冶金原理复习省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一篇第一篇 冶金熔体冶金熔体第一篇 冶金熔体第一章第一章第一章第一章 冶金熔体概述冶金熔体概述冶金熔体概述冶金熔体概述第二章 冶金熔体相平衡图第三章 冶金熔体结构第四章 冶金熔体物理性质第五章 冶金熔体化学性质第1页第一章 概述1、什么是冶金熔体，它分为几个类型？在火法冶金过程中处于熔融状态反应介质和反应产物称为冶金熔体，普通将冶金熔体分为四种类型：金属熔体、熔渣、熔盐、熔锍 第一篇 冶金熔体第2页1、浓度三角形基本性质2、三元系相图表示方法3、三元系相图基本类型4、等温截面图5、相图分析第二章第二章第二章第二章 冶金熔体相平衡图冶金熔体相平衡图冶金熔体相平衡图冶金熔体相平衡图第3页一、浓度三角形性质有哪些？p12-p15等含量规则等百分比规则背向规则直线规则重心原理交叉位规则共轭位规则第二章 冶金熔体相平衡图第4页二、三元系相图表示方法 液面线界限无变点空间区域第5页三、三元系相图基本类型有哪些？p20-28 简单低共融型生成一致熔融化合物生成不一致熔融化合物固相完全互溶型液相分层第6页四、等温截面图四、等温截面图四、等温截面图四、等温截面图等温截面图等温截面图 在某一定温度下等温平面与立在某一定温度下等温平面与立体相图相截，所得截面在浓度三体相图相截，所得截面在浓度三角角形形上上投影。投影。用途用途反应了体系在指定温度下所处反应了体系在指定温度下所处相态以及组成改变时体系相态相态以及组成改变时体系相态 改变。改变。液相区液相区由等温线及浓度三角形边围成由等温线及浓度三角形边围成区域区域二相区二相区扇形区域扇形区域三相区三相区三角形区域三角形区域2.1.3 2.1.3 三元系相图表示法三元系相图表示法三元系相图表示法三元系相图表示法第7页步骤：将平面投影图中给定温度以外等温线、温度高于给定温度部分界限（fe1）去掉将界限与给定温度下等温线交点（f）与该界限对应二组元组成点相连接，形成结线三角形（BfC）去掉余下界限（Ef，Ee2，Ee3）在液固两相区画出一系列结线标出各相区平衡物相用“边界规则”检验所绘制等温截面图从平面投影图绘制等温截面图从平面投影图绘制等温截面图从平面投影图绘制等温截面图从平面投影图绘制等温截面图2.1.3 2.1.3 三元系相图表示法三元系相图表示法三元系相图表示法三元系相图表示法第8页122.1.3 2.1.3 三元系相图表示法三元系相图表示法三元系相图表示法三元系相图表示法第9页五五五五 、三元系相图分析方法小结三元系相图分析方法小结三元系相图分析方法小结三元系相图分析方法小结判判断断化化合合物物性性质质 依依据据化化合合物物组组成成点点是是否否位位于于其其初初晶晶区区内内，确确定定该该化化合合物物是是一一致致熔熔融融化化合合物物还还是是不不一一致致熔融化合物。熔融化合物。划划分分三三角角形形 将将体体系系中中与与每每个个无无变变点点相相对对应应三三个个组组分分组组成成点点连连接接起起来来组组成成一一个个子子三三角角形形，将将原原始始三三元元系系分解成多个基本类型三元系。分解成多个基本类型三元系。体系中子三角形数目一定与三元无变点个数相等。体系中子三角形数目一定与三元无变点个数相等。只只有有初初晶晶区区相相邻邻组组分分组组成成点点才才能能相相连连，而而且且连连线线不能相互相交。不能相互相交。2.1.4.5 2.1.4.5 三元系相图分析方法小结三元系相图分析方法小结三元系相图分析方法小结三元系相图分析方法小结第10页确确确确定定定定界界界界限限限限性性性性质质质质 依依依依据据据据切切切切线线线线规规规规则则则则能能能能够够够够判判判判断断断断某某某某一一一一界界界界限限限限是是是是低低低低共熔线还是转熔线。共熔线还是转熔线。共熔线还是转熔线。共熔线还是转熔线。uu结合连线规则找出该界限上温度最高点；结合连线规则找出该界限上温度最高点；结合连线规则找出该界限上温度最高点；结合连线规则找出该界限上温度最高点；uu在该界限上按照温度下降方向标上单箭头或双箭头。在该界限上按照温度下降方向标上单箭头或双箭头。在该界限上按照温度下降方向标上单箭头或双箭头。在该界限上按照温度下降方向标上单箭头或双箭头。判判判判断断断断无无无无变变变变点点点点性性性性质质质质 依依依依据据据据无无无无变变变变点点点点与与与与其其其其相相相相对对对对应应应应子子子子三三三三角角角角形形形形相相相相对对对对位置关系来确定该无变点性质。