（甘肃工业职业技术学院，甘肃 天水 741025）

传统的有色金属冶炼技术相对滞后，冶炼流程过长、对资源的消耗过高，在冶炼过程中会产生污染物，影响自然环境。并且传统的冶炼技术咋冶炼后资源的回收利用率也很低。这些问题促使了新的冶炼技术—有色金属真空冶炼技术的开发利用。在真空条件下，氧气含量很少，有色金属和大气环境隔开很难被氧化。并且，有色金属同大气中物质的交流得到控制，减少了有色金属冶炼对环境的影响。因此，通过对有色金属真空冶炼技术的开发和应用进行分析，希望能够为充分发挥真空冶炼技术的优势提供一些理论上的指导。

1 有色金属真空冶金技术的开发

21世纪以来，有色金属的真空冶金技术得到了非常快速的成长和发展，有色金属的真空冶炼技术具备着传统冶炼方法无可比拟的优势。首先，有色金属的真空冶炼工作原理是：系统压力比大气压小的前提下，在超高真空范围内进行的金属矿物或者是其他资源的熔炼加工和处理。有色金属真空冶炼技术分为真空蒸馏、真空分离等等[1]，详细分类可参考表1。由于真空冶金技术分析众多，我们接下来以镉的真空精炼试验对有色金属真空冶炼技术的具体开发进行详细分析。

1.1 开发真空冶炼技术的理论分析

有色金属真空冶金技术通过针对不同有色金属元素气化和冷凝的不同性质，实现金属精炼和合金各类分离的目的。再进行加热，温度控制在低于沸点的范围，金属便能蒸发，金属气体又在较低温处冷凝成为金属液体或固体。这样就使得有色金属真空冶炼由传统的化学过程简化成物理过程，冶炼流程变为金属—气化—冷凝—金属，缩短了冶炼周期，并且原料和产物都是金属[2]。

1.2 开发真空冶炼镉技术的试验过程

设镉杂质含量为y（%）的金属熔体质量为b（kg），蒸发表面积为a（m2），杂质从过程开始的t秒时间内，以w（kg·-m2·s-1）速率自熔体表面蒸发，其浓度在dt秒内的变化为dy（%）。根据质量守恒定律，自熔体表面蒸发的杂质的量必然等于熔体中失去的杂质的量，从而得出方程：

根据该方程进行计算可得出结论：蒸发速率随压强减小而增大，经过一定的时间后发生转折，此后压强减小蒸发速率将不在增大，压强达到一定数值，镉的蒸发率可达到8×10-3g·cm-2·s-1。

图1 真空冶炼镉的蒸馏温度—时间变化图

接着进行镉的冷凝处理，在试验过程中，我们采用冷凝器与冷凝壁，这样能够让气体与挡板相遇之后在其面上凝结，方便控制冷凝温度来配合蒸馏过程的进行。冷凝过程中，镉金属的蒸气压随温度降低，一部分的蒸气凝结气相中金属就会减少。根据计算公式能得出：控制20压强在以内，冷凝率可达到95%以上。试验过程中的具体变化以图1为参照。

1.3 开发真空冶炼技术的试验结果

根据试验分析可得出冷凝镉在蒸馏完全后可达到95%左右。进行真空冶炼后的镉的杂质含量仅有0.01%，并且粗镉的蒸发速率远远高于传统的冶炼技术。从镉的蒸馏变化过程图我们可以看出，真空冶炼技术大大缩短了冶炼周期，提高了冶炼效率。真空冶炼过程中的清除和脱脂作用有利于冶炼反应的正向进行，起到清洁金属表面氧化物的作用。真空冶炼技术可以能够精确控制冶炼成分，低熔点有害杂质、微量元素和气体都能够被去除，同时还能保证金属元素不被二次氧化。

2 有色金属真空冶金技术的应用

核电级的海绵锆是核能军工领域重要的战略原材料。锆基合金与核燃料的兼容性优良、耐腐蚀性和加工性能优异，多用于反应堆核燃料的包壳、格栅、端塞和其他堆芯材料。但是，传统的冶炼装置由于采用的技术相对落后，影响冶炼炉的吊装精度，进而影响到锆的生产效率。并且，传统的冶炼炉的吊装装置内有极大数量的加热线圈，一旦操作不当，冶炼炉内部与坚硬物体发生碰撞就会导致加热线圈受到损害，既影响生产又造成经济损失。

因而将真空冶炼技术应用于锆生产所必需的冶炼炉装置，其中冶炼炉内的液压缸设计时利用真空蒸馏技术，减少锆生产过程中和其他金属元素的物化反应。提高了锆的生产效率，避免了传统技术在吊装过程中带来的浮动，有效解决了吊装过程中锆的精度问题。并且，真空冶炼技术应用于锆的冶炼装置，由于真空冶炼技术中的真空加热能避免装置炉内加热线圈和坚硬物体的碰撞，这样就技能减少工作人员的不当操作，从而节省生产成本。总体来说。真空冶炼技术应用于冶炼装置炉，既能确保装置设备的运行精度和提高吊装的安全系数、简化吊装操作流程、降低操作人员的工作强度，很大程度上提高了锆的生产效率，降低了生产过程中的资源消耗，由此可见，真空冶炼技术具有很好的应用前景。

3 结语

通过对有色金属的真空冶炼技术的开发和应用进行详细分析，能够得出真空冶炼技术具有污染小、冶炼周期短和冶炼效率高的诸多优点，将该技术应用于冶炼装置，突破了传统冶炼技术的阻碍，极大地促进了有色金属冶炼行业的发展。但是，真空冶炼技术在实际运行过程中会受到真空度、冶炼温度和冶炼时间的影响，如何减少这些影响因素的干扰，这就还需要我们进一步地探索研究。