Application of molecular interaction volume model in separation of Sn-Zn alloy by vacuum distillation

The activity of components of Sn-Zn binary alloy system was predicted based on the molecular interaction volume model （MIVM）. The calculated values are in good agreement with available experimental data of activities, which indicates that this model is of stability and reliability because the MIVM has a good physical basis. The vapor-liquid phase equilibrium of Sn-Zn alloy system in vacuum distillation was calculated as a function of the activity coefficient. The results show that the content of Sn in vapor phase is 4.2x 10-7 （mass fraction） while in liquid phase it is 90% （mass fraction） at 1 073 K, and the content of Sn in vapor phase increases with increasing the melt temperature and content of Sn in liquid phase. Vacuum distillation experiments were carried out on Sn-Zn alloy for the proper interpretation of the results of the MIVM in the temperature range of 973-1 273 K under pressures of 15-200 Pa. The experimental results show that the content of Sn in vapor phase is 5x 10 6 （mass fraction） while in liquid phase it is 90% （mass fraction） under the operational condition of 1 073 K, 100 rain and 15 Pa. The experimental results are in good agreement with the predicted values of the MIVM for Zn-Sn binary alloy system.     

采用单一组元无限稀活度系数预测二元离子液体在全浓度的两组元活度

根据不同温度下单组元的无限稀活度系数的实验值,采用牛顿迭代法求解了分子相互作用体积模型（MIVM）参数,并用获得的参数计算出二元系全浓度的活度系数。通过与二元系全浓度的活度系数实验值对比,验证结果表明MIVM在合金二元体系中的总平均相对误差为4.21%、在离子液体二元体系中总平均相对误差为9.60%,这表明了该方法具有较好的准确性和可靠性,并且仅采用单一组元无限稀活度系数就能确定模型参数的方法目前未见报道。在此基础上,应用MIVM和NRTL方程计算了水和丁醇在不同离子液体中的二元系活度系数,其总平均相对误差分别为0.64%与8.39%（水+离子液体）、1.16%与3.47%（丁醇+离子液体）。这表明在对水/丁醇+离子液体二元系无限稀活度系数的计算中,MIVM的计算精度比NRTL方程更好。据此预测了[DoMIM][NTf2]、[EMIM][TCM]、[N1112OH][NTf2]分别与水、丁醇组成的二元体系全浓度活度系数。这为工业生产丁醇提供了更为可靠的热力学基础数据,也为离子液体体系热力学性质计算提供了一种可供选择的热力学模型。     

钛微合金钢炉外精炼相平衡研究与热力学分析

摘要：为了解钛微合金钢炉外精炼过程中Ti元素在渣 钢间的平衡分配行为及走向,应用分子相互作用体积模型（MIVM）,通过规范子二元系活度标准态和优化模型参数,建立了CaO-Al2O3-FeO-TiO2熔渣活度计算模型,并预测渣中各组元活度;在含钛钢炉外精炼条件下,应用MIVM和Wagner公式研究了Ti在精炼渣CaO-Al2O3-FeO-TiO2与含钛钢液Fe-Al-Ti O间的平衡分配及影响因素。研究结果显示：渣中FeO的活度预测值与实验值符合较好,平均相对误差为9%;Ti在渣-钢两相间平衡分配比的计算值与工业数据符合较好;分配比随钢液中Al含量的降低、温度的升高和渣中CaO与Al2O3质量比的增加而增大,该规律与实际生产相一致。因此MIVM对多元含钛熔渣体系组元活度具有较好的预测效果,所设计的相平衡研究方法合理可行。本研究可为含钛合金钢化学冶金的基础理论研究提供一定的参考。     