位置关系来确定该无变点性质。位置关系来确定该无变点性质。位置关系来确定该无变点性质。uu低共熔点低共熔点低共熔点低共熔点 E Euu转转转转 熔熔熔熔 点点点点 P P2.1.4.5 2.1.4.5 三元系相图分析方法小结三元系相图分析方法小结三元系相图分析方法小结三元系相图分析方法小结第11页熔体冷却过程分析小结熔体冷却过程分析小结熔体冷却过程分析小结熔体冷却过程分析小结依据给定熔体依据给定熔体依据给定熔体依据给定熔体MM百分组成，在浓度三角形中找到百分组成，在浓度三角形中找到百分组成，在浓度三角形中找到百分组成，在浓度三角形中找到MM点位置；点位置；点位置；点位置；由由由由MM点所在等温线，确定熔体开始结晶温度；点所在等温线，确定熔体开始结晶温度；点所在等温线，确定熔体开始结晶温度；点所在等温线，确定熔体开始结晶温度；由由由由MM点所在初晶面，确定初晶组成；点所在初晶面，确定初晶组成；点所在初晶面，确定初晶组成；点所在初晶面，确定初晶组成；按按按按MM点点点点所所所所在在在在子子子子三三三三角角角角形形形形确确确确定定定定熔熔熔熔体体体体结结结结晶晶晶晶终终终终了了了了固固固固相相相相组组组组成成成成及及及及冷冷冷冷却却却却过过过过程终点程终点程终点程终点。原原原原始始始始体体体体系系系系组组组组成成成成点点点点、液液液液相相相相组组组组成成成成点点点点和和和和固固固固相相相相组组组组成成成成点点点点三三三三者者者者一一一一直直直直在在在在同同同同一一一一条条条条直直直直线线线线上上上上，而而而而且且且且体体体体系系系系组组组组成成成成点点点点必必必必在在在在固固固固、液液液液二二二二组组组组成成成成点点点点之之之之间间间间，它们质量关系恪守杠杆规则。它们质量关系恪守杠杆规则。它们质量关系恪守杠杆规则。它们质量关系恪守杠杆规则。液液液液相相相相组组组组成成成成和和和和固固固固相相相相组组组组成成成成改改改改变变变变是是是是沿沿沿沿两两两两条条条条不不不不一一一一样样样样路路路路径径径径进进进进行行行行。结结结结晶晶晶晶终了时，这两条路径首尾相连，合为一条折线。终了时，这两条路径首尾相连，合为一条折线。终了时，这两条路径首尾相连，合为一条折线。终了时，这两条路径首尾相连，合为一条折线。2.1.4.5 2.1.4.5 三元系相图分析方法小结三元系相图分析方法小结三元系相图分析方法小结三元系相图分析方法小结第12页冷却过程分析熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例三角形规则熔体2熔体5熔体1efgq2.1.4.4 2.1.4.4 熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例第13页熔体熔体1 1组成点处于组成点处于B B初晶区内初晶区内当熔体当熔体1 1冷却到其初晶温度时，开始析出晶体冷却到其初晶温度时，开始析出晶体B B。熔体熔体1 1组成点位于子三角形组成点位于子三角形BCDBCD之内之内熔熔体体1 1析析晶晶过过程程在在与与子子三三角角形形BCDBCD对对应应无无变变点点 P P 结束，析晶产物为晶体结束，析晶产物为晶体B B、C C和和D D。熔熔体体1 1冷冷却却结结晶晶过过程程可可用用液液相相点点与与固固相相点点改改变变表表示为：示为：1 1、熔体、熔体、熔体、熔体1 1析晶过程分析析晶过程分析析晶过程分析析晶过程分析图2-212.1.4.4 2.1.4.4 熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例第14页2 2、熔体、熔体、熔体、熔体2 2析晶过程分析析晶过程分析析晶过程分析析晶过程分析熔体熔体2 2组成点亦处于组成点亦处于B B初晶区内初晶区内当熔体当熔体2 2冷却到其初晶温度时，开始析出晶体冷却到其初晶温度时，开始析出晶体B B。熔体熔体2 2组成点位于子三角形组成点位于子三角形ACDACD之内之内熔熔体体2 2析析晶晶过过程程在在与与子子三三角角形形ACDACD对对应应无无变变点点 E E 束束，析晶产物为晶体析晶产物为晶体A A、C C和和D D。