MIVM在真空蒸餾分離鋁硅合金中的應用
運用分子相互作用體積模型并結合Si、Al 二元系的無限稀活度系數γ∞Si、γ∞Al,利用牛頓迭代法計算出對勢能相互作用參數BSi,Al和BAl,Si,然后再利用BSi,Al和BAl,Si計算Al-Si 二元系中Si 和Al 的活度系數γSi、γAl和活度aSi、aAl,進一步利用γSi、γAl計算出Al 的分離系數βAl和蒸餾過程中Al 的揮發速率,同時根據γSi、γAl繪制出Al-Si 合金蒸餾過程中的氣液相平衡圖。研究結果表明: 活度計算值與實驗值吻合較好,由βAl > > 1 可預測,通過真空蒸餾能很好地實現Si 和Al 的分離。此研究為真空蒸餾分離鋁硅合金提供了可靠的理論依據及預測模型,對于研究鋁硅合金中鋁的分離限度具有重要參考作用。
鋁硅合金具有良好的強度、硬度和體積穩定性,且耐磨、耐腐蝕性好,廣泛應用于航空航天材料、焊條材料、機械加工品、汽車發動機活塞機輪等領域。隨著社會的發展,鋁硅合金在汽車中的應用越來越多,同時產生的廢棄鋁硅合金也越來越多,報廢汽車件等的回收與鋁再生利用顯得日益重要。
鋁硅合金的分離是實現二次資源回收利用的有效途徑。余文軸等研究了采用電磁加定向凝固的方法對Al-Si 合金進行了分離提純,達到良好的分離效果。張紅霞等從電磁分離理論的基本原理建立了電磁壓力的數學表達式,研究了頻率、電流、電導率等參數對電磁分離鋁硅合金效果的影響。李京偉等在超重力場下實現了鋁硅合金中初晶硅粒的富集分離。李佳艷等采用電解的方法實現了硅鋁合金的低溫分離。真空蒸餾作為冶金領域的新技術廣泛應用于合金的分離和粗金屬精煉,也是分離鋁硅合金有效的方法之一。
近年來,雖然國內外對真空蒸餾分離鋁硅合金進行了一些的研究,但由于缺乏一些熱力學數據,對分離機理的研究還不充分。本研究采用分子相互作用體積模型( Molecular Interaction Volume Model,MIVM) 計算Al-Si 二元系的活度和活度系數和蒸餾過程中鋁的揮發速率以及硅中鋁的分離系數,并繪制Al-Si 二元系的氣液相平衡圖,判斷真空蒸餾分離組元的可能性與分離程度,為真空蒸餾分離鋁硅合金提供理論依據和預測模型,以及相關熱力學參考數據。
結論
運用MIVM 模型計算Al-Si二元合金體系組元活度值,與實驗值結果吻合較好。Al-Si二元合金體系氣液相平衡組成計算結果表明,在真空蒸餾溫度為1373K 時,液相中和氣相中含硅分別為90% 和0.006301%,可以采用真空蒸餾的方分離鋁硅合金。分子相互作用體積模型用于Al-Si 二元合金熱力學性質及分離效果的預測具有很高的可靠性。