基于分子相互作用體積模型，首先使用牛頓迭代法結(jié)合Sn、Zn的無限稀活度系數(shù)計算得出對勢能相互作用參數(shù)Bij和Bji，并利用Bj和Bji計算Sn-Zn二元系的活度aSn、aZn，并將理論計算值與實驗值進行對比分析，最后計算得到Sn-Zn合金真空蒸餾過程中的氣液相平衡組成。結(jié)果表明：活度計算值和實驗值吻合較好;蒸餾溫度為1073K，液相中含錫量為90%時，氣相中含錫僅為0100001%，Sn-Zn合金能夠通過真空蒸餾實現(xiàn)良好分離。進一步實驗驗證結(jié)果表明，蒸餾溫度1073K、恒溫時間100min，15Pa條件下，液相中含錫為90%時，氣相中含錫為0.002%，實驗結(jié)果與預測結(jié)果吻合較好。此研究為真空蒸餾分離Sn-Zn合金提供了可靠的理論依據(jù)及預測模型。

　　錫鋅合金分離是金屬二次資源回收錫、鋅的重要組成部分，采用專門改造過的臥式真空爐進行生產(chǎn)，操作簡單適用，處理能力和產(chǎn)品的品質(zhì)，可通過適當控制蒸餾溫度和蒸餾時間來達到。該方法具有金屬回收率高，不需加其它試劑和輔料，可直接獲得金屬Sn和Zn等優(yōu)點，真空冶金作為冶金領域的新技術，與傳統(tǒng)冶金方法相比具有工藝流程簡單、資源和能耗消耗少、無廢水廢氣產(chǎn)生、精煉過程物料不被污染等優(yōu)勢，廣泛應用于合金的分離和粗金屬精煉。昆明理工大學已經(jīng)開展了錫鋅合金分離的小型、擴大及工業(yè)化實驗，雖然取得了較好的效果，但是目前仍缺乏深入的理論基礎研究。

　　二元合金的熱力學性質(zhì)對于定量分析合金的分離程度及產(chǎn)品質(zhì)量具有重要作用，然而由于合金熔體一般是高溫熔體，實驗研究難度大。另外，二元合金體系數(shù)量較多，耗時較長，同時還需大量的資金投入，所以通過模型預測合金的熱力學性質(zhì)就顯得尤為重要。許多研究者從不同角度，提出了諸多不同的溶液理論及模型，如正規(guī)溶液模型(Regular Solution Model)，亞正規(guī)溶液模型(Sub-Regular Solution Mode)，Wilson方程，準正規(guī)溶液模型(Quas-iRegular Solution Model)等。由于溶液熱力學模型己經(jīng)發(fā)展了近一個世紀，且由于量子力學的出現(xiàn)使人們對微觀世界中分子間相互作用及物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識日益加深，因此當前一個好的模型不僅應該能對宏觀的熱力學性質(zhì)做出準確的預測，還應該能基本正確地反映一些微觀信息，例如，分子間的相互作用及結(jié)構(gòu)。分子相互作用體積模型就屬于此類模型之列。一方面該模型已經(jīng)在液態(tài)和固態(tài)合金熱力學性質(zhì)預測中取得了一定的有益結(jié)果，另一方面該模型對液態(tài)分子間的相互作用及結(jié)構(gòu)的描述也大體接近液態(tài)的真實情況。

　　由于分子相互作用體積模型(Molecular Interaction Volume Model，MIVM)只需二元系無限稀活度系數(shù)實驗數(shù)據(jù)即可計算出合金中各組元的活度，另外，MIVM更接近實驗溶液，且物理基礎更清晰、可靠。為此，本文作者采用MIVM計算Sn-Zn二元系的活度aSn、aZn，并繪制Sn-Zn體系的氣液相平衡圖，從而進一步分析真空蒸餾錫鋅合金過程中Sn、Zn的分離程度。并在真空(真空度為15~200Pa)條件下通過實驗研究了蒸餾溫度、蒸餾時間對殘留物組元含量的影響，并以此來驗證計算結(jié)果的可靠性。以期為真空蒸餾分離Sn-Zn合金提供理論依據(jù)和實驗基礎數(shù)據(jù)。

最佳條件下蒸餾時間對產(chǎn)物純度的影響

　　從以上實驗結(jié)果可看出，最佳實驗條件為：蒸餾溫度1073K，壓強15Pa，恒溫時間100min，為了進一步研究蒸餾時間對蒸餾產(chǎn)物成分含量的影響，開展了蒸餾溫度1073K，15Pa條件下，蒸餾時間對蒸餾產(chǎn)物純度的影響，結(jié)果如圖6所示。

　　從圖6可看出，殘留物和揮發(fā)物中錫含量都隨著蒸餾時間的延長逐漸升高，這是由于隨著時間的延長，鋅大量揮發(fā)進入氣相，所以殘留物中錫含量逐漸升高，同時少量錫也開始揮發(fā)進入氣相，導致氣相中錫含量升高。100min后殘留物中鋅含量較小，此時錫開始大量揮發(fā)，所以其揮發(fā)速率急劇增大。

圖6 1073K，15Pa條件下蒸餾時間對產(chǎn)物純度的影響

　　本研究比較了1073K條件下殘留物和揮發(fā)物中錫含量的理論計算值和實驗值，結(jié)果列于表6。

表6 殘留物和揮發(fā)物中錫含量的理論計算值和實驗值

　　從表6可看出，在液相錫含量相同的條件下，氣相中錫含量的實驗值比理論值偏高，這是由于理論計算值是在平衡條件下獲得，而實驗值在未達到平衡的條件下得到的，其次，合金中微量的鉛與鋅之間存在一定的分子間相互作用，影響鋅的揮發(fā)，造成

　　氣相中錫含量升高，另外模型中所涉及參數(shù)的精確性對預測結(jié)果也會造成一定影響。

　　以上理論計算和實驗表明：計算結(jié)果和實驗結(jié)果吻合較好，說明MIVM具有很高的可靠性。同時MIVM只需二元系無限稀活度系數(shù)實驗數(shù)據(jù)可進行預測。綜上所述，MIVM可用于二元合金熱力學性質(zhì)的預測，此研究為真空蒸餾分離Sn-Zn合金提供了可靠的理論依據(jù)。

結(jié)論

　　(1)運用MIVM計算出Sn-Zn二元系的活度，并與實驗值進行比較分析，結(jié)果表明，活度計算值和實驗值吻合較好。同時還計算Sn-Zn合金的氣液相平衡組成。結(jié)果表明，蒸餾溫度1073K，液相中含錫為90%時，氣相中含錫僅為0.00001%。

　　(2)Sn-Zn合金真空蒸餾實驗結(jié)果表明，蒸餾溫度1073K，液相中含錫為90%時，氣相中含錫為0.002%。這是由于合金中微量的Pb與Zn之間存在著分子間相互作用，對Zn的揮發(fā)造成一定的影響，使得氣相中Sn含量比計算結(jié)果偏高。

　　(3)對實驗結(jié)果和預測結(jié)果做了對比分析，實驗結(jié)果和預測值相符，說明MIVM用于Sn-Zn二元合金熱力學性質(zhì)及分離效果的預測具有很高的可靠性。