（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741025）

傳統(tǒng)的有色金屬冶煉技術(shù)相對(duì)滯后，冶煉流程過(guò)長(zhǎng)、對(duì)資源的消耗過(guò)高，在冶煉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生污染物，影響自然環(huán)境。并且傳統(tǒng)的冶煉技術(shù)咋冶煉后資源的回收利用率也很低。這些問(wèn)題促使了新的冶煉技術(shù)—有色金屬真空冶煉技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用。在真空條件下，氧氣含量很少，有色金屬和大氣環(huán)境隔開(kāi)很難被氧化。并且，有色金屬同大氣中物質(zhì)的交流得到控制，減少了有色金屬冶煉對(duì)環(huán)境的影響。因此，通過(guò)對(duì)有色金屬真空冶煉技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行分析，希望能夠?yàn)槌浞职l(fā)揮真空冶煉技術(shù)的優(yōu)勢(shì)提供一些理論上的指導(dǎo)。

1 有色金屬真空冶金技術(shù)的開(kāi)發(fā)

21世紀(jì)以來(lái)，有色金屬的真空冶金技術(shù)得到了非常快速的成長(zhǎng)和發(fā)展，有色金屬的真空冶煉技術(shù)具備著傳統(tǒng)冶煉方法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。首先，有色金屬的真空冶煉工作原理是：系統(tǒng)壓力比大氣壓小的前提下，在超高真空范圍內(nèi)進(jìn)行的金屬礦物或者是其他資源的熔煉加工和處理。有色金屬真空冶煉技術(shù)分為真空蒸餾、真空分離等等[1]，詳細(xì)分類可參考表1。由于真空冶金技術(shù)分析眾多，我們接下來(lái)以鎘的真空精煉試驗(yàn)對(duì)有色金屬真空冶煉技術(shù)的具體開(kāi)發(fā)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 開(kāi)發(fā)真空冶煉技術(shù)的理論分析

有色金屬真空冶金技術(shù)通過(guò)針對(duì)不同有色金屬元素氣化和冷凝的不同性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)金屬精煉和合金各類分離的目的。再進(jìn)行加熱，溫度控制在低于沸點(diǎn)的范圍，金屬便能蒸發(fā)，金屬氣體又在較低溫處冷凝成為金屬液體或固體。這樣就使得有色金屬真空冶煉由傳統(tǒng)的化學(xué)過(guò)程簡(jiǎn)化成物理過(guò)程，冶煉流程變?yōu)榻饘佟獨(dú)饣淠饘?，縮短了冶煉周期，并且原料和產(chǎn)物都是金屬[2]。

1.2 開(kāi)發(fā)真空冶煉鎘技術(shù)的試驗(yàn)過(guò)程

設(shè)鎘雜質(zhì)含量為y（%）的金屬熔體質(zhì)量為b（kg），蒸發(fā)表面積為a（m2），雜質(zhì)從過(guò)程開(kāi)始的t秒時(shí)間內(nèi)，以w（kg·-m2·s-1）速率自熔體表面蒸發(fā)，其濃度在dt秒內(nèi)的變化為dy（%）。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，自熔體表面蒸發(fā)的雜質(zhì)的量必然等于熔體中失去的雜質(zhì)的量，從而得出方程：

根據(jù)該方程進(jìn)行計(jì)算可得出結(jié)論：蒸發(fā)速率隨壓強(qiáng)減小而增大，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后發(fā)生轉(zhuǎn)折，此后壓強(qiáng)減小蒸發(fā)速率將不在增大，壓強(qiáng)達(dá)到一定數(shù)值，鎘的蒸發(fā)率可達(dá)到8×10-3g·cm-2·s-1。

圖1 真空冶煉鎘的蒸餾溫度—時(shí)間變化圖

接著進(jìn)行鎘的冷凝處理，在試驗(yàn)過(guò)程中，我們采用冷凝器與冷凝壁，這樣能夠讓氣體與擋板相遇之后在其面上凝結(jié)，方便控制冷凝溫度來(lái)配合蒸餾過(guò)程的進(jìn)行。冷凝過(guò)程中，鎘金屬的蒸氣壓隨溫度降低，一部分的蒸氣凝結(jié)氣相中金屬就會(huì)減少。根據(jù)計(jì)算公式能得出：控制20壓強(qiáng)在以內(nèi)，冷凝率可達(dá)到95%以上。試驗(yàn)過(guò)程中的具體變化以圖1為參照。

