《冶金原理》1

1、1、炉渣的氧化性：炉渣氧化性是指炉渣向与之接触的金属液供氧的能力。2、MeO分解压：MeO分解压是指一定条件下，分解反应2MeO(S)=2Me(S)+O2达到平衡时，产生的O2的压力。3、氧化熔炼：氧化熔炼是指利用还原剂从矿石中除去氧获得的粗金属，在氧化剂作用下，使粗金属中的过多的元素及杂质通过氧化作用分离除去的过程。4、MS的硫势：MS的硫势是指2x/yM(S)+S2=2/yMxSy(S)达到平衡时，平衡气相中的S2压力PS2的RTlnPS2。什么是火法冶金、提取冶金：火法冶金是在高温下，从原料中（主要为矿石）提取有用金属或化合物的过程；提取冶金又叫化学冶金，是利用电能从矿石中提取有用金属或

2、化合物的过程。冶金原理主要研究的内容是：1冶金过程热力学（反应进行的可能性、反应限度、各因素对反应的影响）；冶金过程动力学（反应进行的机理、反应速率限制环节、各种参数对反应速率的影响）；冶金溶液，分为冶金熔体和水溶液（溶液的结构、物理化学性质、相平衡条件）活度（或称有效浓度）：使实际溶液中组分蒸气压服从拉乌尔或亨利定律校正的浓度。浓度校正的系数称为活度系数。纯物质标准态：以拉乌尔定律为基础，纯物质状态的标准状态。假想纯物质标准：指溶液中的分蒸汽压服从亨利定律的假想纯物质状态的标准状态。假想1%标准状态：以溶液中的组分质量百分浓度为1%，蒸汽压服从亨利定律的假想状态的标准状态。以碳完全燃烧为例，

3、说明多相反应的组成环节：氧气扩散通过气象边界层进入固体产物层氧气与未反应的碳表面发生反应二氧化碳经气体边界层扩散出来。温度对反应速率常数的影响公式（阿仑乌斯公式）：温度升高，反应速率增大； 活化能大的反应，温度提高，反应增加显著；阿仑尼乌斯公式:活化能小的反应，温度提高，反应增加缓慢。 双膜理论内容：在物性不同或流速有差别的两个不同液相中，相界面的两侧存在着表征传质阻力的边界层。如图1所示，相内浓度为c的组分，到达相界面上，其浓度下降为c*，在此通过界面化学反应转变为浓度为c*的生成物，然后再向相内扩散，其浓度下降到相的内部浓度c，整个化学反应过程主要由反应物在相内的扩散、界面化学反应、反应产

4、物在相内的扩散三个环节组成。冶金过程中炉渣有何作用：（利）分离或吸收杂质；除去粗金属中有害于金属产品性能的杂质；富集有用金属氧化物及精炼金属的作用；保护金属不受环境玷污及减少金属热损失；在电炉冶炼中，炉渣还起着电阻发热的作用。（弊）侵蚀和冲刷炉衬，减少炉衬的使用寿命；使金属损失，降低金属回收率；带走热量，增加冶炼能耗。碱性氧化物：在熔渣中提供O2-的氧化物。酸性氧化物：在熔渣中吸收O2-的氧化物。两性氧化物：在强碱性渣中吸收O2-、强酸性渣中提供O2-的氧化物。分子理论内容要点：熔渣是由电中性的分子组成的，这些分子有简单氧化物（自由态氧化物）、碱性氧化物与酸性氧化物结合形成的复杂化合物（结合态

5、氧化物）。每种氧化有两种形态。在一定条件下，简单氧化物与其复杂化合物分子之间的处于动态平衡。分子间的作用力为范德华力。熔渣可近似看作理想溶液。熔渣的性质主要取决于自由氧化物的浓度，也只有自由氧化物才能参加与熔渣中其它组元的化学反应。弗鲁德理想离子溶液模型内容要点：a.熔渣完全由离子组成，包括简单阳离子、简单阴离子和复杂阴离子。b.熔渣中阳离子与阳离子的混合、阴离子与阴离子的混合均为理想混合。熔化温度：炉渣加热时由固态完全转变为均匀液态或熔渣冷却时液相中开始析出固相时的温度称为炉渣熔化温度。即为相图中液相线温度。熔化性温度：能够使熔渣熔化后达到自由流动的最低温度。 表面：指液体与空气之间的交界面