熔体熔体2 2冷却结晶过程用液相点与固相点改变表示为：冷却结晶过程用液相点与固相点改变表示为：图2-212.1.4.4 2.1.4.4 熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例第15页三角形规则三角形规则三角形规则三角形规则原原原原始始始始熔熔熔熔体体体体组组组组成成成成点点点点所所所所在在在在子子子子三三三三角角角角形形形形之之之之三三三三个个个个顶顶顶顶点点点点所所所所表表表表示示示示物物物物质质质质为为为为该该该该熔熔熔熔体体体体冷冷冷冷却却却却结结结结晶过程最终产物；晶过程最终产物；晶过程最终产物；晶过程最终产物；与与与与此此此此子子子子三三三三角角角角形形形形相相相相对对对对应应应应三三三三元元元元无无无无变变变变点点点点是是是是熔体冷却结晶过程终点。熔体冷却结晶过程终点。熔体冷却结晶过程终点。熔体冷却结晶过程终点。可可可可利利利利用用用用此此此此规规规规则则则则验验验验证证证证冷冷冷冷却却却却结结结结晶晶晶晶过过过过程程程程分析正确性。分析正确性。分析正确性。分析正确性。图2-212.1.4.4 2.1.4.4 熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例熔体冷却过程分析实例第16页1、经典金属晶体结构有哪些？2、熔渣热力学模型有哪些？第三章第三章第三章第三章 冶金熔体结构冶金熔体结构冶金熔体结构冶金熔体结构第17页一、一、一、一、金属晶体结构金属晶体结构金属晶体结构金属晶体结构晶晶晶晶体体体体：由由占占有有晶晶体体整整个个体体积积、在在三三维维方方向向上上以以一一定定距距离离展展现现周周期期而而重重复复有有序序排排列列原原子子或或离离子子组组成成物质结构远程有序性。物质结构远程有序性。基基基基本本本本概概概概念念念念：单单位位晶晶胞胞、晶晶格格常常数数、配配位位数数、晶晶格格结结点、点、金属键金属键经典晶体结构：经典晶体结构：经典晶体结构：经典晶体结构：面心立方、体心立方和密堆六方面心立方、体心立方和密堆六方3.1.1 金属晶体结构第18页二、熔渣热力学模型二、熔渣热力学模型二、熔渣热力学模型二、熔渣热力学模型分子理论分子理论理想离子溶液模型理想离子溶液模型 (1)(1)捷姆金理想离子溶液模型捷姆金理想离子溶液模型 (2)(2)弗鲁德理想离子溶液模型弗鲁德理想离子溶液模型聚合物模型聚合物模型3.1.1 金属晶体结构第19页1、熔化温度2、熔体导电性第四章第四章第四章第四章 冶金熔体物理性质冶金熔体物理性质冶金熔体物理性质冶金熔体物理性质第20页一、熔化温度一、熔化温度一、熔化温度一、熔化温度冶冶金金熔熔体体在在一一定定温温度度范范围围内内熔熔化化，没没有有确确定定熔熔点点，冷冷却却曲曲线线上无平台。上无平台。熔熔化化温温度度 冶冶金金熔熔体体由由其其固固态态物物质质完完全全转转变变成成均均匀匀液液态态时温度时温度。凝凝固固温温度度或或凝凝固固点点 冶冶金金熔熔体体在在冷冷却却时时开开始始析析出出固固相相时时温度温度。熔化温度与熔体组成相关。熔化温度与熔体组成相关。比如，在铁液中比如，在铁液中非非金金属属元元素素C C、O O、S S、P P等等使使能能其其熔熔化化温温度度显显著著降降低低，含含1%C1%C铁液熔化温度比纯铁熔点低铁液熔化温度比纯铁熔点低9090 C C；由由MnMn、CrCr、NiNi、CoCo、MoMo等等金金属属元元素素引引发发铁铁液液熔熔化化温温度度降低很小。降低很小。4.1 熔化温度第21页4.4 4.4 导电性导电性导电性导电性熔体导电性能主要性熔体导电性能主要性电弧炉炼钢、电渣重熔电弧炉炼钢、电渣重熔熔盐电解熔盐电解导电性表示方法导电性表示方法电导率（电导率（）电导率为电阻率（电导率为电阻率（，单位，单位mm）倒数：）倒数：=1/=1/电导率单位：电导率单位：SmSm 1 1（西门子每米）（西门子每米）一、电导率概念一、电导率概念一、电导率概念一、电导率概念4.4 导电性第22页1 1 1 1、电导率与熔体组成关系、电导率与熔体组成关系、电导率与熔体组成关系、电导率与熔体组成关系4.4 导电性2 2 2 2、电导率与温度关系、电导率与温度关系、电导率与温度关系、电导率与温度关系金属熔体及熔锍金属熔体及熔锍第一类导体第一类导体当温度升高时，它们电导率下降。当温度升高时，它们电导率下降。温度升高，离子运动加剧，妨碍了自由电子温度升高，离子运动加剧，妨碍了自由电子定向定向运动。运动。熔盐和熔渣熔盐和熔渣第二类导体第二类导体当温度升高时，它们电导率增大。