《冶金物理化學(xué)PhysicalChemistryofMetallurgy》chap1緒言

1、E-mail: Tel: 83683974 (O) 參考書目參考書目n梁連科，冶金熱力學(xué)及動力學(xué)，東北工學(xué)院出版社，1989n黃希祜，鋼鐵冶金原理（修訂版），冶金工業(yè)出版社，1990n傅崇說，有色冶金原理（修訂版），冶金工業(yè)出版社，1993n車蔭昌，冶金熱力學(xué)，東北工學(xué)院出版社，1989n魏壽昆，冶金過程熱力學(xué)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1980n韓其勇，冶金過程熱力學(xué)，冶金工業(yè)出版社，1984n陳永民，火法冶金過程物理化學(xué)，冶金工業(yè)出版社1984n李文超，冶金熱力學(xué)，冶金工業(yè)出版社，19951.本課程作用及主要內(nèi)容本課程作用及主要內(nèi)容1.1地位地位n冶金專業(yè)平臺課之一。n以普通化學(xué)、高等數(shù)學(xué)、物理

2、化學(xué)為基礎(chǔ)。n與物理化學(xué)相比，更接近與實(shí)際應(yīng)用。n目的：為開設(shè)專業(yè)課和今后的發(fā)展作理論準(zhǔn)備。 1.本課程作用及主要內(nèi)容本課程作用及主要內(nèi)容火法冶金特點(diǎn)：一高三多火法冶金特點(diǎn)：一高三多1.本課程作用及主要內(nèi)容本課程作用及主要內(nèi)容1.2作用作用n將物理化學(xué)的基本原理及實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)用到冶金過程中，闡明冶金過程的物理化學(xué)規(guī)律，為控制和強(qiáng)化冶金過程提供理論依據(jù)。n為去除某些元素保留某些元素而選擇合適的冶煉條件（溫度、氣氛）。例如煉鋼過程。此類問題將由本課程解決。 1.本課程作用及主要內(nèi)容本課程作用及主要內(nèi)容n注意：由于高溫的特點(diǎn)，宏觀測定難度大，微觀就更難，有時(shí)只能使用常溫?cái)?shù)據(jù)外推，誤差較大。n本學(xué)科尚在

3、不斷完善發(fā)展中。應(yīng)學(xué)會靈活應(yīng)用，依據(jù)冶物化理論，創(chuàng)造有利反應(yīng)進(jìn)行條件，抑制不利反應(yīng)，提出合理工藝流程。 1.本課程作用及主要內(nèi)容本課程作用及主要內(nèi)容1.3冶金實(shí)例冶金實(shí)例1.3.1高爐煉鐵高爐煉鐵（a）爐頂煤氣成分：nN2 、CO、CO2，少量H2、CH4nN250， CO（2025）、CO2（2217）nCO+CO2（4244）nCO為還原劑且屬有毒氣體，希望能夠在爐內(nèi)100%消耗。n無法實(shí)現(xiàn)的原因：存在化學(xué)平衡。1.本課程作用及主要內(nèi)容本課程作用及主要內(nèi)容1.3冶金實(shí)例冶金實(shí)例n（b）礦石中含有Fe、Mn、S、P、Al、Mg、Ca等多種元素，但被還原量卻不同：n原因：氧化物穩(wěn)定性問題n（c

4、）S、P的去除 煉鋼、煉鐵過程分別去除P、Sn原因：反應(yīng)條件是否適宜。1.本課程作用及主要內(nèi)容本課程作用及主要內(nèi)容1.3冶金實(shí)例冶金實(shí)例1.3.2煉鋼煉鋼n奧氏體不銹鋼冶煉：去C保Cr。n特種冶金（二次精煉）真空脫氣，礦石中含有Fe、Mn、S、P、Al、Mg、Ca等多種元素，但被還原量卻不同。n原因：氧化物穩(wěn)定性問題。1.本課程作用及主要內(nèi)容本課程作用及主要內(nèi)容1.3.3有色冶金有色冶金n煉銅：氧化煉銅：氧化還原還原電解電解n去鐵 Cu2SCu2OCun濕法：電解過程濕法：電解過程，電化學(xué)電化學(xué)，phph電位圖電位圖n浸出，萃取過程n熔鹽電解等等1.本課程作用及主要內(nèi)容本課程作用及主要內(nèi)容1.

5、4主要內(nèi)容主要內(nèi)容熱力學(xué)熱力學(xué)n第一定律：能量守恒，轉(zhuǎn)化；n第二定律：反應(yīng)進(jìn)行的可能性及限度；n第三定律：絕對零度不能達(dá)到。1.4.1冶金熱力學(xué)冶金熱力學(xué)n主要為第二定律 工具：等溫方程式n正向 逆向 平衡n測定n計(jì)算（查表）CPK（0） CPABTn估計(jì)值n統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)1.本課程作用及主要內(nèi)容本課程作用及主要內(nèi)容1.4.2冶金動力學(xué)冶金動力學(xué)n研究過程的機(jī)理（反應(yīng)機(jī)制）和限制環(huán)節(jié)n提出一系列模型，找出結(jié)癥對癥下藥：提高其反應(yīng)速度或減緩反應(yīng)速度。1.本課程作用及主要內(nèi)容本課程作用及主要內(nèi)容1.4.2冶金動力學(xué)冶金動力學(xué)n與物理化學(xué)的差異：與物理化學(xué)的差異：n物化：只是單相中微觀的化學(xué)反應(yīng)，也稱微

