冶金物理化學簡明教程PPT精品課程課件全冊課件匯總

1、授課人：XX XX 冶金物理化學XX學院 XX 專業(yè)【全套課件】第一章 緒 言 1. 本課程作用及主要內(nèi)容1.1地位冶金專業(yè)平臺課之一。以普通化學、高等數(shù)學、物理化學為基礎(chǔ)。與物理化學相比，更接近與實際應(yīng)用。目的：為開設(shè)專業(yè)課和今后的發(fā)展作理論準備。 1. 本課程作用及主要內(nèi)容火法冶金特點：一高三多1. 本課程作用及主要內(nèi)容1.2 作用將物理化學的基本原理及實驗方法應(yīng)用到冶金過程中，闡明冶金過程的物理化學規(guī)律，為控制和強化冶金過程提供理論依據(jù)。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)容注意：由于高溫的特點，宏

2、觀測定難度大，微觀就更難，有時只能使用常溫數(shù)據(jù)外推，誤差較大。本學科尚在不斷完善發(fā)展中。應(yīng)學會靈活應(yīng)用，依據(jù)冶物化理論，創(chuàng)造有利反應(yīng)進行條件，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1.3 冶金實例1.3.1高爐煉鐵（a）爐頂煤氣成分：N2 、CO、CO2，少量H2、CH4N250， CO（2025）、CO2（2217）CO+CO2（4244）CO為還原劑且屬有毒氣體，希望能夠在爐內(nèi)100%消耗。無法實現(xiàn)的原因：存在化學平衡。1. 本課程作用及主要內(nèi)容1.3 冶金實例（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：原因：氧化物穩(wěn)定性問題（c

3、）S、P的去除 煉鋼、煉鐵過程分別去除P、S原因：反應(yīng)條件是否適宜。1. 本課程作用及主要內(nèi)容1.3 冶金實例1.3.2 煉鋼奧氏體不銹鋼冶煉：去C保Cr。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。原因：氧化物穩(wěn)定性問題。1. 本課程作用及主要內(nèi)容1.3.3 有色冶金煉銅：氧化還原電解去鐵 Cu2SCu2OCu濕法：電解過程，電化學，ph電位圖浸出，萃取過程熔鹽電解等等1. 本課程作用及主要內(nèi)容1.4 主要內(nèi)容熱力學第一定律：能量守恒，轉(zhuǎn)化；第二定律：反應(yīng)進行的可能性及限度；第三定律：絕對零度不能達到。1.4.1 冶金熱力學主要為

4、第二定律 工具：等溫方程式正向 逆向 平衡測定計算（查表）CPK（0） CPABT估計值統(tǒng)計熱力學1. 本課程作用及主要內(nèi)容1.4.2 冶金動力學研究過程的機理（反應(yīng)機制）和限制環(huán)節(jié)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1.4.2 冶金動力學與物理化學的差異：物化：只是單相中微觀的化學反應(yīng)，也稱微觀動力學；冶金動力學：對多相，還伴有傳熱、傳質(zhì)現(xiàn)象，為宏觀動力學；一般說來，由于高溫，所以化學反應(yīng)速度快，多為擴散為限制行環(huán)節(jié)；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2.冶金物理化學的發(fā)展 2.1 國外19201932年，

5、黑色冶金中引入物理化學理論；1920年，P.Oberhoffer（奧伯霍夫）首次發(fā)表鋼液中Mn-O平衡問題的論文；1925年，F(xiàn)arady Society（法拉第學會）在英國倫敦召開煉鋼物理化學學術(shù)年會。1926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，且專門領(lǐng)導建立一個研究平爐冶煉過程問題的小組。1932年，德國R.Schenk發(fā)表專著：鋼鐵冶金物理化學導論（Phsical Chemistry of Steel Manufacture Processes）其他：德國的Korber和Olsen等。2.冶金物理化學的發(fā)展 2.1 國外冶金物理化學體系

6、：19321958 創(chuàng)立 J. Chipman （啟普曼）, 逸度和活度理論1926年畢業(yè)于加里福尼亞大學，物理學博士；1932年發(fā)表H2O，CO2，CO，CH4的自由能及在冶金學上的意義（密西根大學，研究工程師）；1937年任麻省理工學院教師；1942年出版1600化學一書；1948年發(fā)表金屬溶液的活度論文，奠定了活度基礎(chǔ)；1951年出版堿性平爐煉鋼一書。2.冶金物理化學的發(fā)展 C.Wagner 1952年出版合金熱力學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問題創(chuàng)立較完整的冶金動力學研究體系；S.Darken1953年出版金屬物理化學，較系統(tǒng)地論述了“冶金動力學

7、及熱力學”問題 2.冶金物理化學的發(fā)展 2.1 國內(nèi)李公達(19051971),湖北人，南開大學畢業(yè)。1931年進入美國密歇根大學研究院，師從美國著名學者J.chipman教授，獲冶金工程博士學位。 1937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.冶金物理化學的發(fā)展 2.1 國內(nèi)魏壽昆（1907)，天津人，中國科學院院士。德國德累斯頓工科大學工學博士,冶金過程熱力學、活度在冶金中的應(yīng)用。在冶金熱力學理論及其應(yīng)用中獲得多項重大成果。運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.冶金物理化學的發(fā)展 2.1 國內(nèi)鄒元爔 （中科院

8、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渣系的活度我國冶金物理化學活度理論研究的先驅(qū)，將冶金物理化學對象從鋼鐵冶金、有色冶金延伸到高純金屬和半導體材料冶金； 2.冶金物理化學的發(fā)展 2.1 國內(nèi)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理論。 1947年與J.Chipman共同發(fā)表H2-H2O混合氣體與Fe液中Cr的平衡2.冶金物理化學的發(fā)展 2.1 國內(nèi)周國治,中國科學院院士，用Gibbs-Duhem方程計算熔體熱力學性質(zhì)；2.冶金物理化學的發(fā)展 2.1 國內(nèi)王之昌，東北大學教授.主要學術(shù)研究：（一）溶液

9、理論和熱力學：首次揭示各類實際多元系的簡單共性，創(chuàng)立了偏簡單溶液理論、類理想溶液模型和類稀溶液模型。（二）聚合物前驅(qū)體陶瓷化學：設(shè)計并合成一組新的聚硼硅胺前驅(qū)體及其Si-B-C-N材料。（三）稀土化學：在國際上首次系統(tǒng)報道稀土氣態(tài)配合物（從鈧至镥）的性質(zhì)規(guī)律。曾獲得中國科學院重大科技成果一等獎和國家教委科技進步（甲類）二等獎等學術(shù)獎勵。2.冶金物理化學的發(fā)展 第二章 溶液熱力學冶金過程涉及多種溶液：高溫冶金過程在熔融的反應(yīng)介質(zhì)中進行， 如煉鋼、鋁電解、粗銅的火法精煉等 ； 產(chǎn)物或中間產(chǎn)品為熔融狀態(tài)物質(zhì)，如高爐煉鐵、硫化銅精礦的造锍熔煉等；溶液熱力學溶液組成表示方法：物質(zhì)的量濃度：molm-3；