当温度升高时，它们电导率增大。3 3 3 3、电导率与粘度关系、电导率与粘度关系、电导率与粘度关系、电导率与粘度关系对于一定组成熔盐或熔渣，降低粘度有利于离子运动，从而使对于一定组成熔盐或熔渣，降低粘度有利于离子运动，从而使电导率增大。电导率增大。二、电导率与其它性质关系二、电导率与其它性质关系二、电导率与其它性质关系二、电导率与其它性质关系第23页1、熔渣碱度、熔渣酸度2、熔渣中氧化渣及还原渣第五章第五章第五章第五章 冶金熔体化学性质冶金熔体化学性质冶金熔体化学性质冶金熔体化学性质与热力学性质与热力学性质与热力学性质与热力学性质第24页钢铁冶金中，习惯上用碱度表示熔渣酸碱性。钢铁冶金中，习惯上用碱度表示熔渣酸碱性。碱碱度度熔熔渣渣中中主主要要碱碱性性氧氧化化物物含含量量与与主主要要酸酸性性氧氧化化物含量（质量）之比物含量（质量）之比，用，用R R（B B、V V）表示。）表示。碱度有各种表示式。碱度有各种表示式。可可在在氧氧化化物物质质量量百百分分数数前前引引入入依依据据化化学学计计量量关关系系或或经经过实际观察得到系数。过实际观察得到系数。各各种种碱碱度度表表示示式式中中氧氧化化物物量量可可用用其其摩摩尔尔数数或或摩摩尔尔分分数数表示。表示。对对于于高高炉炉渣渣，碱碱度度大大于于1 1渣渣是是碱碱性性渣渣，碱碱度度小小于于1 1渣渣是是酸性渣。酸性渣。对于炼钢渣，碱性渣碱度约为对于炼钢渣，碱性渣碱度约为23.523.5。一、熔渣一、熔渣一、熔渣一、熔渣碱度碱度碱度碱度5.1 熔渣碱度与酸度第25页有有色色冶冶金金中中，习习惯惯上上用用酸酸度度（硅硅酸酸度度）表表示示熔熔渣渣酸碱性。酸碱性。酸酸度度 熔熔渣渣中中结结合合成成酸酸性性氧氧化化物物氧氧质质量量与与结结合合成碱性氧化物氧质量之比成碱性氧化物氧质量之比，普通用，普通用 r r 表示：表示：普通说来，酸度小于或等于普通说来，酸度小于或等于1 1渣属于碱性渣。渣属于碱性渣。二、熔渣二、熔渣二、熔渣二、熔渣酸度酸度酸度酸度5.1 熔渣碱度与酸度第26页5.2 5.2 熔渣氧化性熔渣氧化性熔渣氧化性熔渣氧化性一、氧化渣与还原渣一、氧化渣与还原渣一、氧化渣与还原渣一、氧化渣与还原渣熔渣可分为两种：氧化渣和还原渣。熔渣可分为两种：氧化渣和还原渣。氧氧化化渣渣能能向向金金属属液液输输送送氧氧、使使金金属属液液被被氧氧饱饱和和或或使金属液中杂质氧化使金属液中杂质氧化渣渣。还还原原渣渣能能从从金金属属液液中中吸吸收收氧氧、即即发发生生金金属属液液脱脱氧氧过程渣过程渣。熔熔渣渣供供氧氧能能力力或或吸吸收收氧氧能能力力取取决决于于熔熔渣渣中中与与金金属属液液中中氧势相对大小。氧势相对大小。当当熔熔渣渣中中氧氧势势大大于于金金属属液液中中氧氧势势时时，此此炉炉渣渣为为氧氧化化性性渣。渣。当当熔熔渣渣中中氧氧势势小小于于金金属属液液中中氧氧势势时时，此此炉炉渣渣为为还还原原性性渣。渣。5.2 熔渣氧化性第27页第二篇第二篇 冶金过程热力学冶金过程热力学第二篇 冶金过程热力学第 六 章 研究冶金过程热力学任务第 七 章 化合物生成分解反应第 八 章 热力学平衡图在冶金中应用第第第第 九九九九 章章章章 还原过程还原过程还原过程还原过程第第第第 十十十十 章章章章 高温分离提纯过程高温分离提纯过程高温分离提纯过程高温分离提纯过程第28页第七章第七章第七章第七章 化合物生成化合物生成化合物生成化合物生成分解反应分解反应分解反应分解反应1 1、化合物标准摩尔生成吉布斯自由能、化合物标准摩尔生成吉布斯自由能、化合物标准摩尔生成吉布斯自由能、化合物标准摩尔生成吉布斯自由能2 2、开始分解温度及分解沸腾温度开始分解温度及分解沸腾温度开始分解温度及分解沸腾温度开始分解温度及分解沸腾温度第七章 化合物生成分解反应第29页化合物标准摩尔生成吉布斯自由能化合物标准摩尔生成吉布斯自由能化合物标准摩尔生成吉布斯自由能化合物标准摩尔生成吉布斯自由能一、标准摩尔生成吉布斯自由能一、标准摩尔生成吉布斯自由能一、标准摩尔生成吉布斯自由能一、标准摩尔生成吉布斯自由能 f fG G 定定定定 义义义义在给定温度及标准压强（在给定温度及标准压强（在给定温度及标准压强（在给定温度及标准压强（p p =101.325kPa)=101.325kPa)下，下，下，下，由标准态单质反应生成由标准态单质反应生成由标准态单质反应生成由标准态单质反应生成1mol1mol标准态下该化合物时，标准态下该化合物时，标准态下该化合物时，标准态下该化合物时，该生成反应标准吉布斯自由能改变。