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真空蒸馏是提纯稀土金属的重要方法,广泛应用于高纯稀土金属的批量化制备。针对目前采用杂质分离系数定性判断蒸馏提纯稀土金属过程中杂质的分离程度,而对蒸馏产物中杂质分布及蒸馏提纯效率缺乏定量、系统研究的现状,开展了真空蒸馏提纯金属铽(Tb)的杂质分布模型研究。首先,根据液相边界层传质速率方程,建立了蒸馏产物中高挥发性杂质分布模型,根据质量守恒定律,完善了蒸馏产物中的中、低挥发性杂质分布模型。其次,采用Fluent软件模拟了蒸馏过程中液态金属Tb的温度场及流场分布,计算了蒸发面的平均温度及流速,为模型提供了计算参数。最后,开展了真空蒸馏提纯实验对杂质分布模型进行验证和修正。研究结果表明:(1)蒸发面的平均温度随着蒸馏的进行逐渐降低,其蒸馏前后期温差达30℃以上;蒸发面的平均流速随着蒸馏的进行先增大后急剧减小,其流速处于mm/s级,最大流速可达1 0mm/s以上。(2)高挥发性杂质Mn和Cr的传质控制步骤为液相边界层传质过程;蒸馏产物中杂质Mn和Cr的含量随着蒸馏的进行呈指数型减小的趋势;杂质Cr的计算结果与实验结果相吻合,平均标准偏差为±0.068;杂质Mn的计算结果与实验结果具有相似的分布规律;真空蒸馏可有效去除金属Tb中的杂质Mn和Cr,其去除率分别为97.14%和 80.64%。(3)中挥发性杂质Fe和Cu的传质控制步骤为混合传质过程;蒸馏产物中杂质Fe和Cu的含量随着蒸馏的进行呈线性减小的趋势;杂质Fe和Cu的计算结果与实验结果具有相似的分布规律;真空蒸馏难以去除金属Tb中的杂质Fe和Cu。(4)低挥发性杂质Al、Ti和Ni的传质控制步骤为混合传质过程或挥发传质过程;蒸馏产物中杂质Al、Ti和Ni的含量随着蒸馏的进行呈指数型增加的趋势;杂质A1的计算结果与实验结果相吻合,平均标准偏差为±0.048;杂质Ti和Ni的计算结果与实验结果具有相似的分布规律;真空蒸馏可有效去除金属Tb中的杂质Ni,而杂质A1和Ti的去除率较低,其杂质Al、Ti和Ni的去除率分别为17.44%、32.32%和75.14%。(5)蒸馏产物中气体杂质O和N的含量随着蒸馏的进行呈指数型增加的趋势;蒸馏过程中杂质O和N可能分别以低价氧化物和氮化物的形式挥发,导致本模型不能用于描述蒸馏产物中气体杂质的分布;真空蒸馏可有效去除金属Tb中的杂质O和N,其去除率达70%以上。(6)在1820℃的蒸馏温度下,当Miedema模型计算的杂质Ti和Ni的无限稀活度系数分别修正为3.7和0.045,活度系数的修正系数分别为0.39和5.63时,计算结果与实验结果相吻合,其平均标准偏差分别为±0.096和±0.105。