有色金屬真空冶金的技術(shù)分析

郭玉強(qiáng)

（山東鋁業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 264400）

真空冶金技術(shù)自出現(xiàn)后，以其冶煉金屬純度高、對(duì)環(huán)境影響小、消耗能源低等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的重視。且隨時(shí)代發(fā)展，真空冶金技術(shù)不斷進(jìn)步，向規(guī)?；?、自動(dòng)化發(fā)展，在工業(yè)中應(yīng)用也愈加廣泛，已成為新型材料制造的主要手段。作為相關(guān)技術(shù)人員，應(yīng)結(jié)合具體的技術(shù)方式，科學(xué)的進(jìn)行技術(shù)研究，從而不斷加強(qiáng)有色金屬真空冶金技術(shù)的應(yīng)用效率。

1 有色金屬真空冶金技術(shù)的基本特征

針對(duì)傳統(tǒng)有色金屬冶金技術(shù)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)技術(shù)存在難度較高、時(shí)間較長且浪費(fèi)較多的情況，并且在冶金的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的污染物，對(duì)自然造成破壞。技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過對(duì)現(xiàn)有相應(yīng)技術(shù)的不斷研發(fā)和升級(jí)，在確保合理利用資源的同時(shí)降低對(duì)自然環(huán)境造成的破壞，因此產(chǎn)生了全新的有色金屬應(yīng)用技術(shù)[1]。按照目前有色金屬的技術(shù)特征分析如下：第一，金屬在反應(yīng)階段受氣體影響，按照金屬的反應(yīng)規(guī)律，確保特定狀態(tài)下可以進(jìn)一步降低氣體造成的影響，使金屬冶金的效果得到提高；第二，真空體系可以確保內(nèi)外部形成相應(yīng)的流動(dòng)，在特定環(huán)境下密度水平較高，因?yàn)榻档土舜髿庠斐傻挠绊?，所以在分隔的同時(shí)可以形成獨(dú)特的真空體系，利用相應(yīng)的管道或泵體抽走其中的氣體，形成真空環(huán)境，進(jìn)而利用對(duì)應(yīng)的冶金技術(shù)，能夠更高效的冶金，使內(nèi)外部物質(zhì)流動(dòng)得以控制；第三，降低生產(chǎn)過程中造成的污染。金屬鋁冶金過程會(huì)產(chǎn)生一定的廢棄物和污染物，此時(shí)將金屬投入到真空環(huán)境中，可以消除或降低污染物的出現(xiàn)，使金屬材料在特定空間內(nèi)通過置換產(chǎn)生有色金屬，也降低了燃料燃燒造成的環(huán)境污染比例。

2 有色金屬真空冶金技術(shù)的開發(fā)技術(shù)

2.1 真空還原技術(shù)

按照化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律，冶金技術(shù)實(shí)際上是通過氧化還原反應(yīng)，利用鋁或者碳等物質(zhì)與金屬氧化物發(fā)生化合反應(yīng)，最終通過置換的方式得到金屬，如果反應(yīng)過程中能夠確保環(huán)境處于真空狀態(tài)，能夠有效降低金屬本身的溫度，從而使冶金過程變得更加容易，比如：利用五氧化二磷碳還原操作，在正常環(huán)境下，會(huì)因環(huán)境溫度限制而生成碳化鈮，并且在發(fā)生反應(yīng)過程中，溫度會(huì)上升至兩千九百卡[2]。其他金屬物質(zhì)與五氧化二磷發(fā)生反應(yīng)的特征基本相同。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在真空狀態(tài)下同樣可以利用碳或者碳化物還原堿金屬。

2.2 真空脫氣技術(shù)

在真空狀態(tài)下，可以使金屬發(fā)生反應(yīng)，使液態(tài)金屬中的有害氣體脫離。脫氣以后的金屬在以后的反應(yīng)過程中不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，并且對(duì)金屬本身的結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生影響。為了使反應(yīng)過程中金屬的物理特性和化學(xué)特性不會(huì)發(fā)生改變，也為了降低雜質(zhì)的出現(xiàn)，通過真空脫氣的方法可以明顯提高金屬本身的質(zhì)量和成色，在機(jī)械性能和物理性能方面也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，這是比較常用且有效的真空冶金方式之一。按照傳統(tǒng)有色金屬的冶煉技術(shù)，在特定環(huán)境下金屬需要燃燒才會(huì)發(fā)生反應(yīng)，而燃燒以后產(chǎn)生的二氧化碳和硫化氣體都屬于污染物，不直接排放到大氣環(huán)境中，則不會(huì)出現(xiàn)環(huán)境污染問題[3]。真空脫氣技術(shù)對(duì)金屬冶煉有著一定的促進(jìn)作用，避免出現(xiàn)有毒有害的氣體，因此真空環(huán)境下冶煉金屬是比較可行且高效的一種方法。