该生成反应标准吉布斯自由能改变。该生成反应标准吉布斯自由能改变。该生成反应标准吉布斯自由能改变。7.2.1 化合物标准摩尔生成吉布斯自由能化合物标准摩尔生成吉布斯自由能第30页二、开始分解温度与沸腾分解温度开始分解温度（T开）当氧化物分解压PO2(MeO)与系统中氧分压PO2相等时温度。当系统温度超出T开时，氧化物将分解。7.3.1 氧化物分解氧化物分解第31页沸腾分解温度（T沸）当氧化物分解压PO2(MeO)与系统总压P总相等时温度。当系统温度到达T沸时，氧化物分解急剧进行。7.3.1 氧化物分解氧化物分解第32页【例4】已知反应2Ni(S)+O2=2NiO(S)rG（即fG*(NiO)）与温度关系为：rG=fG*(NiO)=523756+217.2T Jmol1 求（a）在Ni和NiO均为固相温度范围内NiO分解压与温度关系及1725K时PO2(NiO)值；（b）在空气中欲经过NiO分解制取金属镍最低温度；（c）在空气中NiO分解过程“T沸”。7.3.1 氧化物分解氧化物分解第33页解：（a）依据式7-4得：1725K时：（b）依据式7-6得：T开=-27354/(lg0.21-11.34)=2275 K（c）依据式7-7得：7.3.1 氧化物分解氧化物分解第34页三、氧化物生成三、氧化物生成分解体系热力学平衡图分解体系热力学平衡图对于反应:2Me(s,l)+O2=2MeO(s,l)假设：(1)Me和MeO均以凝聚相存在，且不相互溶解；(2)气体为理想气体。依据相律：F=(3 1)3+2=1，故 PO2=f(T)。据此，可作出给定氧化物反应平衡图。7.3.1 氧化物分解氧化物分解第35页图7-7 金属-氧系热力学平衡图 7.3.1 氧化物分解氧化物分解第36页1、相律分析f =(3 1)P+2=4 P在平衡曲线上，O2、Me、MeO共存，P=3，f =1。即一定温度对应一定PO2。在曲线上部或下部区域，反应不平衡，MeO或Me与O2共存，P=2，f =2。2、当温度一定时7.3.1 氧化物分解氧化物分解第37页当温度一定时(续)在曲线上方，PO2 PO2(MeO)，fG 0，MeO 稳定。在曲线下方，PO2 0，Me 稳定。2、当氧分压一定时在曲线左方，T T分解，Me 稳定。7.3.1 氧化物分解氧化物分解第38页1、金属-硫-氧系热力学平衡图应用2、电势-PH图应用第八章第八章第八章第八章 热力学平衡图在冶金中应用热力学平衡图在冶金中应用热力学平衡图在冶金中应用热力学平衡图在冶金中应用第39页一、一、一、一、金属金属金属金属-硫硫硫硫-氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析过程热力学分析过程热力学分析过程热力学分析大多数有色金属矿物都是以硫化物形态存在。大多数有色金属矿物都是以硫化物形态存在。铜、铅、锌、镍、钴、汞、钼等金属多为硫化物。铜、铅、锌、镍、钴、汞、钼等金属多为硫化物。铟、锗、镓、铊等稀散金属常与铅锌硫化物共生。铟、锗、镓、铊等稀散金属常与铅锌硫化物共生。铂族金属常与镍钴硫化物共生。铂族金属常与镍钴硫化物共生。金属硫化物高温化学过程是硫化矿当代处理方法基础。金属硫化物高温化学过程是硫化矿当代处理方法基础。方方铅铅矿矿、闪闪锌锌矿矿、辉辉钼钼矿矿等等都都要要在在空空气气中中进进行行焙焙烧烧、使其生成对应氧化物，在深入提取金属。使其生成对应氧化物，在深入提取金属。在钢铁冶金中也包括到硫化物或硫行为。在钢铁冶金中也包括到硫化物或硫行为。8.4.1 金属金属-硫硫-氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析第40页8.4.1 金属金属-硫硫-氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析第41页8.4.1 金属金属-硫硫-氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析第42页图8-3 Me-S-O系等温平衡图 ab8.4.1 金属金属-硫硫-氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析第43页MMS SOO系平衡图中点、线、面意义系平衡图中点、线、面意义系平衡图中点、线、面意义系平衡图中点、线、面意义线线与与线线之之间间凸凸多多边边形形区区域域是是1 1个个凝凝聚聚相相与与一一定定组组成成气气相相平平衡衡共共存存区区该该凝凝聚聚相相稳稳定定区区，f f=3 2+1=2=3 2+1=2。