10、 質(zhì)量摩爾濃度：molkg-1；摩爾分數(shù)：； 質(zhì)量分數(shù)：；質(zhì)量濃度；kgm-3。溶液熱力學容量性質(zhì)與強度性質(zhì)1 物理化學基礎(chǔ) 容量性質(zhì)：一、偏摩爾性質(zhì) 當組元i的物質(zhì)的量發(fā)生變化時，Y的變化：容量性質(zhì)有相應(yīng)公式：偏摩爾自由能 偏摩爾自由熵 偏摩爾自由焓 1 物理化學基礎(chǔ)一、偏摩爾性質(zhì) 注意： （1）只有容量性質(zhì)才有YI； （2）下腳標：恒T、P； （3）強度性質(zhì)； （4）凡是對純物質(zhì)適用的公式，對YI也適用。G=H-TSGi=Hi-TSidG=-SdT+VdPdGi=-SidT+VidP （5）最重要：Gi （化學勢）。1 物理化學基礎(chǔ)二、集合公式和G-D公式集合公式： 對1摩爾溶液： G-D

11、公式：恒T，P下， 對式 積分可得： 將集合公式微分： 1 物理化學基礎(chǔ)1 物理化學基礎(chǔ)定義:定溫定壓下，稀溶液中溶劑的蒸氣壓等于 純?nèi)軇┑恼魵鈮号c摩爾分數(shù)的乘積。 a、拉烏爾定律（Raoults law）定義:稀溶液中，揮發(fā)性溶質(zhì)的平衡分壓與其在 溶液中的摩爾分數(shù)成正比。 b、亨利定律（Henrys law）K:比例系數(shù)。與溶質(zhì)、溶劑性質(zhì)有關(guān)。三、基本定律1 物理化學基礎(chǔ)定義:一定溫度下，氣體在金屬中溶解達平衡，該氣體 分壓的平方根與其質(zhì)量分數(shù)表示的溶解度成正比。C、西華特定律（Sieverts law）適用于溶解在金屬中離解為原子的情況；K為平衡常數(shù)，隨溫度變化。三、基本定律1 物理化學基

12、礎(chǔ)1定義:在一定溫度和壓力下，溶液中任一組分在全部 濃度范圍內(nèi)都服從raoults law。a、理想溶液（Ideal solution）四、溶液類型2定義I：I=I*+RTlnxI 3特征： 4冶金中遇到的理想溶液 （1）Fe54和Fe56，F(xiàn)e54O和Fe56O； （2）Au-Pt，Pb-Sn，Au-Ag等，F(xiàn)eO-MnO， FeO-MgO，MgO-NiO等； （3）AgCl-PbCl2，PbCl2-LiCl，AgBr-KBr。1 物理化學基礎(chǔ)b、稀溶液（Weak solution）四、溶液類型1特征：溶劑化學勢 組元B（溶質(zhì)）的標志化學勢。濃度異，表達式異。 2稀溶液的s-l平衡（凝固點下

13、降） 凝固點：平衡Tm，由相圖析出固相 ，飽和溶解度 （1）壓力對飽和溶解度的影響：以 為例 發(fā)生可逆變化： (A)1 物理化學基礎(chǔ)所以， (B)所以，（B）式變?yōu)椋?則 而 較小 1 物理化學基礎(chǔ)（2）溫度對溶解度的影響 恒P，（A）式變?yōu)?所以， 式中，Hm1mol組元A在溫度T的熔化熱。若CP=0，則 1 物理化學基礎(chǔ)（3）稀溶液凝固點下降及其應(yīng)用：分兩種情況 （）析出固相純A*（s）： 所以， xA較小，則 ，而稀溶液 TmT，所以 1 物理化學基礎(chǔ)（）析出固熔體（b）、（c）圖中l(wèi)） 恒P、T發(fā)生微小變化， 即 s、l均 所以， 移項得： 1 物理化學基礎(chǔ)若 , 與（1）思路同，可得

14、 （）應(yīng)用估算合金鋼的凝固點 對于合金鋼和碳素鋼中的元素，由于含量低，所以可近似按稀溶液處理。 當%B0或MAMB時 1 物理化學基礎(chǔ)式中%B溶質(zhì)含量，MA、MB分別為溶劑、溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。 對于鐵基溶液， 純鐵 Tm=1809K，fusH*Fe=15480Jmol-1，式（1-16）及相關(guān)數(shù)據(jù)代入（1-13）式中，Chipman得到如下是： （1-16）式中， 每1%合金元素降低鋼液凝固點的估算公式為： MB合金元素的摩爾質(zhì)量 （1-17）1 物理化學基礎(chǔ) Chipman根據(jù)k值，計算出一些元素每加入1%降低鐵的凝固點數(shù)值。故，各種碳素鋼、合金鋼的凝固點近似估算公式為： 式中，TB每1%B元

15、素使Fe凝固點下降的數(shù)值； %B合金元素B的質(zhì)量百分數(shù)濃度。 表1.1 各種合金元素的TB 合金元素BWAlBCCoCrCuMnChipman1.05.110090.01.71.8 2.61.7新參考數(shù)值 0.5 2.710.28.21.71.54.53.8合金元素BMoNiPSSiTi VChipman1.52.928.040.06.217.01.3新參考數(shù)值1.7 3.646.155.613.613.92.11 物理化學基礎(chǔ) 這里的差別主要取決于、l兩相%B、%Bl；再者（1-17）中不是1000，而是981.5 例：求1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的凝固點。解：這類鋼成分0.01%C,

16、 18%Cr, 9%Ni,0.8%Ti 依Chipman數(shù)據(jù), Tm=1809-1.818+900.01+2.99+170.8=1736K 依新參數(shù) Tm=1809-1.518+820.01+3.69+13.90.8=1738K 兩者差別不大，但有的元素（P、S、Si）兩種數(shù)據(jù)相差較遠。 1 物理化學基礎(chǔ)第二章 溶液2. 實際溶液一、實際溶液一、實際溶液一、實際溶液一、實際溶液一、實際溶液二、活度的標準態(tài)二、活度的標準態(tài)二、活度的標準態(tài)二、活度的標準態(tài)二、活度的標準態(tài)二、活度的標準態(tài)二、活度的標準態(tài)二、活度的標準態(tài)二、活度的標準態(tài)二、活度的標準態(tài)二、活度的標準態(tài)二、活度的標準態(tài)三種標準態(tài)的活度