在真空狀態(tài)下，有色金屬本身的原子會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，在反應(yīng)過程中金屬的物理特性和化學(xué)特性也會(huì)發(fā)生改變，脫氣以后對(duì)金屬進(jìn)行熱處理時(shí)，組織結(jié)構(gòu)形成變化，更利于發(fā)生相應(yīng)的氧化還原反應(yīng)。按照目前真空化學(xué)的處理辦法，在熱處理過程中，金屬通過退火和淬火等類型進(jìn)行分類。真空化學(xué)處理過程是金屬中的離子發(fā)生相應(yīng)變化的過程，而之所以采取真空退火的方法，是因?yàn)榻饘俦旧黼y以融化。真空淬火是金屬配件熱處理后在不同介質(zhì)中冷卻而出現(xiàn)的特性變化。

2.3 真空蒸餾技術(shù)

真空蒸餾是通過對(duì)特定工藝進(jìn)行更改，使金屬內(nèi)雜質(zhì)得到明顯降低的一種方法。目前金屬提煉應(yīng)用多種技術(shù)，為了提高純度，在蒸餾過程中金屬會(huì)發(fā)生化學(xué)遷移。特定的氣體物質(zhì)和金屬發(fā)生反應(yīng)后形成化合物，之后將化合物轉(zhuǎn)換到其他物質(zhì)中，使化合物本身出現(xiàn)逆反應(yīng)，最終獲得較高純度的金屬物質(zhì)，并產(chǎn)生相應(yīng)的氣體產(chǎn)物[4]。真空蒸餾分離方法同樣需要借助真空狀態(tài)，當(dāng)特定金屬在蒸汽壓力作用下形成分離過程中，由于相應(yīng)環(huán)境的變化使金屬本身的純度得以提高，但這種方法需要借助相應(yīng)的感應(yīng)爐或電阻爐，有效控制反應(yīng)過程的變化系數(shù)，最終獲得相對(duì)穩(wěn)定產(chǎn)量的有色金屬。真空蒸餾技術(shù)是常見的有色金屬真空冶金技術(shù)方式，該技術(shù)的不斷發(fā)展，為了色金屬真空冶金提供了有效的技術(shù)保證，技術(shù)人員在應(yīng)用改技術(shù)過程，要明確該技術(shù)工藝，重視加強(qiáng)實(shí)踐應(yīng)用研究能力，從而保證色金屬真空冶金質(zhì)量。

2.4 真空燒結(jié)技術(shù)

真空燒結(jié)技術(shù)是在真空狀態(tài)下，將合金或金屬化合物以及相應(yīng)的粉末處于特定溫度中進(jìn)行反應(yīng)，使金屬和氣體之間產(chǎn)生相互依附的變化狀態(tài)。此時(shí)需要注意，為了維持相對(duì)穩(wěn)定的反應(yīng)過程，要有效控制或降低真空燒結(jié)溫度，將溫度控制在100～150℃之間是比較穩(wěn)定的狀態(tài)，在這個(gè)溫度區(qū)間中金屬提取過程所消耗的能量更低，同時(shí)純度也會(huì)有所提升。真空燒結(jié)設(shè)施也需要進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)，避免在金屬演練過程中因設(shè)備問題而降低金屬品質(zhì)。隨著真空燒結(jié)技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用，加強(qiáng)了有色金屬真空冶金質(zhì)量，利于提高生產(chǎn)效率，作為技術(shù)人員，要提高對(duì)于真空燒結(jié)技術(shù)研究能力，從而采取不斷創(chuàng)新真空燒結(jié)技術(shù)應(yīng)用，全面提高有色金屬冶金質(zhì)量。

3 有色金屬真空冶金技術(shù)的應(yīng)用策略

3.1 新型電子束熔煉

電子束熔煉是金屬冶制過程中，通過高壓電場(chǎng)控制方式，使金屬本身的活性增強(qiáng)，讓金屬在冶煉過程中內(nèi)部離子變化速度更高，從而使金屬的品質(zhì)得到提升，但這種冶煉方法所需能耗較高，同時(shí)金屬的產(chǎn)能會(huì)受到限制，并且需要在真空環(huán)境中完成，因此存在相應(yīng)的技術(shù)難點(diǎn)問題。電子束熔煉主要涉及三種優(yōu)勢(shì)：第一，通過熔煉方法去除金屬中的有毒氣體。在電子熔煉環(huán)境下，金屬所處溫度相對(duì)穩(wěn)定并且處于真空狀態(tài)，其中的氫氣和氮?dú)饽軌蜓杆傧蛲鈹U(kuò)張；第二，有效控制金屬中的雜質(zhì)。金屬蒸汽壓升高能夠提高雜質(zhì)的揮發(fā)速度。使金屬在冶煉過程中不會(huì)因雜質(zhì)過多而降低品質(zhì)，最終獲得純度更高的金屬材料；第三，去除非金屬雜質(zhì)。非金屬雜質(zhì)混合在金屬物質(zhì)中，同樣經(jīng)過氧化還原反應(yīng)而形成特定的物質(zhì)，在真空狀態(tài)下能夠有效被分解，從而產(chǎn)生氧氣，降低對(duì)自然環(huán)境的破壞。在真空狀態(tài)下溫度較高氧元素會(huì)被去除，所以電子束熔煉的整體時(shí)間較長，并且熔煉會(huì)根據(jù)一定的順序進(jìn)行，產(chǎn)生的精煉金屬密度也會(huì)出現(xiàn)分層狀況，進(jìn)而更利于非金屬雜質(zhì)的去除[5]。

