通過計算鉛銅的飽和蒸氣壓、分離系數(shù)及氣液相平衡圖等熱力學數(shù)據(jù)從理論上分析真空蒸餾分離Pb-Cu合金的可行性，計算結(jié)果表明:利用Pb與Cu飽和蒸氣的差別采用真空蒸餾可以有效實現(xiàn)鉛銅合金的分離。結(jié)合計算結(jié)果對含Cu5%~20%(質(zhì)量比)的合金進行了實驗研究，考察了蒸餾溫度，蒸餾時間，熔體深度對合金分離效果的影響。實驗結(jié)果表明:在蒸餾溫度1373K，蒸餾時間30min，料層厚度6mm的條件下，含銅量為5%~20%的鉛銅合金經(jīng)一次真空蒸餾后，得到Pb含量為99.9%的鉛，銅含量為99.99%的銅，能夠同時獲得純度較高的金屬Pb與Cu。

　　Cu-Pb合金是性能優(yōu)異的超導、柵極、觸點、電化學材料，在航空航天和微電子等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應用。此外，由于鉛銅偏晶合金具有優(yōu)異的自潤滑性能，還是汽車工業(yè)廣泛應用的軸承材料。隨著鉛銅合金的大量生產(chǎn)應用，也產(chǎn)生了大量的廢棄鉛銅合金亟需處理的問題，廢棄合金不僅造成大量的固體廢棄物污染，也不利于資源的循環(huán)利用。

　　在人們對環(huán)境要求日益嚴格，資源能源瀕于匱乏的背景下，如何變廢為寶，對廢棄合金進行回收再利用就具有很重要的意義。目前工業(yè)上應用的鉛銅分離方法主要有加硫除銅法和熔析除銅法，加硫除銅法對原料適應性廣，處理能力大，但該法除銅溫度較高，反應過程不易控制，容易造成硫單質(zhì)的燃燒生成SO₂，不僅造成嚴重的大氣污染，同時也導致硫的用量大、利用率較低等問題。熔析除銅法工藝簡單，投資少，但存在勞動強度大，能耗高等不足。隨著現(xiàn)代冶金對環(huán)保要求和資源綜合利用率的不斷提高，尋求新的方法來分離鉛銅合金就顯得很有必要了。文獻對液態(tài)鉛銅合金結(jié)構(gòu)與擴散性質(zhì)進行了研究，計算了Pb-Cu合金的自擴散及互擴散系數(shù)，并使用熔體結(jié)構(gòu)信息合理解釋了合金中不同Pb含量時擴散系數(shù)發(fā)生變化的原因。文獻采用添加Ca-Si化合物-NaF的方法來分離鉛銅合金，雖有效解決了SO₂的產(chǎn)生，但鉛的去除率不高，且添加劑與Pb的形成的化合物也難以處理的問題。

　　真空冶金作為一種冶金領(lǐng)域新技術(shù)具有金屬回收率高，資源消耗少，工藝流程簡單，對環(huán)境友好等優(yōu)點，近年來引起了人們的較多關(guān)注，廣泛應用于金屬熱還原，合金分離，二次資源的回收，高純金屬的制備等領(lǐng)域。本文嘗試用真空蒸餾的方法分離鉛銅合金，重點考察蒸餾溫度，蒸餾時間，熔體厚度對蒸餾效果的影響，以期為對真空蒸餾分離鉛銅合金提供理論分析和實驗基礎(chǔ)依據(jù)。

理論分析

　　金屬受熱氣化后，不同金屬氣體的蒸氣壓存在差別，這是真空蒸餾分離金屬的理論基礎(chǔ)。純物質(zhì)的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系可以用式(1)表示

　　式中A，B，C，D為蒸發(fā)常數(shù)。從相關(guān)手冊中查出鉛、銅的蒸發(fā)常數(shù)值，帶入式(1)可得

　　由式(2)，式(3)計算得到1173~1573K鉛銅飽和蒸氣壓，將結(jié)果列于表1。

表1 純鉛，純銅飽和蒸氣壓

結(jié)論

　　(1)通過對鉛銅合金中各組元的飽和蒸氣壓，鉛的分離系數(shù)，銅的氣液相平衡圖的熱力學計算表明，采用真空蒸餾的方法分離鉛銅合金在理論上是可行的。

　　(2)溫度對蒸餾效果的影響十分明顯，當實驗溫度從1173K升高到1373K時，鉛的去除率顯著增加，從63.3%增加到99.9%，殘余物中的鉛含量降低到0.03%，溫度繼續(xù)升高，對鉛去除率的影響不大，反而造成揮發(fā)物中銅含量的增加，因此選擇1373K作為最佳蒸餾溫度。

　　(3)當蒸餾時間超過30min時，殘余物中鉛含量趨于穩(wěn)定，維持在5×10^-5左右。殘余物中鉛含量隨著熔體深度的增加而增加，當深度為6mm時，殘留物中的鉛含量較低。

　　(4)實驗的結(jié)果表明，在1373K，蒸餾時間30min，料層厚度為6mm左右的條件下，蒸餾效果最好，經(jīng)一次蒸餾就可以得到純度為99.9%的粗鉛及純度為99.99%的銅。

　　(5)真空蒸餾分離鉛銅合金是可行的，相比傳統(tǒng)方法具有金屬回收率高、能耗低、清潔環(huán)保的優(yōu)點，本文的研究為工業(yè)化應用做了理論分析和前期實驗探索。