废旧铅锡合金真空蒸馏的研究
工作研究 囫 。
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A Study on Vacuum Distillation of W aste Lead and Tin Alloy
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摘 要 ： 本文针对 日益增 多的铅锡合 金废 料 ，对含铅量 在 4％ ～76％ 的铅 锡合金采 用真空蒸 馏分
离 工艺进行 了系统研究 ，最终 得到的 铅 的纯度 为 99％ ，锡 中含 铅量为 0 01％ 。
关键词 铅锡合金 真空蒸馏 废 旧合金
ABSTRACT：Systemic experim ents on vacuum distillation of increasing waste Lead and Tin alloy~~in which the
Leadisfrom 4petto 76pe t，werepe rformed，andthefinal pmductionis：thepurity ofthe Leadis 99 pct，andthe
Leadinth eTinis reducedto 0．01 pct．
KEYW O RD S：lead an d tin alloy vacuum distillation waste m etals
从再生资源中回收有色金属 ，是有
色金属工业实施可持续发展战略的一部
分，日益受到各 国政府、环保部 门和有
色金属工业界 的重视。随着废铅酸蓄 电
池 ，废 电缆护套 ，废铅板 、管 ，废铅锡
焊料 ，各种轴承合金、巴氏合金 ，含铅
碎屑、下脚料等的 日益增 多，以及人们
环保意识 的 日益增强 ，充 分有效地回收
废 旧金属并加以循环利用在冶金工业 中
已占有非常重要的地位”一I。本 文主要
考虑采用真空蒸馏 的方法对废 旧铅合金
中的铅锡组元进行分离，以实现绿色无
污染的再 生铅和锡。
本试验所用原料为含铅量在 4％ ～
76％范 围内变动的废 旧铅锡合金 ，经 过
一 系列 小型 探索性 试验 (以下简称 小
试 )和千克级扩大试验 (以下简称 中试 )
后 ，得到的产 品为纯度99％ 的铅和含铅
30
量在 0．01％ 以下的锡，并 找到 了能够指
导工业化 生产 的基本规律。
基本原理
1．纯物 质蒸气 压
真 空蒸馏 分离提纯金属是利用液态
合金各组元产生的蒸气压不 同，在低于
大气压的条件下进行金属分离和 富集的
一 种 方法。
纯 金属铅和锡 的蒸气压为㈦
lgP'eb=一10130T～ 一O．985lgT +13．285
(327 5~C～1 750℃ ) 《1)
lg p = 一15500T。’+10．355
(231．9℃ ～2603℃ ) 《2)
由式《1)、《2)可得表 1，表 1中的数据
表 明铅的纯物质蒸气压 比锡大 8 93 X
1O ～1．57 X 1O。倍 ，两组 分较易分离。
文 ／贾国斌 杨 斌 刘大春 樊 刚
2．Pb—Sn系气液 相平衡 图
定量计算真空蒸馏合金组分 的分离
程度和成 分，对实践有重要的意义。对于
Pb—Sn二元合金，气相成分 Pb 、Sn ，液
相成分、用质量分数表示 ，有 ：
气相： +Sn 1 (3)
液相： P +Sn =1 (4)
则：Pbn= (5)
同理 可得 ：Snn= Nm, (6)
式中 ，Ⅳ一、 、 、 、P 、P 分
别代表合金 中铅和锡的质量 分数 、活度
系数和纯物质蒸气压 。
根据 式 (5)和式 (6)，可 以计算出
某一温度下两组元在气相和液相 中的质
量分数 ，并绘制气 液相平衡 图。由图 1
可以看 出，在 1 000oC，合 金中的锡含
量 由0 1增至 0．9时，蒸馏 出来的铅中含