仅仅从从热热力力学学上上考考虑虑，在在一一定定温温度度下下焙焙烧烧时时，只只要要保保持持气气相相组组成成在在稳稳定定区区内内改改变变，就就能能够够取得与该稳定区对应凝聚相产物。取得与该稳定区对应凝聚相产物。在在直直线线上上，2 2个个凝凝聚聚相相与与一一定定组组成成气气相相平平衡衡共存，共存，f f=3 3+1=1=3 3+1=1。三三直直线线交交点点表表示示3 3个个凝凝聚聚相相与与一一定定组组成成气气相相平衡共存条件，平衡共存条件，f f=3 4+1=0=3 4+1=0。8.4.1 金属金属-硫硫-氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析第44页可可直直观观、清清楚楚地地看看出出每每种种物物质质稳稳定定存存在在条条件。件。如如：在在Cu-S-OCu-S-O系系中中，CuCu2 2O O、CuSOCuSO4 4分分别别在在V V区和区和VIVI区内稳定。区内稳定。了解系统内各种化合物间平衡条件。了解系统内各种化合物间平衡条件。比比如如，在在Cu-S-OCu-S-O系系中中，不不存存在在CuS-CuCuS-Cu、CuS-CuCuS-Cu2 2O O、CuS-CuOCuS-CuO等平衡。等平衡。Me-S-OMe-S-O系平衡图应用系平衡图应用系平衡图应用系平衡图应用8.4.1 金属金属-硫硫-氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析氧系热力学平衡图，硫化矿焙烧过程热力学分析第45页二、二、二、二、pH pH图绘制原理图绘制原理图绘制原理图绘制原理1 1、什么是、什么是、什么是、什么是 pH pH 图？图？图？图？pH图是在给定温度和组分活度（浓度）或气体逸度（分压）下，表示电势（，Eh）与pH关系图。pH图以电势为纵坐标，因为电势可作为水溶液中氧化还原反应趋势量度：rG=zFpH图以pH为横坐标，因为水溶液中进行反应，大多与水自离解反应相关，即与氢离子浓度相关：H2OH+OH即：化合物在水溶液中稳定性大多与水溶液pH值相关。8.6.1 简单金属简单金属-水系水系 -pH图图第46页2 2、水溶液中化学反应类型、水溶液中化学反应类型、水溶液中化学反应类型、水溶液中化学反应类型8.6.1 简单金属简单金属-水系水系 -pH图图第47页3 3、水溶液中化学反应、水溶液中化学反应、水溶液中化学反应、水溶液中化学反应 pHpH关系关系关系关系水溶液中化学反应通式：水溶液中化学反应通式：aAaA+n nH H+zeze=bBbB+c cH H2 2O O(8-24)(8-24)a a、n n、b b、c c 反应式中各组分化学计量系数；反应式中各组分化学计量系数；z z 参加反应电子数。参加反应电子数。当温度、压力一定时，反应吉布斯自由能改变为：当温度、压力一定时，反应吉布斯自由能改变为：8.6.1 简单金属简单金属-水系水系 -pH图图第48页确确定定体体系系中中可可能能发发生生各各类类反反应应，写写出出每每个个反反应应平衡方程式；平衡方程式；在在绘绘制制 ppH H图图时时，要要求求使使用用还还原原电电势势，氧氧化化态态、电电子子e e、H H+写写在在反反应应方方程程式式左左边边，还还原原态态写在反应式右边；写在反应式右边；由由热热力力学学数数据据计计算算反反应应 ，求求出出平平衡衡常常数数 K K 或或 ；导出各个反应导出各个反应 T T 与与pHpH关系式；关系式；求求出出各各个个反反应应在在指指定定离离子子活活度度或或气气相相分分压压条条件件下下 T T 与与pHpH关系式；关系式；绘绘 ppH H图。图。