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摘要:资源和能源的利用效率是资源开发利用和环境保护与管理领域中重要的研究问题。其中，有色金属冶炼行业可以说是促进我国现代化工业发展的重要支撑。介绍了有色金属当中关于真空冶金的开发与应用情况，期望可以为今后本行业的相关研究提供一些有价值的借鉴，从而进一步丰富有色金属冶炼的研究。
关键词:有色金属;真空冶金技术;开发应用
1有色金属行业中真空冶金的技术开发分析
1.1开发进程分析
针对有色金属而言，其真空冶金的出现相对晚一些，比如，在1935年的时候，Kroll就曾提出了从铅里面除锌，可以采取真空法，但是直到1947年才最终实现。部分金属进行提纯，如锑、锌等都是在实验室研究之后再开展小规模的实验，但是工业规模生产却十分少见。一直到50年代，我国有色冶金工厂当中其实都没有配置真空冶金及相关设备，但是在某些实验室当中少量对几种金属进行处理。而后真空技术逐渐发展深入、完善起来，真空设备的生产也逐渐普及起来，是真空冶金发展的基础。20世纪70年代之后，出现了真空蒸馏技术以及相关设备，迅速地将其推广到各个冶锡厂当中，至今为止全国范围内20多个工厂中应用。90年代研究并推行卧式真空炉对热度锌渣和硬锌，它有效地将锌和铁分离，已经在一些工厂中得到应用。而后的真空铅银分离、粗硒蒸馏等，都已经逐渐在工厂中得到应用。很多有色冶金工厂都会考虑到真空技术的特征，想用它来解决现阶段存在的问题。以往一段时间当中，更是出现了在真空中制造超细金属及化合物粉末，制造新合金材料等研究成果。
1.2有色金属真空冶炼工作原理
21世纪以来,有色金属的真空冶金技术得到了非常快速的成长和发展，有色金属的真空冶炼技术具备着传统冶炼方法无可比拟的优势。首先，有色金属的真空冶炼工作原理是：系统压力比大气压小的前提下，在超高真空范围内进行的金属矿物或者是其他资源的熔炼加工和处理。有色金属真空冶炼技术分为真空蒸馏、真空分离等等。
1.3开发真空冶炼技术的理论分析
有色金属真空冶金技术通过针对不同有色金属元素气化和冷凝的不同性质，实现金属精炼和合金各类分离的目的。再进行加热，温度控制在低于沸点的范围，金属便能蒸发，金属气体又在较低温处冷凝成为金属液体或固体。这样就使得有色金属真空冶炼由传统的化学过程简化成物理过程，冶炼流程变为金属—气化—冷凝—金属，缩短了冶炼周期，并且原料和产物都是金属。
1.4开发真空冶炼镉技术的试验过程
设镉杂质含量为y（%）的金属熔体质量为b（kg），蒸发表面积为a（㎡），杂质从过程开始的t秒时间内，以w（kg·-㎡·s-1）速率自熔体表面蒸发,其浓度在dt秒内的变化为dy（%）。根据质量守恒定律，自熔体表面蒸发的杂质的量必然等于熔体中失去的杂质的量,从而得出方程：vadt=-bdy/100根据该方程进行计算可得出结论：其蒸发的速率同压强之间成反比关系。经过一定的时间后发生转折，此后压强减小蒸发速率将不在增大，压强达到一定数值，镉的蒸发率可达到8×10-3g·cm-2·s-1。接着进行镉的冷凝处理，在试验过程中，我们采用冷凝器与冷凝壁，这样能够让气体与挡板相遇之后在其面上凝结，从而更好地掌控冷凝的温度并配合蒸馏的过程来完成。在冷凝之中，镉金属的蒸气压随温度降低，一部分的蒸气凝结气相中金属就会减少。根据计算公式能得出：控制20压强在以内，冷凝率可达到95%以上。
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1.5开发真空冶炼技术的试验结果
根据试验分析可得出冷凝镉在蒸馏完全后可达到95%左右。进行真空冶炼后的镉的杂质含量仅有0.01%，并且粗镉的蒸发速率远远高于传统的冶炼技术。从镉的蒸馏变化过程图我们可以看出，真空冶炼技术大大缩短了冶炼周期，提高了冶炼效率。真空冶炼过程中的清除和脱脂作用有利于冶炼反应的正向进行，起到清洁金属表面氧化物的作用[1]。真空冶炼技术可以能够精确控制冶炼成分，低熔点有害杂质、微量元素和气体都能够被去除，同时还能保证金属元素不被二次氧化。