锡仅 为 10 5_10～，分离 的效果很好。但
当液态合金含锡量大于 0．9时 ，气相 中
含 锡较 快的升高 ，达 到 10I3甚至更多。
整个 分离过程随着蒸馏温度 的升高 ，气
相 中锡 的含量也不断升高 ，挥发物的纯
度 有所降低。可见真空 分离铅锡合金是
可行 的，分离出来 的铅 中锡含量甚至能
达 到 10一～1 0 (见 图 1、图 2)。
3．铅 的挥 发速率
由图 2可 以看 出，在较高压 强下 ，铅
的挥发速率较 低 ，在压强降低时 ，铅 的
挥 发速率随压 强下降而 明显地升高 ，压
强降低到某一定值 以后 ，铅的挥发速率
不再增大 ，而为定值 ，一般将 曲线的转
折点 的压 强称 为临界压 强 p
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表 1 纯金属铅和 锡的蒸气压
温度／℃ 800 900 l 000 l lO0 l 200 l 300
p％ a 7．24 42．33 186．26 656．83 I 942．47 4 983．47
p ／Pa 8．1l× lO。 1．38X10 1．51X10 0．12 0．68 3．17
PPb／p 8．93x 10 3．O7×lO‘ L 23x 10 5．47x 10 2．86x 10 1．57x 10
R·卡默尔 (Kamme1)等得到 Pb—Sn
合金 临界压强与温度 的关系式为 ：
lgP =-4396．6T +4．2 (7)
由式 (7)可 以看 出 ，铅 的临界压 强
随 温度升 高 而逐渐 增 大 ，但合 金 的临界
压 强还应 与合金成 分有关 ，公式 f 7)并
没有考 虑。
二 、试验研究
1．试 验原 料 及设 备
表 2物料成分
较大 ，所 以在蒸馏温度为 950cc左右
时铅就能大量挥发 。针对物料一 ，我
们只需将锡 中铅含量 降至 4％ 左右 ，
得到的粗锡就 可以跟物料二混合再做
进一步 的提纯 。物料一 的小试和中试
锡中铅含量与蒸馏温度和蒸馏时间的
关 系 见 图 3、 图 4。
根据 图 3和图 4中的数据 ，我们
可以看 出，高铅物料一小试时在蒸馏
温度 950oC、压 力 1O Pa、蒸馏 时间
40分钟 的条件下和 中试 时在蒸馏温
度 950℃、压 力 55Pa、蒸馏 时间 6O
本试验所用 的原料成分变化范围很大，
含铅量在 4％ ～76％ 范围内波动。根据上
述情况，我们按含铅量的不同 ，将物料分
为三种典型成分 ，其具体含量见表 2。从物
料成 分来看 ，合 金 中铅 、锡含 量合 计在
97％ 以上 ，可近似看作铅锡二元合 金。我
们希望通过小试和中试 ，能得到具体 处理
这些物料的试验 条件 ，为后期工业 生产提
供指导性参数。
本试验所用设备为昆明理工大学真空
冶金国家工程实验室 自主研发 的小型和 中
型真空 电阻炉 ，其工作范围：常压 ～1Pa；
工作温度 范围 常温 ～1 400℃。
2 试 验结 果 与讨 论
物 料一 的试验 结果
由表 2我们 可以看出 ，物料一属于高
铅物料 ，由于铅 的含量高 ，实际蒸气压 比
分钟的条件下 ，粗锡 中的含铅量经一
次蒸馏可以从 76％降到4％ 以下 。此
时得到的挥发物中铅的纯度能保证在
99．5％ 以 上 。
物 料 二 的试 验 结 果
物料二含铅仅 4．1％ ，属 高锡 物
料 ，我们 的 目标 是将锡 中铅 含量 降
到0．01％ 以下 ，当铅含量较-fL~B,1-，为
使铅 保持一 定 的蒸气压 必须 提高 蒸
馏温 度 ，但随着温度 的升高 ，锡 也将
会有 一定 的挥发 ，导 致挥 发物纯度
降低 。物料 --／J,,试 和 中试 的锡 中铅
含 量 与蒸馏温 度和 蒸馏 时间 的关 系
见 图 5、 图 6。
从 图 5和图 6中可以看出 ，在蒸