4 4、绘制、绘制、绘制、绘制 pHpH图普通步骤图普通步骤图普通步骤图普通步骤8.6.1 简单金属简单金属-水系水系 -pH图图第49页二、二、二、二、ZnHZnH2 2OO系系系系 pH pH图（图（图（图（298K298K）8.6.1 简单金属简单金属-水系水系 -pH图图第50页8.6.1 简单金属简单金属-水系水系 -pH图图第51页8.6.1 简单金属简单金属-水系水系 -pH图图第52页8.6.1 简单金属简单金属-水系水系 -pH图图第53页8.6.1 简单金属简单金属-水系水系 -pH图图第54页图图图图8-9 Zn-H8-9 Zn-H2 2OO系系系系 pHpH图（图（图（图（2525，溶解物种活度为，溶解物种活度为，溶解物种活度为，溶解物种活度为1 1）8.6.1 简单金属简单金属-水系水系 -pH图图第55页1、简单金属氧化物CO还原和氢还原2、简单氧化物固体碳还原、CO分压计算第九章第九章第九章第九章 还原过程还原过程还原过程还原过程第56页一、一、一、一、HH2 2、COCO还原金属氧化物比较还原金属氧化物比较还原金属氧化物比较还原金属氧化物比较9.3.2 简单金属氧化物氢还原简单金属氧化物氢还原第57页在在1083 K1083 K（810 810 C C）以上，）以上，H H2 2还原能力较还原能力较COCO强；强；在在1083 K1083 K以下，以下，COCO还原能力较还原能力较H H2 2强。强。MeOCOMeOCO还原反应，有些是吸热，有些是放热；还原反应，有些是吸热，有些是放热；MeOH MeOH2 2还原反应几乎都是吸热反应。还原反应几乎都是吸热反应。H H2 2在高温下含有较强还原能力，且生成在高温下含有较强还原能力，且生成H H2 2O O较易除去较易除去;应用经过仔细干燥后应用经过仔细干燥后H H2 2能够实现那些用能够实现那些用COCO所不能完成所不能完成 还还原过程原过程 1590 1590 C C时，时，H H2 2能够迟缓地还原能够迟缓地还原SiOSiO2 2。H H2 2扩散速率大于扩散速率大于CO CO D D (MM)1/21/2 用用H H2 2代替代替COCO作还原剂能够提升还原反应速率。作还原剂能够提升还原反应速率。用用H H2 2作还原剂能够得到不含碳金属产品；作还原剂能够得到不含碳金属产品；而用而用COCO作还原剂常因渗碳作用而使金属含碳，如：作还原剂常因渗碳作用而使金属含碳，如：3Fe+2CO=Fe3Fe+2CO=Fe3 3C+COC+CO2 29.3.2 简单金属氧化物氢还原简单金属氧化物氢还原第58页9.3.3 简单金属氧化物固体碳还原简单金属氧化物固体碳还原第59页若若体体系系实实际际温温度度低低于于点点a a温温度度 T T2 2（如如T Tl l），反反应应（2 2）平平衡衡气气相相组组成成%CO%CO（y y点点）低低于于反反应应（1 1）平平衡气相组成衡气相组成%CO%CO（x x点）。点）。温度低于温度低于T T2 2时，金属氧化物时，金属氧化物MeOMeO稳定。稳定。若若实实际际温温度度高高于于T T2 2（如如T T3 3），金金属属氧氧化化物物MeOMeO被被还还原成为金属。原成为金属。温度高于温度高于T Ta a时，金属时，金属MeMe稳定。稳定。T T2 2在在给给定定压压力力下下，用用固固体体碳碳还还原原金金属属氧氧化化物物开开始还原温度始还原温度。氧氧化化物物稳稳定定性性愈愈强强，图图反反应应（1 1）线线位位置置向向上上移移，开始还原温度升高。开始还原温度升高。体体系系压压力力降降低低时时，布布多多尔尔反反应应线线（2 2）位位置置左左移移，开始还原温度下降。开始还原温度下降。9.3.3 简单金属氧化物固体碳还原简单金属氧化物固体碳还原第60页9.3.3 简单金属氧化物固体碳还原简单金属氧化物固体碳还原第61页9.3.3 简单金属氧化物固体碳还原简单金属氧化物固体碳还原第62页铁铁氧氧化化物物碳碳还还原原反反应应由由氧氧化化物物COCO还还原原和和碳碳气气化化两两反反应同时平衡来实现。应同时平衡来实现。在冶金生产中，炉温较高，布多尔反应快速；在冶金生产中，炉温较高，布多尔反应快速；在在有有固固体体碳碳存存在在条条件件下下，反反应应气气体体产产物物基基本本上全部为上全部为 CO CO。T Ta a 1010K 1010K，%CO(vol)62%CO(vol)62%；T Tb b 950K 950K，%CO(vol)42%CO(vol)42%。T T T Ta a 区域为区域为FeFe稳定区；稳定区；T Tb b T T T Ta a 区域为区域为FeOFeO稳定区；稳定区；T T T Tb b区域为区域为FeFe3 3O O4 4稳定区。稳定区。温温度度T Ta a为为在在101325Pa101325Pa条条件件下下铁铁氧氧化化物物被被固固体体碳碳还还原原成金属铁成金属铁开始还原温度开始还原温度开始还原温度开始还原温度。