6、。 界面：指两凝聚相之间的交界面。表面张力：指作用于单位长度的表面边界线上使表面有自动收缩到最小趋势的力。单位：N·m-1 界面张力：指两凝聚相接触时，相界面上的两相质点间出现的张力，称为界面张力。什么是熔渣的粘度？影响粘度的因素有哪些？流动的流速不同的两液层间的内摩擦系数称为粘度。单位：Pa·s；温度（气体的粘度随温度升高而增大，液体则减小）、熔渣的化学成分、酸碱性熔渣从与之接触的金属液中吸收氧的能力称为炉渣的还原性。熔渣向与之接触的金属液中提供氧的能力称为炉渣的氧化性。熔渣容纳或溶解对金属液有害物质（ S、P、N、H 等）的能力称为熔渣的容量性。氧势图：氧化物的氧势（氧

7、位）与温度之间的关系图。 氧势图的应用：判定一定条件下氧化物的稳定性；判定一定条件下不同氧化物之间的相对稳定性；（ 、依据：氧化物氧势愈小，稳定性愈好，反之，稳定性愈差） 确定还原反应的还原剂；（依据：还原剂的氧化物产物氧势小于被还原氧化物氧势，或反应的G<0） 计算：氧化物在一定温度时的标准生成吉布斯能G ；氧化物在一定温度下的分解压力；元素的氧化反应在一定温度及氧分压下的G ；氧化物被固体碳直接还原的开始温度； （依据： CO氧势等于被还原氧化物氧势，或反应的G=0）。一定温度时氧化还原反应的G； （依据：反应的G=还原剂对应氧化物产物氧势-被还原氧化物氧势）。 一定温度下，用气体C

8、O （或H2）还原金属氧化物的平衡气相成分。（依据：CO2（或H2O)氧势=被还原氧化物氧势，求得的CO/CO2（或H2 /H2O) 即为所求。衡量氧化物稳定性的方法有：氧化物标准摩尔生成吉布斯能、氧化物分解压和氧化物氧势等。 1、冶金热力学研究内容主要有（反应进行的可能性）、（反应限度）和（各因素对反应的影响）等。2、稀溶液是指溶质的蒸气压服从（亨利）定律、溶剂的蒸气压服从（拉乌尔）定律的溶液，稀溶液中溶质活度系数=( 1 )。3、C的气化反应式为（C+CO2=2CO），其平衡常数表达式为（ ）。4、湿法分离提纯主要方法有（沉淀法、结晶法）、（离子交换法）、（有机溶剂淬取法）等。5、钢液氧化

9、熔炼过程中脱氧方法有（沉淀脱氧法）、（扩散脱氧法）和真空脱氧等。 6、熔渣分子理论认为熔渣是由（分子）质点组成。2、i=i溶解反应，当采用纯物质为标准态时，其标准溶解吉布斯自由能为(0)。3、钢铁冶炼过程中，熔渣氧化性高低一般采用（FeO）浓度或活度表示。4、在标准状态下，一个反应向右进行的热力学条件是反应的（G）0。5、稀溶液中溶质B以纯物质为标准时，其活度系数为（）。6、硫化物的分解压愈小，则硫化物（愈稳定）7、按照理想离子溶液模型可知，CaO-SiO2-Al2O3渣中离子有（Ca2+、SiO44-、PO43-、O2-）。8、要使熔渣能完全自由流动，熔渣需达到（熔化性温度）以上的温度。1冶