馏温度 1 1O0℃、蒸馏时间 40分钟、
压力 1OPa的条件下 ，达到 了锡 中铅
∽
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U
●
3
≯ 0 工作研 究
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图 1 Pb-Sn系气液相平衡 图
图 2 铝 的挥 发速率
图 3 物料一小试锡 中铅含量变 化
图 4 物料 一中试 锡中铅 含量变化
RESOURCE 31
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工作研究 囫 Resc；ir两
图 5 物料 --sJ~试锡 中铅含量变化
O．5
0．4
0．3
钿 0．2
露 0．1
O
20 40 6O 8O
蒸馏 时问 ／min
网 I
一1000I I
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图 6 物料二 中试锡 中铅含量变化
图 7 物料三小试锡 中铅含量变化
图 8 物料三 中试锡 中铅含量变 化
32
含量降至0．01％ 以下的要求。此时 由于
温度较高 ，锡的蒸气压变大 ，在铅挥发
的同时 ，锡 也开始挥发 ，这就 导致挥发
物 中锡 的含量 急剧升 高 ，锡含量为 1 7．
53％ ，铅为 64．79％。按 照这种 比例计
算 ，每处理 1吨高锡物料，会产生 6O千
克含铅 64．79％ 的粗 铅。将这 些粗铅集
中起来 ，就可 以跟高铅的物料一混合再
进行处理 ，又得 到纯度 在 99％ 以上的
铅 。
物 料 三 的试 验 结 果
物料三的含 铅量 处于 高铅物料一和
高锡物料二之间，我们对其进行 了系统
地试验研 究 ，其小试和中试的锡 中铅含
量与蒸馏温度和蒸馏 时间的关系见图7、
图 8。
从 图7和 图8可 以看 出，含 铅量 处
于 中 间 状 态 的 物 料 三 ，在 蒸馏 温 度
1 000℃ ，蒸馏时 间 20分钟 的条件下 ，
能将锡 中含铅量 从 37．4％ 降至 1％ 以
下 ，而且还能得 到纯度在 99％ 以上的
铅、锡产品。另外 ，我们还看到 ，小试
的结果比中试的结果要好 ，对于物料三，
小试可 以将含 铅量从 37．4％ 直接降至
O．O1％ 以下，而中试则做不到。但可以
肯定的是 ，对于物料三 ，完全可 以同高
铅物料一混合后，在低温下进行蒸馏 ，得
到含铅量大于 99％ 的铅和含铅量低于
4％ 的粗锡 ，得到 的粗锡再和高锡物料
二混合 ，再进行下一步蒸馏处理。
三 、结论l ——? ▲ ——一’，"rV
通过上述 系列试验表 明，对于含铅
量在7％ 一80％ 的合金 ，通过一次蒸馏 ，
可 以得到纯度在 99％ 以上 的铅产品 ，和
含铅量在 7％ 以下的粗 锡。对于含铅量
在 7％ 以下 的合金 ，通过一 次蒸馏或者
两次蒸馏 可以得到含铅 量低于 O O1％
的精锡。试验 中铅 、锡的平均 回收率均
在99％ 以上。笔者后期也将在本 文所述
试验的基础上 ，继续废 旧铅锡合金真空
蒸馏分离工业化生产的研 究。
参 考 文 献
【1】兰兴华．从再 生资源中回收有 色金属的进展 世界 有色金属．2003年第 9期 p61～65
【2】奔 凯．中国再生有 色金 属产业快速发展 上海有 色金 属．2007年 6月 ，第 28卷 第 2期
【3】戴永年 ，杨斌 ．有色金属材 料的真空冶金 ．冶金工业 出版社．北京 ．2000年．p87～1 28
【4】杨斌 ．金属铅 真空蒸馏 基本 规律 的研究 昆明工学 院硕 士论 文 1 990．
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废旧铅锡合金真空蒸馏的研究.pdf