当体系压力改变时，开始还原温度也会随之改变。当体系压力改变时，开始还原温度也会随之改变。9.3.3 简单金属氧化物固体碳还原简单金属氧化物固体碳还原第63页1、高温分离提纯方法有哪些？2、氧化精炼3、区域精炼法及定向凝固法第十章第十章第十章第十章 高温分离提纯过程高温分离提纯过程高温分离提纯过程高温分离提纯过程第64页一、火法精炼方法一、火法精炼方法 化学法化学法 基基于于杂杂质质与与主主金金属属化化学学性性质质不不一一样样，加加入入某某种种反反应应剂剂使使之之形形成成某某种种难难溶溶于于金金属属化合物析出或造渣。化合物析出或造渣。物理法物理法 基基于于在在两两相相平平衡衡时时杂杂质质和和主主金金属属在在两两相相间分配比不一样。间分配比不一样。利利用用粗粗金金属属凝凝固固或或熔熔化化过过程程中中，粗粗金金属属中中杂杂质质和和主主金金属属在在液液 固固两两相相间间分分配配比比不不一一样样熔析精炼、区域精炼（区域熔炼）。熔析精炼、区域精炼（区域熔炼）。利用杂质和主金属蒸气压不一样，因而粗金利用杂质和主金属蒸气压不一样，因而粗金属蒸发过程中，其易蒸发组份将主要进入气属蒸发过程中，其易蒸发组份将主要进入气相，与难蒸发组分分离相，与难蒸发组分分离蒸馏精炼、升华蒸馏精炼、升华精炼。精炼。10.0 10.0 概述概述概述概述第65页二、二、二、二、区域精炼区域精炼区域精炼区域精炼一、化学偏析现象一、化学偏析现象一、化学偏析现象一、化学偏析现象在在一一个个温温度度分分布布不不均均匀匀体体系系中中，当当连连续续降降温温时时，先凝固部分与后凝固部分有不一样组成。先凝固部分与后凝固部分有不一样组成。10.4 10.4 区域精炼区域精炼区域精炼区域精炼第66页10.4 区域精炼区域精炼第67页影响区域精炼效果原因影响区域精炼效果原因 区域精炼次数区域精炼次数 n n伴伴随随 n n 增增加加，提提纯纯效效果果增增加加。杂杂质质浓浓度度分分布布趋趋近近极极限限分分布布，与与熔熔区区长长度度 l l 及及分分配系数配系数 K K 值等相关。值等相关。熔区长度熔区长度 l l 在在前前几几次次区区熔熔时时，增增加加 l l 有有利利于于提提升升提提纯效果；纯效果；l l 增加造成杂质浓度极限分布上移。增加造成杂质浓度极限分布上移。前前几几次次提提纯纯采采取取长长熔熔区区，后后几几次次则用短熔区。则用短熔区。10.4 10.4 区域精炼区域精炼区域精炼区域精炼第68页熔区移动速度熔区移动速度 f f f f（凝凝固固速速度度）降降低低，有有利利于于液液相相中中杂杂质扩散；质扩散；f f 过低，设备生产能力低。过低，设备生产能力低。其它其它凡凡能能强强化化液液相相传传质质速速度度原原因因均均能能提提升升提纯效果。提纯效果。采取感应如热提纯效果较普通采取感应如热提纯效果较普通 电阻加热好。电阻加热好。10.4 10.4 区域精炼区域精炼区域精炼区域精炼第69页1、收缩核模型动力学步骤2、化学反应控制及内扩散控制动力学过程推导第十三章第十三章第十三章第十三章 气气气气(液液液液)/)/)/)/固相反应动力学固相反应动力学固相反应动力学固相反应动力学第70页13.1.1 区域化学反应速率改变特征区域化学反应速率改变特征第71页一、完整气一、完整气一、完整气一、完整气(液液液液)固反应步骤固反应步骤固反应步骤固反应步骤 (1)(1)反反应应物物 B(g,l)B(g,l)由由流流体体相相中中经经过过边边界界层层向向反反应应固固体体产物产物E(s)E(s)表面扩散表面扩散外扩散；外扩散；(2)(2)反反应应物物B(g,l)B(g,l)经经过过固固体体生生成成物物E(s)E(s)向向反反应应界界面面扩扩散散内扩散；内扩散；(3)(3)反反应应物物B(g,l)B(g,l)在在反反应应界界面面上上与与固固体体A A发发生生化化学学反反应应界面化学反应；界面化学反应；(4)(4)生成物生成物D D由反应界面经过固体产物层向外扩散；由反应界面经过固体产物层向外扩散；(5)(5)生成物生成物D(g,l)D(g,l)经过边界层向外扩散。经过边界层向外扩散。气气(液液)固固相相反反应应由由上上述述各各步步骤骤连连续续进进行行，总总反反应速度取决于最慢步骤。应速度取决于最慢步骤。13.1.1 区域化学反应速率改变特征区域化学反应速率改变特征第72页第73页