6、觀動力學(xué)；n冶金動力學(xué)：對多相，還伴有傳熱、傳質(zhì)現(xiàn)象，為宏觀動力學(xué)；n一般說來，由于高溫，所以化學(xué)反應(yīng)速度快，多為擴(kuò)散為限制行環(huán)節(jié)；n現(xiàn)狀：數(shù)據(jù)不全，誤差大，模型的適用性差。1.本課程作用及主要內(nèi)容本課程作用及主要內(nèi)容2.冶金物理化學(xué)的發(fā)展冶金物理化學(xué)的發(fā)展 2.1國外國外n19201932年，黑色冶金中引入物理化學(xué)理論；n1920年，P.Oberhoffer（奧伯霍夫）首次發(fā)表鋼液中Mn-O平衡問題的論文；n1925年，F(xiàn)arady Society（法拉第學(xué)會）在英國倫敦召開煉鋼物理化學(xué)學(xué)術(shù)年會。n1926年，C.H.Herty（赫蒂）在美國發(fā)表平爐煉鋼過程中C、S、Mn等元素變化規(guī)律論文，

7、且專門領(lǐng)導(dǎo)建立一個(gè)研究平爐冶煉過程問題的小組。n1932年，德國R.Schenk發(fā)表專著：鋼鐵冶金物理化學(xué)導(dǎo)論（Phsical Chemistry of Steel Manufacture Processes）n其他：德國的Korber和Olsen等。2.冶金物理化學(xué)的發(fā)展冶金物理化學(xué)的發(fā)展 2.1國外國外冶金物理化學(xué)體系冶金物理化學(xué)體系：19321958創(chuàng)立創(chuàng)立J.Chipman（啟普曼）啟普曼）,逸度和活度理論逸度和活度理論n1926年畢業(yè)于加里福尼亞大學(xué)，物理學(xué)博士；n1932年發(fā)表H2O，CO2，CO，CH4的自由能及在冶金學(xué)上的意義（密西根大學(xué)，研究工程師）；n1937年任麻省理工學(xué)

8、院教師；n1942年出版1600化學(xué)一書；n1948年發(fā)表金屬溶液的活度論文，奠定了活度基礎(chǔ)；n1951年出版堿性平爐煉鋼一書。2.冶金物理化學(xué)的發(fā)展冶金物理化學(xué)的發(fā)展 nC.Wagner1952年出版合金熱力學(xué)提出活度相互作用系數(shù)，使活度更加理論化；1958年出版煉鋼中的動力學(xué)問題創(chuàng)立較完整的冶金動力學(xué)研究體系；nS.Darken1953年出版金屬物理化學(xué)，較系統(tǒng)地論述了“冶金動力學(xué)及熱力學(xué)”問題 2.冶金物理化學(xué)的發(fā)展冶金物理化學(xué)的發(fā)展 2.1國內(nèi)國內(nèi)n李公達(dá)(19051971),湖北人，南開大學(xué)畢業(yè)。1931年進(jìn)入美國密歇根大學(xué)研究院，師從美國著名學(xué)者J.chipman教授，獲冶金工程博

9、士學(xué)位。 n1937年發(fā)表H2-H2S混合氣體與Fe中S的平衡，論述了鐵液中s的行為。2.冶金物理化學(xué)的發(fā)展冶金物理化學(xué)的發(fā)展 2.1國內(nèi)國內(nèi)n魏壽昆（1907)，天津人，中國科學(xué)院院士。德國德累斯頓工科大學(xué)工學(xué)博士,冶金過程熱力學(xué)、活度在冶金中的應(yīng)用。n在冶金熱力學(xué)理論及其應(yīng)用中獲得多項(xiàng)重大成果。運(yùn)用活度理論為紅土礦脫鉻、金川礦提鎳、等多反應(yīng)中金屬的提取和分離工藝奠定了理論基礎(chǔ)。2.冶金物理化學(xué)的發(fā)展冶金物理化學(xué)的發(fā)展 2.1國內(nèi)國內(nèi)n鄒元爔 （中科院上海冶金研究所） 發(fā)表一系列熔體活度測定方法，如測定Cao-SiO2-Al2O3渣系的活度n我國冶金物理化學(xué)活度理論研究的先驅(qū)，將冶金物理化學(xué)

10、對象從鋼鐵冶金、有色冶金延伸到高純金屬和半導(dǎo)體材料冶金； 2.冶金物理化學(xué)的發(fā)展冶金物理化學(xué)的發(fā)展 2.1國內(nèi)國內(nèi)n陳新民（19121992），有色金屬冶金先驅(qū)，研究火法冶金、濕法冶金、氯化冶金及熔體熱力學(xué)理論。 n1947年與J.Chipman共同發(fā)表H2-H2O混合氣體與Fe液中Cr的平衡2.冶金物理化學(xué)的發(fā)展冶金物理化學(xué)的發(fā)展 2.1國內(nèi)國內(nèi)n周國治,中國科學(xué)院院士，用Gibbs-Duhem方程計(jì)算熔體熱力學(xué)性質(zhì)；2.冶金物理化學(xué)的發(fā)展冶金物理化學(xué)的發(fā)展 2.1國內(nèi)國內(nèi)n王之昌，東北大學(xué)教授王之昌，東北大學(xué)教授.n主要學(xué)術(shù)研究：（一）溶液理論和熱力學(xué)：首次揭示各類實(shí)際多元系的簡單共性，創(chuàng)立了偏簡單溶液