17、值的比較（一）二、活度的標準態(tài)三種標準態(tài)的活度值的比較（二）01 二、活度的標準態(tài)64 標準態(tài)：純物質(zhì)，拉烏爾定律基準。濃度表示方法活度活度系數(shù)實際溶液的三種范圍的活度及活度系數(shù)xi 0 xi 10 xi 1實際溶液的三種范圍的活度及活度系數(shù)（一）二、活度的標準態(tài) 標準態(tài)：假想純物質(zhì)，亨利定律基準。濃度表示方法活度活度系數(shù)實際溶液的三種范圍的活度及活度系數(shù)xi 0 xi 10 xi 1實際溶液的三種范圍的活度及活度系數(shù)（二）二、活度的標準態(tài)實際溶液的三種范圍的活度及活度系數(shù)（三） 標準態(tài)：質(zhì)量1%溶液，亨利定律基準。濃度表示方法活度活度系數(shù)實際溶液的三種范圍的活度及活度系數(shù)xi 0 xi 10

18、 xi 0時， x2=0.5處有極大值；物理意義：0，吸熱，x2=0.5處有極大值，對id正偏差。0時， x2=0.5處有極小值；0 逆反應(yīng)方向自發(fā) G=0 反應(yīng)平衡 G0 逆反應(yīng)方向自發(fā)； G=0 反應(yīng)平衡； G0 正反應(yīng)方向自發(fā)。1. 化學反應(yīng)方向判斷3.4 等溫方程式的應(yīng)用2. 確定反應(yīng)條件（氣氛、溫度、反應(yīng)器）3.4 等溫方程式的應(yīng)用2. 確定反應(yīng)條件（氣氛、溫度、反應(yīng)器）3.4 等溫方程式的應(yīng)用2. 確定反應(yīng)條件（氣氛、溫度、反應(yīng)器）3.4 等溫方程式的應(yīng)用2. 確定反應(yīng)條件（氣氛、溫度、反應(yīng)器）3.4 等溫方程式的應(yīng)用真空熔煉：分析氧化物在真空中的穩(wěn)定性。MgO坩堝 剛玉坩堝 3.

19、 復雜體系熱力學分析3.4 等溫方程式的應(yīng)用（1）確定化合物穩(wěn)定性 單種化合物： A將A與環(huán)境氣氛構(gòu)成化學反應(yīng)：ABC 通過反應(yīng)的G判斷穩(wěn)定性。 注意：環(huán)境氣氛的影響。 3. 復雜體系熱力學分析3.4 等溫方程式的應(yīng)用（1）確定化合物穩(wěn)定性Ag2CO3（s）Ag2O（s）CO2（g）110，空氣氣氛： G14824 J/molpCO2=0.028%p，G11.23kJ/mol 若使其穩(wěn)定存在，則需改變 ？ pCO2/p0.0095，G03. 復雜體系熱力學分析3.4 等溫方程式的應(yīng)用（1）確定化合物穩(wěn)定性 兩種化合物的穩(wěn)定性： A，B構(gòu)建化學反應(yīng)：A+CB 通過反應(yīng)的G判斷穩(wěn)定性。 注意：限制

20、條件。 3. 復雜體系熱力學分析3.4 等溫方程式的應(yīng)用（1）確定化合物穩(wěn)定性原則：統(tǒng)一標準，使參加生成反應(yīng)的某元素摩爾數(shù)相等。 通過生成反應(yīng)的G判斷穩(wěn)定性。 Ti(s)O2（g）TiO2（s） （1）Mn1/2O2（g）MnO（s） （2）不僅適用于氧化物，還適用于碳、硫、氯、氮等化合物。3. 復雜體系熱力學分析3.4 等溫方程式的應(yīng)用（1）確定化合物穩(wěn)定性 通過分解反應(yīng)的G（或分解壓）判斷穩(wěn)定性。 在一定的溫度下，化合物的生成分解反應(yīng)達到平衡時產(chǎn)生的氣體的分壓。 分解壓數(shù)值：2Me(s) + O2 = 2MeO(s)分解壓與溫度關(guān)系【例題】3.4 等溫方程式的應(yīng)用在一般冶煉溫度（87318

21、73K），除Ag2O、Hg2O 等分解壓可達到大氣壓力，絕大多數(shù)氧化物的分解壓都很低。某些金屬氧化物的分解壓與溫度的關(guān)系 3.4 等溫方程式的應(yīng)用3. 復雜體系熱力學分析3.4 等溫方程式的應(yīng)用（1）確定化合物穩(wěn)定性平衡時：氣相中氧的化學勢 ？ 通過化學勢判斷穩(wěn)定性。 2Me(s) + O2 = 2MeO(s)氧勢一定溫度下，氧化物的氧勢就一定。因此可用于比較化合物穩(wěn)定性。氧勢圖用途：比較穩(wěn)定性；判斷T反應(yīng)開始；判斷分解壓T;擴展標尺。注意：標準狀態(tài)。 OC氧化生成CO反應(yīng)的fG*T 線的斜率為負。C氧化生成CO2反應(yīng)的fG*T 線的斜率約為0。CO氧化生成CO2反應(yīng)的fG*T 線的斜率為正。

22、特點對于反應(yīng) 2H2 + O2 2H2O，fG*T 線的斜率為正，但較一般金屬氧化物的fG* T 線的斜率為小。 H2 -H2O線與反應(yīng) 2COO22CO2 的fG*-T線相交于1083K（810）。高于810，H2的還原能力強于CO。CO-CO2、H2-H2O反應(yīng)的fG*-T 直線位置較高，CO、H2只能用來還原位置比其更高的氧化物。 在標準狀態(tài)下，如Cu2O、PbO、NiO、CoO、Fe2O3、Fe3O4、FeO、SnO2等。 2C+O2 = 2CO反應(yīng)的fG*-T 直線斜率為負，升高溫度時可用C作還原劑還原更多的氧化物，如： 1300K以下 可還原NiO、CaO、Cu2O、PbO、FeO