10、金反应的平衡常数随温度升高而增加。（）2提取冶炼得到的只有金属。（）3冶金反应进行的可能性分析属于冶金过程热力学方面的问题。（ ）4熔析精炼效果一般采用分配比表示，分配比愈大，熔析精炼除杂效果愈好。（）5按熔渣完全离子结构理论要点看，Fe2O3在熔渣中离子形式为Fe3+。（ ）6Fe2O3由CO还原时首先转变为Fe3O4。（ ）1、写出浓度三角形中直线规则。答：如图1所示，图中组成点分别为M、N的两物系M、N混合成一新物系P，P必位于M与N连线之间，其位置由下述式决定： WM+WN= WP （式中：WM、WN、WP分别为M、N、P三物系的质量）WM·PM=WN·PN （式中

11、：PM、PN为两弦长）2、按照对O2-行为，熔渣中的氧化物可分为哪几类氧化物？并对各类氧化物含义进行解释，并举例。碱性氧化物是指在熔渣向熔渣提供O2-的氧化物，如CaO。 酸性氧化物是指在熔渣向熔渣吸收O2-的氧化物，如SiO2。 两性氧化物是指在强碱性渣中吸收O2-、在强酸性渣中提供O2-的氧化物，如Al2O3。3、分别写出钢液中元素M经由直接氧化、间接氧化、渣-铁界面反应氧化成MO2(S)的三个反应式钢液中元素M直接氧化成MO2(S)反应为：M+O2=2MO2(S) 钢液中元素间接氧化成MO2(S)反应为：M+2O=MO2(S) 钢液中元素在渣-铁界面反应氧化成MO2(S)反应为：M+2（

12、FeO）=MO2(S)+2Fe1、根据图1回答：（1）判断化合物D的性质；化合物D属于一种不稳定化合物。（2）判断界线e1E1、e3E2的性质；并标出其温度降低方向；界线e1E1属于二元共熔线，e3E2属于二元转熔线，其温度降低方向示意于图2中（3）写出界线e1E1、e3E2上的平衡反应。界线e1E1上的平衡反应为：L=B+D，界线e3E2上的平衡反应为：L+A=D。（4）写出图1中熔体1由冷却结晶路线，并在在图中标出结晶路线。（共13分） 熔体1由冷却结晶路线如下： 图二液相变化路线：固相变化路线：111E2（LE2+A=C+D）A1212、（1）写出CO还原铁氧化物热力学平衡图2中线（1）

13、（4）对应的反应。（2）分析说明图2中在线（2）与线（3）包围的区域条件下，稳定存在的是何种固体物质？图2 CO还原铁氧化物热力学线（1）对应的反应为：CO+3Fe2O3(S)=2Fe3O4(S)+CO2 线（2）对应的反应CO+Fe3O4(S)=3FeO(S)+CO2 线（3）对应的反应CO+FeO(S)=Fe(S)+CO2 线（4）对应的反应CO+1/4Fe3O4(S)=3Fe(S)+CO2 线（2）与线（3）包围的区域条件下，环境中CO浓度高于线（2）上的反应CO+Fe3O4(S)=3FeO(S)+CO2平衡%CO，在此条件下，CO+Fe3O4(S)=3FeO(S)+CO2向右进行，稳定

14、生成FeO，同时环境中CO浓度低于线（3）上的反应CO+FeO(S)=Fe(S)+CO2平衡%CO，CO+FeO(S)=Fe(S)+CO2向左进行，稳定生成FeO，线（2）与线（3）包围的区域条件下，稳定存在的是FeO。7.试计算高炉中总压120000Pa、炉气CO2含量为16%的区域内CaCO3的开始分解温度和化学沸腾温度。已知：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2 G=170000144T解：由CaCO3(s)=CaO(s)+CO2 G=170000144T及G=-RTlnK、得：170000144T=-8.314Tln (1) （1）设炉气中CO2分压为，由题已知可得：=16%=0.1

