论文部分内容阅读
本文针对饮用水系统所用铸造铜合金含铅量过高,污染水质,危害人体健康的问题,对铸造杂铜脱铅过程进行了热力学分析及实验的研究。针对铸造铜合金脱铅需要设计了硫化造渣脱铅和氧化造渣脱铅两种研究方案,并对这两种方案开展进行了热力学分析。结果表明:铸造铜合金在熔炼温度范围内硫化造渣脱铅反应标准自由能为正值且随温度升高而增大,该反应不能发生;氧化造渣脱铅反应标准自由能在熔炼温度范围为负值,脱铅反应可以进行。从而确定脱铅方案采用氧化造渣脱铅研究方案,采用Cu2O为氧化剂,SiO2为造渣剂。借助Miedema生成热模型,对Cu-Pb二元系与Cu-Zn-Pb三元系建立了活度计算模型,对二元系与三元系中各元素活度进行了计算。结果表明,温度对元素的活度影响微弱,对元素活度起主要作用的是元素在熔体中的摩尔含量。利用活度对脱铅反应实际自由能进行计算,可以辅助分析铸造杂铜脱铅过程的影响因素。结果表明:Cu-Pb二元系,成分一定时,脱铅反应实际自由能与温度呈线性上升关系,降低温度有利于脱铅反应的进行;温度一定时,铅含量越高,脱铅反应实际自由能越低。脱铅反应越容易进行。Cu-Pb-Zn三元系,元素与氧亲和力关系为锌>铅>铜,熔体中锌先发生氧化。温度一定时,锌含量越大,熔体中铅的平衡浓度越大,越不利于铅的脱除。制备了含铅质量分数为5%的铜铅合金,按MCu2O:Mb=1:1向熔体中加入Cu2O,分别在1150℃、1200℃、1300℃、1400℃经过0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h熔炼后取样测定成分含量来分析除铅效果。结果表明,1150℃脱铅速度最快,脱铅效果最好,与热力学分析结果相吻合。选用Cu55.407Zn38.405Pb2.168合金于1150℃温度下,经过0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h熔炼后取样测定各元素含量。试验结果表明随着熔炼时间的延长,熔体中铜含量呈逐渐增长趋势,而锌与铅含量呈逐渐降低趋势,铜与锌成分变化速度及变化程度较大,铅的成分变化速度最慢,变化程度最小。产生这种结果的原因是因为熔体中发生了锌、铅元素的挥发损失及锌的燃烧损失。