23、等 13001800KMnO、Cr2O3、ZnO等； 18002300KTiO2、VO、SiO2等； 2300 K以上CaO、MgO、Al2O3等。3.4 等溫方程式的應(yīng)用氧勢圖3. 復雜體系熱力學分析3.4 等溫方程式的應(yīng)用（1）確定化合物穩(wěn)定性 同種氧化物不同價態(tài)化合物的穩(wěn)定性。 2V(s) + O2 = 2VO(s) (1)4/3V(s) + O2 = 2/3V2O3(s) (2)V(s) + 1/2O2 = VO(s) (1)V(s) + 3/4O2 = 1/2V2O3(s) (2)3. 復雜體系熱力學分析3.4 等溫方程式的應(yīng)用（1）確定化合物穩(wěn)定性2V(s) + O2 = 2VO(

24、s) (1)4/3V(s) + O2 = 2/3V2O3(s) (2)整理：2/3V2O3(s)2/3V(s) = 2VO(s) (3)注意：有V存在時，VO更穩(wěn)定。 2000K時，G44.0kJ/mol3. 復雜體系熱力學分析3.4 等溫方程式的應(yīng)用（1）確定化合物穩(wěn)定性V(s) + 1/2O2 = VO(s) (1)V(s) + 3/4O2 = 1/2V2O3(s) (2)整理：VO(s) +1/4O2(g) = 1/2V2O3(s) 注意：有O存在時，誰更穩(wěn)定與氧分壓高低有關(guān)。平衡時：3. 復雜體系熱力學分析3.4 等溫方程式的應(yīng)用（2）多相化學反應(yīng)的平衡V2O3(s)3C（S） 2V(

25、s) +3CO(g)結(jié)論：在高于1842K條件下，即可還原得到V。計算G0, 吸熱反應(yīng) K；若KJ時，G0。H0, 放熱反應(yīng) K；若K0。2.改變壓力3.5 平衡移動原理的應(yīng)用對增容反應(yīng)，減少體系壓力對正向有利；對減容反應(yīng)，增加體系壓力對正向有利。對有非凝聚態(tài)物質(zhì)存在的反應(yīng)：3.改變活度3.5 平衡移動原理的應(yīng)用影響活度的因素：對凝聚態(tài)物質(zhì)：溫度，壓力1.蒸氣壓法3.6 活度的實驗測定Cd-Sn合金中Cd的分壓（682） 1.蒸氣壓法3.6 活度的實驗測定2.化學平衡法3.6 活度的實驗測定C+CO2(g)=2CO(g)Si+2O=（SiO2） 1直接法 2.化學平衡法3.6 活度的實驗測定S

26、+H2(g)=H2S(g)2間接法 3.分配平衡法3.6 活度的實驗測定一定溫度下，溶質(zhì)i能溶于互不相溶的A、B兩相并達平衡，若標態(tài)選擇相同：若標態(tài)選擇不同：分配常數(shù)：4.電動勢法3.6 活度的實驗測定將待測組元參加的反應(yīng)構(gòu)成原電池或濃差電池：(Pt)Pb(l)|PbO-SiO2|O2(100kPa),(Pt)Pt(l)+1/2O2=(PbO)(Pt)Pb(l)|PbO(l)|O2(100kpa),(Pt)1.化學平衡法3.6G的實驗測定測不同T時的K，回歸: （1）直接法例：Si（s）+SiO2（s）=2SiO（g）測得不同溫度下的pSiO（Pa） A和B是待定常數(shù)，由不同溫度下的pSiO回

27、歸求得：1.化學平衡法3.6 G的實驗測定（2）間接法前：Si（s）+SiO2（s）=2SiO（g） (3)由式3、2可得1，可根據(jù)G3、G2求G1 Si（s）+1/2O2= SiO（g） (1) 反應(yīng)難控制，難免產(chǎn)生SiO2Si（s）+O2（g）=SiO2（s） (2)1.化學平衡法3.6 G的實驗測定（2）間接法直接測量困難。 1000K，平衡 FeO（s）+CO（g）=Fe（s）+CO2（g） (2) CO（g）+1/2O2 （g） =CO2（g） (3) 由2、3式可求得 1式：Fe（s）+1/2O2=FeO（s） (1)采用CO2CO或H2OH2平衡（定組成氣體）來實現(xiàn)。2.電化學法

28、3.6 G的實驗測定(Pt)，Pb(l) |PbO(l)| O2(P)，(Pt)Pb(l)+1/2O2=PbO(l)將化學反應(yīng)設(shè)計成原電池，參加反應(yīng)的物質(zhì)處標準狀態(tài)：3.6 G的實驗測定（Pt）Fe,FeO(s)|ZrO2+CaO|Ni,NiO(s)(Pt) 正極 NiONi+O2- 負極 O2-+FeFeO+2e2.電化學法電池反應(yīng) NiO（s）+Fe（s）Ni（s）+FeO（s）測FeO的標準生成吉布斯自由能3.6 G的實驗測定(Pt)Fe,TiO2,FeOTiO2(s)|ZrO2+CaO|Ni,NiO(s)(Pt) 參比極()：NiO+2eNi+O2- 待測極()：O2-+Fe+TiO2

29、FeOTiO2 +2e 電池反應(yīng)：NiO2+ Fe+TiO2Ni+FeOTiO2 2.電化學法3.6 G的實驗測定FeO (s) +TiO = FeOTiO2 (s)Fe(s)+1/2O2+TiO2 (s) = FeOTiO2 (s)Fe (s) + Ti (s)+3/2O2 = FeOTiO2 (s)2.電化學法注意：此處求得的 對應(yīng)下面哪個反應(yīng)？一、 基本概念 1 相圖基礎(chǔ)相圖：相平衡體系的幾何圖示。描述多相體系中相狀態(tài)與T、P、x等的關(guān)系。凝聚系：沒有或不考慮氣相的體系。自由度：在一定范圍內(nèi)可以任意獨立改變而不致發(fā)生相變化的變數(shù)（如溫度、壓力和濃度等）的個數(shù)。第四章 相圖 一、 基本概念

30、 1 相圖基礎(chǔ)相律：多相體系平衡的基本規(guī)律。說明平衡體系中相數(shù)、獨立組元數(shù)與自由度的關(guān)系?？紤]到溫度、壓力兩個變數(shù)時：f=K+2f：自由度； K：獨立組元數(shù)； ：相數(shù)對有其他影響因素的平衡體系，如磁場、電場等：為：f= K+n對于凝聚系，可以不考慮體系壓力：為：f= K+1一、 基本概念 1 相圖基礎(chǔ)實例：FeO-Fe-O2系 當FeO、Fe是固態(tài)時，體系有3相，有一個氧化反應(yīng)：Fe+1/2O2=FeO， K=3-1=2，自由度 f=2-3+2=1。分解壓是溫度的函數(shù)。 對于鐵液中的FeO、Fe，相數(shù)為2，自由度f=2-2+2=2， 影響氧分壓的除了溫度，還有鐵液中FeO的活度。二、 二元相圖

