氧化精煉法和堿性精煉法。氧化精煉法是借助于空氣中的氧對(duì)雜質(zhì)砷的氧化造渣除去。氧化精煉法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，投資少；但其缺點(diǎn)是鉛的損失大，直接回收率低，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)條件差，燃料消耗高。堿性精煉法是加堿于熔融粗鉛中，利用雜質(zhì)砷對(duì)氧的親和力大于鉛，優(yōu)先將砷氧化為高價(jià)砷氧化物，然后再與燒堿形成砷鈉鹽浮于液鉛表面從而與鉛分離，該過程可以在比氧化精煉較低的溫度( 673 ～723 K) 下進(jìn)行，且氧化劑主要不是空氣而是硝石(NaNO3) ，其反應(yīng)速度快，進(jìn)行得完全，雜質(zhì)砷在鉛中的殘留量比較低，故真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)發(fā)現(xiàn)目前大多數(shù)火法精煉廠采用此法。但堿性精煉過程所產(chǎn)生的砷渣處理比較麻煩且對(duì)環(huán)境的危害較大，另外高砷粗鉛堿性除砷試劑消耗大。

　　真空冶金已被廣泛應(yīng)用于合金的分離、粗金屬的精煉、有色二次資源回收等領(lǐng)域。為了簡(jiǎn)化粗鉛精煉除砷的工藝流程、提高金屬鉛的回收率、降低試劑消耗、減小環(huán)境污染，本文對(duì)高砷粗鉛真空蒸餾脫除砷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，為粗鉛真空分離砷提供理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1、高砷粗鉛真空蒸餾脫除砷的理論分析

　　真空蒸餾的原理是利用合金中各組元在不同溫度條件下的飽和蒸氣壓的差異進(jìn)行真空分離，同一溫度下，某種組元飽和蒸氣壓越大，其越容易揮發(fā)�？刂埔欢ǖ臏囟群驼婵斩�，蒸氣壓大的組元優(yōu)先揮發(fā)冷凝于冷凝器上，蒸氣壓小的組元?dú)埩粲谝合�，從而�?shí)現(xiàn)分離某種組元的目的。純物質(zhì)飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系可表示為

　　式中：A，B，C 和D 分別為蒸發(fā)常數(shù)，可由文獻(xiàn)查得，Pb，As，Sb，Bi，Zn，Cu，Sn 和Ag 的蒸發(fā)常數(shù)A，B，C 和D 值列于表1；p 為蒸氣壓，Pa；T 為溫度。

表1 Zn，Cu，Sn 和Ag 的蒸發(fā)常數(shù)A，B，C 和D 值

　　根據(jù)式(1) 和表1，計(jì)算得到的高砷粗鉛中各金屬元素蒸氣壓與溫度的關(guān)系曲線如圖1 所示。由圖1 可以看出，同一溫度下，高砷粗鉛中As 的蒸氣壓最大，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Pb 的蒸氣壓( pAs≈106pPb) 。由此可以初步判斷，在800 ～ 1000 K 溫度范圍內(nèi)，高砷粗鉛真空蒸餾過程中As 將優(yōu)先于Pb 揮發(fā)，真空蒸餾很容易實(shí)現(xiàn)高砷粗鉛脫除砷。

圖1 高砷粗鉛中各組元蒸氣壓與溫度的關(guān)系曲線圖

　　考慮到砷易與其它金屬形成金屬間化合物，為進(jìn)一步分析As 和Pb 真空分離的可行性引入As-Pb二元相圖如圖2 所示。由圖2 可以看出，As 與Pb 在576 K 時(shí)只存在共晶點(diǎn)，且在其它溫度下也不形成金屬間化合物，Pb 的存在不影響As 的揮發(fā)。

圖2 As-Pb 二元合金相圖

　　由此可知，采用真空蒸餾的方法脫除高砷粗鉛中的As 時(shí)，在較低的溫度下高砷粗鉛中的As 易揮發(fā)進(jìn)入氣相，而Pb 殘留在液相中。高砷粗鉛真空蒸餾脫除砷理論分析上很容易，但實(shí)際分離效果需通過實(shí)驗(yàn)來探討。

4、結(jié)論

　　(1) 理論分析上采用真空蒸餾脫除高砷粗鉛中的砷是可行的，與氧化精煉法和堿性精煉法除砷相比，真空蒸餾法簡(jiǎn)化了除砷流程，具有鉛直收率高、不消耗試劑、不產(chǎn)生難以處理、污染環(huán)境的砷渣等優(yōu)點(diǎn)。

　　(2) 當(dāng)系統(tǒng)壓力為5 ～15 Pa、恒溫時(shí)間為30 min時(shí)，蒸餾溫度對(duì)As 的脫除和Pb 的直收都有較大的影響。隨著蒸餾溫度的升高，As 的脫除率開始明顯增大，在973 K 之后，As 脫除率基本上不再升高，973 K 時(shí)，其脫除率達(dá)到80%；Pb 的直收率隨著蒸餾溫度的升高開始緩慢減小，在923 K 之后，Pb 的直收率減小較快， 973 K 時(shí)，Pb 的直收率為97%，而1073 K 時(shí)僅為88%。綜合考慮砷的脫除與鉛的直收，高砷粗鉛真空蒸餾脫除砷的過程中，蒸餾溫度應(yīng)控制在973 K 左右為宜。

　　(3) 當(dāng)系統(tǒng)壓力為5 ～15 Pa、蒸餾溫度為973 K時(shí)，恒溫時(shí)間對(duì)As 的脫除影響較小，對(duì)Pb 的影響較大。隨著恒溫時(shí)間的延長(zhǎng)，Pb 的直收率逐漸降低。高砷粗鉛真空蒸餾過程中，恒溫時(shí)間應(yīng)控制在30min 左右為宜。