[科普中国]-铅锑合金

简介

铅锑合金在国民生产中具有广泛的用途，然而，将铅锑合金分离以产出铅锑却有相当难度。这是因为铅锑的物理化学性质相近，在冶金中的行为相似。长久以来，国内外研究工作者为寻求技术上易行、经济上合理的处理方法，进行了许多探索，如离心偏析法、真空蒸馏法、电解法等1。

几种主要的分离方法离心偏析法本法的理论根据为：Pb—Sb二元合金相图是一个典型的部分互溶共晶相图。液态时无限互溶，固态时部分互溶，共晶温度251.2℃，共晶成分中含Sb11.2%。在共晶温度下，铅能溶解3%～4%Sb形成α—固溶体，锑能溶解4%～5%Pb形成β—固溶体。在BDE 区，液相线BE 和固相线BD 的水平距离和垂直距离都很大，且固相线非常陡直，假如将该区域合金缓慢降温趋近共晶温度时，合金液中便结晶析出富锑固溶体和形成接近共晶成分的富铅液体，此时，若将β—固溶体与富铅液体分开便可分别得到合Sb>90%的粗锑和含Pb>80%的粗铅。

在合金液中，β—固溶体结晶析出过程依赖于两组元原子或原子团的扩散。要实现铅锑合金快速偏析分离，获得优质的粗铅和粗锑就必须使分离设备具有合理的温度场和铅锑原子团快速扩散富集及固—液分离的条件。离心分离机是一种高效的分离设备，在偏析过程中使用离心机能使过程大大加速。由于铅锑的比重相差很大，因此利用合金组成的熔点不同，控制适当的温度场，使用分离机，就可以使富集的锑以β—固溶体形式从富铅液中析出，将原来均匀的液相变成固—液非均匀相，使铅锑基本分开。

真空蒸馏分离法两种或两种以上金属元素组成的合金能否通过蒸馏的方法分离，主要取决于这些金属在纯状态下蒸气压的差别。在相同温度下，1000℃以下，铅锑蒸气压相差十倍至数百倍，随着温度的升高差值减少，在1000℃时仍差近十倍。故两种金属的分离是可能的。

铅锑合金真空分离系数可达100，大于1，这证明用真空蒸馏分离是可能的，在分离过程中铅在液相中富集，锑在气相中富集。在进料相同的情况下，随着级数的升高，盘中锑含量逐渐增加，至第十五级时锑含量可达98%以上；而铅含量则随着级数的增加而逐渐减少，达到0.6 %左右，可一次获得纯锑。

熔盐电解法在合金分离中，熔盐电解法分离提纯是用熔点较低的混合物作电解质，熔融的合金作为阳极（阳极法）或阴极（阴极法），不溶性金属或石墨作为导电的电极，在高温下进行电解。在电解过程中其中一成分金属不断从合金阳极中迁移出去，达到分离的目的。

电解所用电解质多采用等摩尔的KCl—NaCl混合盐熔体，也可以用Na2SO4—KCl—NaCl ，Na2Cl—MgCl2—KCl，NaCl—KCl—CaCl2等混合盐作电解质2。

存在问题及改进措施1.离心偏析法具有过程简单、不产渣、不产尘、能耗低、可直接获得粗金属等优点。但仍存在一此问题: 如降温偏析时间长，温度难于均匀，作业间断； 晶粒和富铅液成分波动大，很难达到理论成分； 锑易氧化。针对这些问题，只有在技术上作出较大改进才能使本法在技术上获得突破。主要的改进措施包括: 温度场的精确控制、散热器件效率的提高并设法防止锑的氧化。

2.真空蒸馏法是一个物理分离过程，此工艺不加溶剂，无废气、废水、废渣，能较好地分离铅锑合金。但该法在真空高温下操作，对设备材料要求高，成本也高，必须寻求合理的材料，改善炉体结构和作业条件，降低成本。

3.用熔盐电解法分离铅锑合金具有以下优点：化学反应快，工艺流程短，金属直收率高；能在高电流密度下工作且省电，设备单位生产能力大； 可在密闭条件下作业，有利于环境保护和改善劳动条件。但是该法存在以下不足：需要在相当高的温度下操作，而在高温下电解质腐蚀性大；对设备材料要求也高，而且电解槽结构比较复杂；电解质的净化和循环利用也较麻烦。寻求优质材料和改善电解槽结构，是这项技术应用于生产的关键，也是国内外这方面研究工作的重点。

综上所述：真空蒸馏法和熔盐电解法对设备材料要求都比较高，相对成本也较高；而离心偏析法方法简单易行，成本低，只要能解决技术上的一些问题，不失为一种较理想的方法3。

铅锑合金中铅的测定含铅、锑的合金摩擦系数小，有良好的韧性、导热性和耐蚀性，是生产蓄电池极板、化工管道、电缆包皮的首选材料。与纯铅相比，铅锑合金的熔点低，熔融状态下流动性好，易于浇铸成型，凝固后硬度大。由于铅锑合金使用还原铅配制，合金的各项性能指标与其中铅的含量有很大关系，而相关的铅的测定方法，文献报道较少。用硫酸－硫酸钾体系溶解样品，以柠檬酸钠作为掩蔽剂，采用硫酸铅沉淀法分离去除锑、铁、锌、锡、铜、铝、钴、镍、锰等元素的干扰，在pH=5.5的条件下，采用EDTA滴定法测定合金中的铅含量1。