31、 1 相圖基礎(chǔ)2. 基本類型AA+BBLA+LB+L1.簡單共晶型AA+AmBnLA+LB+L2.具有穩(wěn)定化合物AmBn+BBAmBn（AmBn+L）二、 二元相圖 1 相圖基礎(chǔ)2. 基本類型AA+AmBnLA+LB+L3.具有不穩(wěn)定化合物AmBn+BBAmBn（AmBn+L）LA+LB+LA+AmBnAmBn+BA+B4.固相分解化合物型BA二、 二元相圖 1 相圖基礎(chǔ)2. 基本類型LA+LB+LA+ B5.固相晶形轉(zhuǎn)變BAA+ BLA+LB+LA+ L26.液相分層BAA+ BL1+L2二、 二元相圖 1 相圖基礎(chǔ)2. 基本類型7.連續(xù)固溶體型LABsL+s8.連續(xù)固溶體型LABsL+sL

32、ABsL+s二、 二元相圖 1 相圖基礎(chǔ)2. 基本類型AAs+BsBLAs+LBs+L9. 有限固溶體型 具有最低共熔點BsAsAB10. 有限固溶體型 具有轉(zhuǎn)熔點+L+L+L二、 二元相圖 1 相圖基礎(chǔ)3. 相變反應(yīng)類型分解型共晶反應(yīng)L S1+S2 共析反應(yīng)S S1+S2 偏晶反應(yīng)L1 L2+S 熔晶反應(yīng)S1L+S2 二、 二元相圖 1 相圖基礎(chǔ)4. 相變反應(yīng)類型合成型包晶反應(yīng)L+ S1 S2 包析反應(yīng) S1+S2 S3 固相合成 A+B Am B n 合晶反應(yīng)L1+L2S 二、 二元相圖 1 相圖基礎(chǔ)5. 相圖基本原則(1). 相區(qū)鄰接原則： 只有相數(shù)相差為1的相區(qū)方可直接毗鄰。R1R-D

33、-D+0L+A+BL+B(2). 相界線構(gòu)筑規(guī)則： 單相區(qū)與兩相區(qū)鄰接的界限延長線必進入兩相區(qū)。 即：單相區(qū)兩邊界線夾角小于180。三元系：單相區(qū)與兩相區(qū)鄰接的界限延長線必進入兩個兩相區(qū)，或同時進入三相區(qū)。 2 鐵氧二元相圖一、讀圖（點、線、面的物理意義）FeO二元相圖是分析鐵的氧化、鐵氧化物還原與分解的基礎(chǔ)特殊線單相區(qū) 2 鐵氧二元相圖浮士體：溶解O的FeO相不同溫度下含氧量不同不存在化學計量的FeO表示FexO，xK、T10%當熔渣（wSiO2）為10%30%，考慮對完全離子溶液的偏差：活度與離子活度（1）電當量分數(shù)：一個n價正離子應(yīng)相當于n個一價正離子。三、 熔渣模型 1 熔渣理論及模型

34、2 Flood模型針對完全離子溶液模型的修正。AX-BX2熔體中：電當量分數(shù)通式：（2）離子反應(yīng)的平衡商 異號離子間反應(yīng)相互干擾，對反應(yīng)有影響；且各自影響程度不同。例，鋼液的脫硫反應(yīng)：S+（O2-）=（S2-）+O （1）渣中有Ca2+、 Fe2+、 Mn2+、 Mg2+。僅考慮Ca2+、 Fe2+，則可寫成：三、 熔渣模型 1 熔渣理論及模型2 Flood模型三、 熔渣模型 1 熔渣理論及模型2 Flood模型對G亦有類似的等式：一般情況下，lnf（）很小，可忽略，故得：（1）依有關(guān)離子反應(yīng)的平衡實驗，以lnKxi作圖， xi1（xj 0）（2）由已知數(shù)據(jù)（含離子i化合物單獨參加反應(yīng)的Gi）

35、， Gi=-RTlnKi，若兩者相差不大，表明處理得當。若相差大，說明不可略，用平衡商處理則誤差大。 反應(yīng)中的O2-分別由(CaO)、(FeO)、( MnO)、( MgO)、( Na2O)提供，例如Ward等對含Ca2+、 Fe2+、 Mn2+、 Mg2+、 Na+的渣與鐵中S 反應(yīng) S+（O2-）= （S2-） +O，由定義三、 熔渣模型 1 熔渣理論及模型2 Flood模型根據(jù)S在渣金間的平衡實驗，用logK對xi作圖，外推 至xi1logK= logKi，對logKi進行修正，如logKFe由-1.60 -1.90。三、 熔渣模型 1 熔渣理論及模型三、 熔渣模型 1 熔渣理論及模型3

36、正規(guī)溶液模型 假設(shè)：（1）氧化物離解為Si2+、Ca2+、O2-等離子；（2）正離子在負離子間隙無規(guī)則分布，作用能不等。 適用于高堿度氧化渣，處理鋼液與渣中S、P分配； 不涉及SixOy的結(jié)構(gòu)問題。三、 熔渣模型 1 熔渣理論及模型4 Masson模型 結(jié)構(gòu)相關(guān)模型：（1）MOM2+O2-，SiO2+O2-SiO42-聚合；（2）所有硅氧離子聚合反應(yīng)的K相等；（3）熔體為理想溶液。（正離子、負離子理想溶液）aMO的計算公式： 適用于二元渣系硅酸鹽內(nèi)aMeO的計算。冶金物理化學第五章 熔渣 2 熔渣物理化學性質(zhì)東北大學材料與冶金學院Molten Slag冶金物理化學熔渣中： CaO、MnO、Fe

37、O、MgO、CaF2、Fe2O3、A12O3、TiO2、SiO2、P2O5 堿性增強中性（兩性）酸性增強 氧化物堿性或酸性強弱的次序?qū)τ谕环N金屬，通常其高價氧化物顯酸性或兩性，而其低價氧化物顯堿性。如Fe、V等。一、 熔渣堿度（酸度） 2熔渣物理化學性質(zhì) 堿性氧化物：能供給氧離子O2的氧化物如：CaO、MnO、FeO、MgO、Na2O、TiO等， CaO Ca2+ + O2 酸性氧化物：能吸收O2而形成復合陰離子的氧化物 如：SiO2、P2O5、 V2O5等， SiO2 + 2O2 = SiO42 兩性氧化物：在強酸性渣中可供給O2而呈堿性，而在強堿性 渣中會吸收O2形成復合陰離子而呈酸性的