1.3 開(kāi)發(fā)真空冶煉技術(shù)的試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)分析可得出冷凝鎘在蒸餾完全后可達(dá)到95%左右。進(jìn)行真空冶煉后的鎘的雜質(zhì)含量?jī)H有0.01%，并且粗鎘的蒸發(fā)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的冶煉技術(shù)。從鎘的蒸餾變化過(guò)程圖我們可以看出，真空冶煉技術(shù)大大縮短了冶煉周期，提高了冶煉效率。真空冶煉過(guò)程中的清除和脫脂作用有利于冶煉反應(yīng)的正向進(jìn)行，起到清潔金屬表面氧化物的作用。真空冶煉技術(shù)可以能夠精確控制冶煉成分，低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)、微量元素和氣體都能夠被去除，同時(shí)還能保證金屬元素不被二次氧化。

2 有色金屬真空冶金技術(shù)的應(yīng)用

核電級(jí)的海綿鋯是核能軍工領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略原材料。鋯基合金與核燃料的兼容性優(yōu)良、耐腐蝕性和加工性能優(yōu)異，多用于反應(yīng)堆核燃料的包殼、格柵、端塞和其他堆芯材料。但是，傳統(tǒng)的冶煉裝置由于采用的技術(shù)相對(duì)落后，影響冶煉爐的吊裝精度，進(jìn)而影響到鋯的生產(chǎn)效率。并且，傳統(tǒng)的冶煉爐的吊裝裝置內(nèi)有極大數(shù)量的加熱線圈，一旦操作不當(dāng)，冶煉爐內(nèi)部與堅(jiān)硬物體發(fā)生碰撞就會(huì)導(dǎo)致加熱線圈受到損害，既影響生產(chǎn)又造成經(jīng)濟(jì)損失。

因而將真空冶煉技術(shù)應(yīng)用于鋯生產(chǎn)所必需的冶煉爐裝置，其中冶煉爐內(nèi)的液壓缸設(shè)計(jì)時(shí)利用真空蒸餾技術(shù)，減少鋯生產(chǎn)過(guò)程中和其他金屬元素的物化反應(yīng)。提高了鋯的生產(chǎn)效率，避免了傳統(tǒng)技術(shù)在吊裝過(guò)程中帶來(lái)的浮動(dòng)，有效解決了吊裝過(guò)程中鋯的精度問(wèn)題。并且，真空冶煉技術(shù)應(yīng)用于鋯的冶煉裝置，由于真空冶煉技術(shù)中的真空加熱能避免裝置爐內(nèi)加熱線圈和堅(jiān)硬物體的碰撞，這樣就技能減少工作人員的不當(dāng)操作，從而節(jié)省生產(chǎn)成本。總體來(lái)說(shuō)。真空冶煉技術(shù)應(yīng)用于冶煉裝置爐，既能確保裝置設(shè)備的運(yùn)行精度和提高吊裝的安全系數(shù)、簡(jiǎn)化吊裝操作流程、降低操作人員的工作強(qiáng)度，很大程度上提高了鋯的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)過(guò)程中的資源消耗，由此可見(jiàn)，真空冶煉技術(shù)具有很好的應(yīng)用前景。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)有色金屬的真空冶煉技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析，能夠得出真空冶煉技術(shù)具有污染小、冶煉周期短和冶煉效率高的諸多優(yōu)點(diǎn)，將該技術(shù)應(yīng)用于冶煉裝置，突破了傳統(tǒng)冶煉技術(shù)的阻礙，極大地促進(jìn)了有色金屬冶煉行業(yè)的發(fā)展。但是，真空冶煉技術(shù)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到真空度、冶煉溫度和冶煉時(shí)間的影響，如何減少這些影響因素的干擾，這就還需要我們進(jìn)一步地探索研究。