2真空冶金技术的应用
2．1真空熔炼法
一般情况下真空熔炼是基于真空环境之下开展高温熔炼之后再对金属进行提炼，真空熔炼的过程中可以使用到的方法是。真空感应熔炼，也就是在真空环境中的中高频感应炉完成金属熔炼，一般会在高强度钢材以及高温合金熔炼领域中得到应用;真空电弧熔炼，在真空环境之下经过强电流和低电压来熔化金属，电极往往都会产生自损耗，因此会在钨、钛等金属的熔炼中得到应用;电渣熔炼，一般会在金属重熔提纯以及熔铸异型铸件的过程中得到应用[2]。电子束熔炼，也有可能被称为是电子轰击熔炼，其实也就是在真空环境之下使用一个或者以上阴极电子枪通过发射高能的电子书，将熔物料轰击，以便于可以让电子动能迅速的转换为热能，在短时间内将炉料熔化，并将其滴入到冷水铜当中凝固。电子束熔炼技术一般会在熔炼难度高或者要求高的金属熔炼过程中应用，这是一种发展前景非常广大的熔炼方法。
2．2真空蒸馏与精炼
这主要依靠真空蒸发这项技术，有效地去除里面的杂质，而后提纯材料。实际上可以使用到2种方法，在真空条件之下进行蒸馏分离。在真空环境里面，把金属间蒸汽压差别当作是依据，通过冷凝、挥发的手段，提纯、分离金属。在工业领域当中，一般是通过电阻炉或者感应炉完成蒸馏工作[3]。化学迁移反应法，通过金属和砌体之间的物质反应形成化合物，而后将其迁移到其他位置上，再发生逆反应，在逆反应结束之后形成纯金属或者气体产物。
2．3真空热处理技术
这项技术主要指在真空条件之下，针对金属开展加热处理的一种技术措施，此技术措施实际应用的过程中，能够使金属在其组织结构方面出现一定变化，从而也就可以让金属的物理性能及化学性能得到优化。而针对真空热处理，则能够分成真空淬火、退火以及化学处理等类型[4]。真空淬火要求在真空条件下进行加热，而后，在多类已经冷却的介质里面完成冷却，真空退火一般会在难熔金属冶炼的过程中应用。
2．4真空电弧的双电极重熔
真空电话双电弧重熔技术是一种轴细晶锭熔炼技术，在20世纪70年代后期产生，是相较于真空冶炼工艺的一种新方法。除此之外，可以勇气替换VAＲ或者加工难度大的高温冶金，但是这一方法实际应用的过程中存在一定问题。因此在对真空电弧双电机重熔技术进行分析的过程中，应当详细分析此方法实际应用的过程中存在的问题，依据问题形成原因，找寻适应性比较强的问题解决措施，解决此技术实际应用的过程中存在的问题，才可以对这一项技术的实际应用效果作出保证。
结语：
在科学技术发展及应用速度不断提升的背景之下，不仅会对材料的性能提出更高的要求，也会对冶炼水平提出更高的要求。想要获取高纯度的金属材料，一定要在应用真空冶金技术的基础上，再依据本企业实际情况，施行一些辅助工艺措施，才可以对真空冶金技术的实际应用效果作出保证，以便起到一定促进作用。
参考文献：
[1]吴清茹,王书肖,王玉晶. 中国有色金属冶炼行业大气汞排放趋势预测[J]. 中国环境科学,2017,37(07):2401-2413.
[2]杨雪,邢杰,李贞. 云南省有色金属冶炼废物产生及处理情况综述[J]. 能源与环境,2015(06):86+88.
[3]刘予成. 金属氧化物在真空冶金中的行为研究[J]. 科技展望,2016,26(06):36-37.
[4]苏恒阳. 有色金属冶炼中的网络控制管理技术研究[J]. 世界有色金属,2016(14):117-118.
论文作者:司艳艳,陈文平
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/8
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