38、氧化物 如： Al2O3、Fe2O3、Cr2O3、ZnO等， Al2O3 2Al3+ + 3O2Al2O3 + O2 = 2AlO2氧化物的分類：根據(jù)氧化物對O2 離子的行為 一、 熔渣堿度（酸度） 2熔渣物理化學性質(zhì)冶金中常用的堿度表示方法 （1）質(zhì)量百分比：（2）用xi表示：（3）光學堿度：測O2-活度。離子理論把渣中aO2-的大小作為判斷熔渣酸堿性強弱的標準， 而渣中aO2- 大小由渣中存在的正離子靜電勢大小決定。一、 熔渣堿度（酸度） 2熔渣物理化學性質(zhì)堿性氧化物向渣中提供O2，酸性氧化物吸收渣中的自由O2。 堿性氧化物提高a(O2)，酸性氧化物降低a(O2) 。 在離子理論中，aO2

39、 大小作為熔渣酸堿性的量度。 aO2越大，則熔渣的堿度越大；反之，熔渣酸度越大。 與熔渣結(jié)構(gòu)理論的關(guān)系 2熔渣物理化學性質(zhì)一、 熔渣堿度（酸度）熔渣aO2 值的大小不表示該渣氧化性的強弱。 與熔渣中各種氧化物的數(shù)量及種類有關(guān)，而熔渣的氧化性只與其中能提供氧的組分（如煉鋼渣中的FeO，銅氧化精煉渣中的Cu2O等）的含量有關(guān)。【例題】某鉛鼓風爐熔煉的爐渣成分為（質(zhì)量百分數(shù)）：SiO236%、CaO10%、FeO40%、ZnO8%。試計算此爐渣的酸度。 2熔渣物理化學性質(zhì)一、 熔渣堿度（酸度）【解】此爐渣中的酸性氧化物為SiO2，堿性氧化物為CaO和FeO，ZnO在SiO2含量高的渣中可視為堿性氧化

40、物。故此爐渣的酸度為： 該爐渣為？性渣。 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性熔渣的氧化性熔渣向金屬液供氧的能力。 按離子理論，氧由渣金屬轉(zhuǎn)移：1.氧化渣與還原渣氧化渣向金屬液輸送氧； (使金屬液被氧飽和，或使金屬液中的雜質(zhì)氧化。) 還原渣從金屬液中吸收氧； （使金屬液脫氧的渣。 ） 熔渣的供氧能力或吸收氧的能力取決于熔渣中與金屬液中氧勢的相對大小。 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性2.氧化性的表示方法與渣的組成和溫度有關(guān)，用渣中能提供氧的組分的含量進行表征。 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性2.氧化性的表示方法氧的轉(zhuǎn)移（MO） M+O 一定溫度下，熔渣的氧化性由a(MeO)、aM決定

41、。熔渣的各種氧化物（如CaO、MgO、MnO、FeO等）中，F(xiàn)eO最不穩(wěn)定性，供氧可能性最大； 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性2.氧化性的表示方法氧的轉(zhuǎn)移（MO） M+O 一定溫度下，熔渣的氧化性由a(MeO)、aM決定。由于a(Mg)、a(Mn)等在鋼液中不恒定，而a(Fe)恒定，因此：鋼鐵冶金中，用渣中FeO的活度a(FeO)表示熔渣的氧化性。注意：a(FeO)、 a(O2-)不要混淆； 不能以a(O2-)的大小判定渣的氧化性。 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性2.氧化性的表示方法FeO的供氧過程 當以純鐵液為標準態(tài)時，aFe = 1；aO = WO/W： 氧在鐵液熔渣間的分配比

42、 當a(FeO)，渣氧化性增強，aO。 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性3.其它鐵氧化物的貢獻 （Fe2O3）（1）全鐵折合法Fe2O3 2FeOmol分數(shù)質(zhì)量分數(shù)（2）全氧折合法 Fe2O3 3FeOmol分數(shù)質(zhì)量分數(shù)渣金界面 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性3. a（FeO）的測定（1）渣氣平衡法（FeO）+CO（g）=Fe（s）+CO2（g） 僅適用于 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性3. a（FeO）的測定（2）渣鐵平衡法 （FeO）渣 含O鐵液 純FeO（l） 氧飽和鐵液（FeO）=Fe（l）+O 待測渣 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性3. a（FeO）的測定（2）

43、渣鐵平衡法 純FeO（l） 氧飽和鐵液FeO=Fe（l）+Osat 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性3. a（FeO）的測定（2）渣鐵平衡法方法1、直接實驗測定。方法2、日本學者盛利真利用Chipman經(jīng)驗公式（1943年）： 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性3. a（FeO）的測定（2）渣鐵平衡法方法3、近似計算1600鐵液中氧溶解度0.23%， 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性4. 其它氧化物活度的測定（1）SiO2 Chipman法，1954Si-Fe平衡，測CaO-SiO2二元系和CaO-SiO2-Al2O3三元系中aSiO2 （SiO2）+2C（石墨）=SiFe+2CO（

44、g） （1）精確度受他人工作限制；（2）僅適用于SiO2含量不太高的渣系。 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性4. 其它氧化物活度的測定（1）SiO2 Chipman法，當SiO2含量較高時，（SiO2）+2C（石墨）= SiFe+2CO（g） SiFe+C（石墨）= SiC（S）（SiO2）+3C（石墨）=SiC（S）+2CO（g） 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性4. 其它氧化物活度的測定（1）SiO2 鄒元燨法（SiO2）+2H2= SiCu+2H2O（g） 技巧：（1）溶劑選擇；（2）參考渣CaO-SiO2、CaO-SiO2-Al2O3中： 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性4

45、. 其它氧化物活度的測定（1）SiO2 鄒元燨法（SiO2）飽和+2H2= SiCu+2H2O（g） 技巧：（1）溶劑選擇；（2）參考渣CaO-SiO2、CaO-SiO2-Al2O3中： CaOSiO2A12O3系組分的等SiO2活度曲線（1600C） 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性4. 其它氧化物活度的測定（1）SiO2 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性4. 其它氧化物活度的測定（2）CaO平衡反應(yīng) （CaO）+C（石墨）=CaSn+CO（g） 參考渣 （CaO）飽和+C（石墨）=CaSn+CO（g） 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性4. 其它氧化物活度的測定（3）MnO在Fe