MIVM参数的算法研究

采用MIVM模型预测合金溶液中组元的活度时,遇到了瓶颈参数B12、B21求解处理问题,为此,对无限稀偏摩尔混合焓实验数据已知状况不同的两类溶液分别提出了"遍历优算法"和"多目标加权和优算法"两种算法,并给出了算法的实现方案。采用Bi-InI、n-Sn、Fe-Si合金溶液验算"遍历优算法",求算了溶液两参数B12、B21的优化解,计算出的平均相对误差、偏差分别为0.27%、182.4227J.mol-1;采用Au-Zn、Au-Sn、Mn-Ni合金溶液验算"多目标加权和优算法",求算了对应溶液两参数B12、B21的优化解,相应的平均相对误差、偏差分别为10.82%、1063.8667J.mol-1。在进一步的合金溶液组元活度预测中,组元活度的预测值与试验值吻合较好。结果表明,采用"遍历优算法"、"多目标加权和优算法"能有效地解决MIVM模型中参数B12、B21求解问题,两算法体系是有效可行的。     

锰系铁合金熔体活度预测研究

分别采用分子相互作用体积模型(MIVM)和统一相互作用参数公式(UIPF),对锰系铁合金的四元熔体Mn-Fe-C-Si及其子三元熔体Mn-Fe-C和Mn-C-Si中组元Mn的活度进行了预测,并与实验值进行了比较分析,其中UIPF中的参数来自不同研究者.研究结果表明:在Mn-Fe-C熔体中,MIVM预测值的相对误差为8%,而UIPF应用则随不同研究者的参数计算而不同,相对误差介于6%至14%之间;在Mn-C-Si熔体中,MIVM和UIPF预测值的相对误差分别为10%和28%;在Mn-Fe-C-Si熔体中,当xFe=0.05时,MIVM和UIPF预测值相对误差分别为5%和12%;当xFe=0.1时,MIVM和UIPF预测值相对误差分别为8%和11%.这表明在锰系铁合金熔体中MIVM的预测效果总体优于UIPF,可以取代Wagner型公式.     

铟-锡合金真空蒸馏气-液平衡研究

在系统压力5 Pa～10 Pa、蒸馏温度1470 K～1570 K条件下,开展了铟-锡（In-Sn）二元合金真空蒸馏实验研究,结果表明随着蒸馏温度升高,液相中In含量从14.31 wt. %降至0.01 wt. %,表明真空蒸馏可有效分离In-Sn合金。采用分子相互作用体积模型（MIVM）计算In-Sn合金组元的活度,计算值与实验值的平均标准偏差分别为±0.0113、±0.0154,平均相对偏差分别为±11.8134%、±11.7322%,表明采用MIVM预测In-Sn合金组元的活度是可靠的。在此基础上,采用MIVM预测In-Sn合金体系的气-液平衡（VLE）数据,并与实验值进行对比,二者吻合,表明采用MIVM预测铟基合金体系的VLE是可靠的,可用于指导真空蒸馏分离铟基合金。本研究将模型预测与真空蒸馏实验相结合,不仅验证了MIVM的可靠性,还优化了真空蒸馏分离铟基合金的工艺参数,为真空蒸馏分离提纯铟基合金或处理含铟复杂物料提供指导。     

金银合金真空分离的理论研究（英文）

为准确预测金银合金真空蒸馏过程中产品成分与温度和压力的关系,并为工业生产参数的设计提供便捷和有效的指导,根据分子相互作用体积模型(MIVM),计算不同温度下金银合金的分离系数(β)和气-液平衡成分。结合气液相平衡(VLE)理论,绘制金银合金真空蒸馏的温度-成分、压力-成分相图。同时,对金、银三相点和金、银蒸气冷凝温度进行计算。理论研究结果表明：随着蒸馏温度的升高,分离系数减小,金在气相中的含量增加;低温对分离金银具有积极效果;在压强1～10 Pa范围内,金、银冷凝温度相差约450 K。     

多元合金熔体组元活度系数计算方法的改进

基于Miedema模型和Tanaka关系,提出了计算分子相互作用体积模型(MIVM)参数的新方法.该方法仅需知道元素的某些物理性质而无须熔体的实验数据,简化了计算多元合金熔体活度系数的步骤.分别计算了Ti-6Al-4V和Ti-5Al-2.5Sn在不同温度下组元活度系数的变化,计算了多种铜基合金以及Zn-Sn-Pb-Cd-Bi合金的活度或活度系数与组元配比的关系;并与Wilson模型进行了比较,计算值与实验值较好吻合.