3.2 冷坩堝真空感應(yīng)熔煉爐

冷坩堝真空感應(yīng)熔煉是提煉合金的有效方法，它通過對(duì)水體進(jìn)行合理的控制，利用水冷分瓣方法冶煉金屬，其優(yōu)勢(shì)是能夠有效降低導(dǎo)電性，對(duì)冶煉過程造成的屏蔽影響。在水冷狀態(tài)下坩堝的溫度能夠有效控制，并避免液態(tài)金屬發(fā)生反應(yīng)等問題。冷坩堝真空感應(yīng)熔煉技術(shù)分析出以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，該方法能夠避免銅質(zhì)之間出現(xiàn)直接接觸，消除了金屬材料產(chǎn)生的污染問題，還有對(duì)坩堝溫度的整體控制更加合理，能夠按照反應(yīng)過程調(diào)節(jié)反應(yīng)速率，使最終的結(jié)果變得可控；第二，金屬在受熱狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生一定的性質(zhì)變化，溫度是使金屬充分混合后發(fā)生更好反應(yīng)的基礎(chǔ)，而金屬品質(zhì)的提升與冷坩堝真空技術(shù)應(yīng)用有直接關(guān)聯(lián)；第三，冷坩堝真空熔煉技術(shù)能夠及時(shí)排除金屬中的多余空氣，并在壓強(qiáng)得到控制的前提下，降低對(duì)環(huán)境造成的污染。通過對(duì)特定位置進(jìn)行有效的溫度集中升高方法，使單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的金屬量更高，消耗的能源較低，并避免對(duì)環(huán)境造成污染，是一種比較可行的冶金方法。因此，在有效的應(yīng)用該技術(shù)過程，要結(jié)合具體實(shí)際，優(yōu)化技術(shù)方案，科學(xué)的進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng)新，從而提高冷坩堝真空感應(yīng)熔煉爐的應(yīng)用水平，有效的推進(jìn)有色金屬真空冶金技術(shù)長效發(fā)展。

3.3 真空鍍膜

真空鍍膜是重要的有色金屬真空冶金技術(shù)，該技術(shù)的不斷發(fā)展保證了冶金生產(chǎn)質(zhì)量。在特定環(huán)境下金屬凝結(jié)在其他材料上，會(huì)形成非常均勻的保護(hù)膜，這種物質(zhì)能夠避免被保護(hù)物質(zhì)與空氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，降低被保護(hù)物質(zhì)本身的活性。之所以采取真空鍍膜技術(shù)，是在對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不斷調(diào)整過程中，鍍膜金屬中的負(fù)氧度降低，其產(chǎn)量和回收率得到提高。在對(duì)特定產(chǎn)品進(jìn)行封存和保護(hù)過程中，利用有色金屬鍍膜技術(shù)能夠明顯降低該物質(zhì)在特定環(huán)境下出現(xiàn)的變化問題[6]。鍍膜技術(shù)的本質(zhì)是利用金屬的性質(zhì)降低活性，使其他物質(zhì)在空氣狀態(tài)下產(chǎn)生氣壓平衡狀態(tài)，進(jìn)而使本身的活性降低，這是目前比較常見且實(shí)用的一種保護(hù)方法，在對(duì)環(huán)境進(jìn)行保護(hù)的同時(shí)可以對(duì)金屬鍍膜技術(shù)進(jìn)行更有力的推廣，促使有色金屬真空冶金技術(shù)得到更長久的應(yīng)用。

4 結(jié)束語

總之，有色金屬真空冶金技術(shù)水平的提高，進(jìn)一步推進(jìn)了有色金屬真空冶金產(chǎn)業(yè)發(fā)展，作為相關(guān)技術(shù)人員，應(yīng)結(jié)合具體的技術(shù)方法，科學(xué)的制定更加完善的有色金屬真空冶金流程，從而提高有色金屬真空冶金效率，進(jìn)一步為有色金屬真空冶金技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，希望通過以上闡述，能全面加強(qiáng)實(shí)踐研究水平。