46、O-MnO二元渣系與鐵液間的分配平衡 （FeO）+Mn=Fe（l）+（MnO） （1）FeO-MnO構(gòu)成理想溶液；（2）MnFe服從亨利定律。 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性4. 其它氧化物活度的測定（4）P2O52P+5O+3(CaO) =(3CaOP2O5) 2P+5O+3(MnO)=(3MnOP2O5) 2P+5O+3(MgO)=(3MgOP2O5) 2P+5O+3(FeO) =(3FeOP2O5) 2P+5O =（P2O5） K 2熔渣物理化學性質(zhì)二、 熔渣的氧化性4. 其它氧化物活度的測定（4）P2O5K，K是與爐渣組成、溫度有關(guān)的量。經(jīng)驗公式： 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的

47、其它性質(zhì)1 密度 影響金屬與熔渣、熔锍與熔渣的分離，影響回收率。隨著溫度升高而減小。熔融的鐵及常見重有色金屬：711 103 kgm3熔渣：30004000 kgm3生產(chǎn)實踐中，金屬（或熔锍）與熔渣的密度差通常不應(yīng)低于1500 kgm3。 常見冶金熔體的密度：鐵液的密度與溫度的關(guān)系 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì) 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì)2 熔化溫度 在一定溫度范圍內(nèi)熔化，無確定熔點，冷卻曲線上無平臺。 熔化溫度：由其固態(tài)物質(zhì)均勻液態(tài)時的溫度。 凝固溫度：冷卻時，開始析出固相的溫度。 熔化溫度與熔體組成有關(guān)。 例如，鐵液中： 非金屬元素C、O、S、P等使能其熔化溫度顯著降

48、低，含1%C的鐵液的熔化溫度比純鐵熔點低90C； 由Mn、Cr、Ni、Co、Mo等金屬元素引起的鐵液熔化溫度的降低很小。 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì)CaO-MgO-SiO2熔化等溫線圖 2熔渣物理化學性質(zhì)層流體之間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力，阻止兩流體層的相對運動。內(nèi)摩擦力 F 的由牛頓粘性定律確定： 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì)3 粘度單位：Pas，泊(P)，厘泊(cP) 1Pas = 10P， 1P = 100cP 運動粘度（）： = / m2s1 或St（1m2s1 = 104St） 流體的流動性：運動粘度的倒數(shù) 。 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì)3 粘度 粘度隨著溫度

49、的升高而降低。 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì)3 粘度圖49 CaOA12O3SiO2系熔渣在1900C時的等粘度曲線（0.1Pas） 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì)3 粘度 熔體導電性能重要： 電弧爐煉鋼、電渣重熔 ，熔鹽電解 導電性的表示：電導率（）為電阻率（，單位m）的倒數(shù)： = 1/ 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì) 電導率金屬熔體：通常是電的良好導體。熔渣：電導率差別很大，取決于其中氧化物的結(jié)構(gòu)。熔鹽：離子熔體，通常具有良好的導電性能。熔锍：導電性能遠好于熔鹽和熔渣，但明顯低于金屬熔體。 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì) 表面張力與界面張力界面張力當兩種液

50、相或固相與液相直接接觸時，其相界面上的質(zhì)點間出現(xiàn)的張力。 表面張力凝聚相與氣相間的界面張力。實際熔渣表面張力的估算方法當由多種氧化物構(gòu)成熔渣時，熔渣的表面張力可利用加和性規(guī)則進行估算： = xi i (Nm1) 熔渣的表面張力； xi 第 i 種氧化物的摩爾分數(shù)； i i 物質(zhì)的表面張力因子。 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì) 表面張力與界面張力當達到平衡時，固相與熔體間的界面張力為： 12 固相與熔體間的界面張力；1 固相與氣相間的表面張力； 2 熔體與氣相間的表面張力； 接觸角或潤濕角。 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì) 表面張力與界面張力熔體熔體間的界面張力當達到平衡時， 2

51、熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì) 表面張力與界面張力圖 熔渣組成對鐵液熔渣間界面張力的影響 2熔渣物理化學性質(zhì)三、 熔渣的其它性質(zhì)冶金物理化學第五章 熔渣 5.3 脫硫熱力學東北大學材料與冶金學院Molten Slag冶金物理化學5.3 脫硫熱力學以往授課內(nèi)容的回顧1、溶液理論2、Gibbs自由能的計算3、相圖4、熔渣活度及活度系數(shù)化學反應(yīng)等溫方程式熔渣的結(jié)構(gòu)及有關(guān)模型、堿度、氧化性相圖的讀解5.3 脫硫熱力學5.3.1 硫?qū)︿撔阅苡绊懸粤蚧F的形式存在時，導致“熱脆現(xiàn)象” 以硫化物夾雜形式存在，降低鋼的延展性和韌性等力學性能A、害處利用熱脆現(xiàn)象，生產(chǎn)易切削鋼。B、益處 Fe-FeS相圖C

52、、相圖分析5.3 脫硫熱力學5.3.1 硫?qū)︿撔阅苡绊?(續(xù))C、相圖分析（續(xù)）軋制溫度熱脆現(xiàn)象FeFeS5.3 脫硫熱力學5.3.1 硫?qū)︿撔阅苡绊?續(xù)）不會出現(xiàn)熱脆現(xiàn)象C、相圖分析（續(xù)）5.3 脫硫熱力學5.3.1 硫?qū)︿撔阅苡绊?(續(xù))D、鋼鐵產(chǎn)品中含硫標準生鐵：合格品 ws /w0.07 一級品 ws /w0.03 鋼：根據(jù)鋼種不同，一般ws /w=0.0160.045 特殊材料電機及變壓器用的軟磁材料， ws /w 0.01 為提高鋼材力學性能，必須進一步脫硫生產(chǎn)純凈鋼5.3 脫硫熱力學脫硫方式的探討氣化脫硫渣化氣化脫硫：S SO2(g)制約條件： 高爐煉鐵流程中，燒結(jié)和高爐工藝可以

53、部分氣化脫硫 但實際上 1）燒結(jié)礦高堿度，難以氣化脫硫 2）環(huán)境保護，不允許氣化脫硫5.3.1 硫?qū)︿撔阅苡绊?(續(xù))渣化脫硫：S (CaS) or (CaSO4) 固化于渣中5.3 脫硫熱力學5.3.2 硫在爐渣中賦存形態(tài)熱力學估算(S2-) or (SO42-) ？（S2-）+2O2（g）（SO42-）（CaS）+2O2（g）(CaSO4）當 時， 5.3 脫硫熱力學5.3.2 硫在爐渣中賦存形態(tài) (續(xù))10-4, 以SO42-存在10-6，以S2-存在鋼鐵冶金中：煉鐵：電爐煉鋼還原期：硫在渣中主要以S2-形態(tài)存在5.3 脫硫熱力學5.3.3 脫硫熱力學S從鋼液中向渣中轉(zhuǎn)移過程： S +