15、6×120000=19200(Pa)则=/100000=19200/100000=0.192 由：=及式（1）得：170000144T=-8.314Tln0.192，即得：T开=1077.86K=804.86（2）由=/100000=120000/100000=1.2 又由：=及式（1）得：170000144T=-8.314Tln1.2，即得：T沸=1193.11K=920.11 (1)线：6Fe2O3(S）=4Fe3O4 (S）+ O2 的lgPO2(Fe2O3)-t关系线(2)线：Fe3O4(S）=3FeO(S）+O2的lgPO2(Fe3O4)-t关系线(3)线：2FeO(S）=

16、2Fe(S）+O2的lgPO2(FeO)-t关系线 (4)线： 1/2Fe3O4(S）=3/2Fe(S）+O2 的lgPO2(Fe3O4)-t关系线图中 ，(3)、(4)线以下区域因氧分压PO2低于2FeO(S)= 2Fe(S)+O2的分解压PO2(FeO)和1/2Fe3O4(S)=3/2Fe(S)+O2的PO2(Fe3O4)则2FeO(S)= 2Fe(S)+O2和1/2Fe3O4(S)= 3/2Fe(S)+ O2两反应向右稳定进行，因此，铁氧化物处于 (3)、(4)线以下区域的条件时，最终稳定存在的只有Fe；类似分析可得：铁氧化物处于 (2)、(3)线之间区域的条件时，最终稳定存在的只有Fe

17、O、铁氧化物处于 (2) (1)线之间区域的条件时，最终稳定存在的只有Fe3O4、铁氧化物处于 (1)线以上区域的条件时，最终稳定存在的只有Fe2O3。因此， a1、a3、 a4 和 a3 区可分别称为Fe、FeO、 FeO Fe2O3 、 Fe3O4 的稳定存在区(优势存在区)。写出C、H2、CO的燃烧反应式C+O2=CO2 2C+O2=2CO 2CO+O2=2CO2 2H2+O2=2H2O（g） LSi可用来描述Si氧化程度， LSi愈大， Si氧化程度愈高。LP（磷在渣铁间的分配比），此值愈大，炉渣脱磷效果愈好。S在渣铁间的分配比LS是指炉渣脱硫反应（如S+(O2-)= (S2-)+O）

18、反应达平衡时，硫在渣铁间浓度比（ ）。 LS愈大，炉渣脱硫效果愈好。分子理论：脱硫反应为放热反应，温度升高时，平衡常数增大，LS增大，即有利于炉渣脱硫。提高炉渣碱度，渣中自由碱性氧化物含量增加， LS增大，有利于炉渣脱硫。 提高炉渣氧化性，渣中a(FeO)提高，使aFeO提高， LS降低，则不利于炉渣脱硫。离子理论：扩散脱氧优点是钢液中不产生脱氧产物，从而不产生氧化物夹杂。缺点是脱氧不完全，出钢时对钢铁液还需要沉淀脱氧。造渣之后，要封闭炉门，否则钢液易产生二次氧化，因此，扩散脱氧一般只在电炉上采用。 真空脱氧优点是 a 不需加其它脱氧剂；b 钢液中不产生夹杂； c 能同时除去H、N； d 使沉淀脱氧的夹杂上浮的速度增快，钢液产生再沸腾，有利于夹杂物去除。缺点是成本较高，沉淀脱氧的优点是脱氧剂直接对钢液脱氧，脱氧速度快，成本较低，操作简便。 缺点是钢中易产生氧化物夹杂。粗金属高温分离提纯方法1)化学法 如氧化精炼法。 2)物理法 利用粗金属凝固或熔化过程中，杂质和主金属在液-固两相间的分配比不同，某杂质优先进入固相产物，因而平衡的液相纯度得以提高。如熔析精炼法、区域精炼法及定向凝固法等。利用杂质和主金属蒸汽压不同，在粗金属蒸发过程中，其中易蒸发的组分将进入气相，与难蒸发组分分离。如：蒸馏(升华)精炼法。 (3)高温分离提纯过程体系分类，金属渣系；金属金属系；金属气体系。某些情