54、2e =（S2-）(O2-) - 2e = OS + (O2-) = (S2-) + O A、熱力學分析5.3 脫硫熱力學5.3.3 脫硫熱力學 (續(xù))硫在渣-金間的分配比： 溫度鋼水成分堿度氧勢B、討論 氧勢（爐渣氧化性） aO，Ls 但注意：若FeO10mol， FeO，Ls（堿度）渣組成5.3 脫硫熱力學5.3.3 脫硫熱力學（續(xù)）鋼水成分 fS B、討論(續(xù)）溫度 渣成分a（CaO），aO2-，Ls但CaO過高，導致渣熔點上升惡化渣的流動性，Ls wj/wS+（CaO）（CaS）+O屬于吸熱反應(yīng):T ，K，Ls5.3 脫硫熱力學5.3.3 脫硫熱力學（續(xù)）C、脫硫的最佳熱力學條件：高溫

55、高堿度低氧勢（還原氣氛）鐵（鋼）水成分合適高硫容渣5.3 脫硫熱力學B 、提高渣脫硫能力根據(jù)熱力學分析5.3.4 關(guān)于脫硫的幾個問題A 、脫硫方式氣化脫硫渣化 高溫高堿度低氧勢（還原氣氛）鐵（鋼）水成分合適渣量5.3 脫硫熱力學C 、脫硫劑( I ) CaO (生石灰)CaO（s）+ S = (CaS)（s）+ O，T=1673K， K0.013當 wo /w0.001， 平衡時ws /w0.07555.3.4 關(guān)于脫硫的幾個問題（續(xù)）05.3 脫硫熱力學5.3.4關(guān)于脫硫的幾個問題（續(xù)）C 、脫硫劑 (Desulphurizing agent)( I ) CaO (生石灰)CaO（s）+ S

56、 = (CaS)（s）+ O，T=1673K， K0.013wo /w0.001, wsi /w0.5, wc /w1.0, 平衡 ws /w0.0165wo /w0.001, wsi /w0.5, wc /w4.9, 平衡 ws /w0.000105.3 脫硫熱力學5.3.4關(guān)于脫硫的幾個問題（續(xù)）C 、脫硫劑 (Desulphurizing agent)( II ) CaC2 (電石)CaC2+ S = (CaS)（s）+ 2CT=1673K，若： wc /w4.9 wsi /w0.5 wo /w0.001平衡時ws /w0.0085.3 脫硫熱力學5.3.4關(guān)于脫硫的幾個問題（續(xù)）C 、

57、脫硫劑 (Desulphurizing agent)( III ) Na2CO3Na2CO3（s）+ S +2C = (Na2S)（s）+3CO(g)生成的Na在空氣進一步燃燒，產(chǎn)生大量的煙霧加入4-6kg/t， ws /w0.1 ws /w0.008Na2S （s）+3/2 O2 = Na2O + SO2(g)Na2O+ C = 2Na2（g）+CO(g)5.3 脫硫熱力學5.3.5 小結(jié)1）為什么脫硫？2）硫在渣中賦存形態(tài)3）脫硫熱力學4）常用脫硫劑簡介脫硫的最佳條件鐵水成分對脫硫的影響（fS)思 考 題：高爐煉鐵和轉(zhuǎn)爐煉鋼那種工藝更適合 于鐵水脫硫？課外作業(yè)：熔渣第6題, 第7題高溫高堿

58、度低氧勢5.4 脫磷熱力學5.4.1 磷對鋼性能影響降低鋼的塑性和韌性，鋼在冷壓力加工時易脆裂。 （冷脆性）鋼中磷的質(zhì)量分數(shù)超過0.1時就更顯著。B、害處能顯著提高鋼的硬度和強度A、益處1938年3月，15，比利時的一座鋼鐵大橋垮塌。1954年冬，三萬噸級的油輪“世界協(xié)和號”在愛爾蘭附近突然 斷裂、沉沒。C、鋼鐵產(chǎn)品中含磷標準生鐵：合格品 wp /w0.11% 鋼：根據(jù)鋼種不同，一般wp /w10-1210-13Pa，(PO43-) 若PO210-1210-13Pa，(P3-)5.4 脫磷熱力學5.4.4 磷酸鹽容量與磷化物容量（i）煉鋼條件氧勢下 1/2P2（g）+3/2O2-+5/4O2（

59、g）=（PO43-）（1） 5.4 脫磷熱力學5.4.4 磷酸鹽容量與磷化物容量（ii ）還原氣氛下 1/2P2（g）+3/2O2-=（P3-） +3/4O2（g） （2 ）5.4 脫磷熱力學5.4.4 磷酸鹽容量與磷化物容量（iii）分配系數(shù) (P3-) or (PO43-)（3）有色金屬元素共64種，傳統(tǒng)上分：輕金屬：堿金屬、堿土金屬、鋁、鈦； 重金屬：銅、鉛、鋅、鈷、鎳、汞、錫、銻、鎘；貴金屬：金、銀、鋨、銥、鉑、釕、銠、鈀；其余可全部化為稀有金屬和稀散金屬； 冶煉方法多種多樣，大體分為： 火法熔煉-重金屬； 融鹽電解輕金屬、輕稀土； 水溶液電解-重金屬、貴金屬； 分別介紹以上方法的熱力

60、學：（1）稀土金屬17個：La系14個Sc、Y 、 La；（2）稀散金屬7個：Ga、In、TI、Ge、Se、Te、Re；（3）高熔點金屬6個：Zr、Hf、Nb、Ta、 Mo、W；第六章熔锍1 金屬硫化物的熱力學大多數(shù)有色金屬礦以硫化物形態(tài)存在于自然界中，如Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Hg、Mo，稀散金屬In、Ge、Ga、TI（與鉛鋅硫化物共存），鉑族金屬（常與Co、Ni共存）。硫化物多為共生礦、復合礦（地殼在冷卻過程中形成）。 硫化物不能用C直接還原，必須根據(jù)硫化物礦的物質(zhì)化學性質(zhì)及成分來選擇冶煉方法?？紤]到硫本身的發(fā)熱量高，可以解決冶煉過程的能耗，硫化物礦多采用高溫下的化學反應(yīng)。 采用高溫