冶金物理化學(xué).ppt

1、冶金物理化學(xué)，參考書，楊連科，冶金熱力學(xué)和力學(xué)，東北工程大學(xué)出版社，1989黃熙厚，鋼鐵冶金原理(修訂版)，冶金工業(yè)出版社，1990富忠說，有色冶金原理(修訂版)，冶金工業(yè)出版社，1993次陰影1993基于本課程角色和主要內(nèi)容，1.1狀態(tài)冶金門平臺課程之一普通化學(xué)、高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)等。比物理化學(xué)更接近實際應(yīng)用。目的：為專業(yè)課和今后的發(fā)展做理論準(zhǔn)備。1 .本課程角色及主要內(nèi)容，畫法冶金特征：1高3多，1。將本課程作用及主要內(nèi)容、1.2作用物理化學(xué)基本原理和實驗方法應(yīng)用于冶金課程，明確冶金過程中的物理化學(xué)規(guī)律，為控制和加強冶金過程提供了理論依據(jù)。選擇適當(dāng)?shù)囊睙挆l件(溫度、氣氛)，以消除特定的元素

2、(溫度、氣氛)，保持特定的元素。例如煉鋼工藝。這些問題將在這個課程下解決。1 .本課程作用及主要內(nèi)容，注意：由于高溫的特性，宏觀測量困難，微觀更困難，有時只能使用常溫數(shù)據(jù)外推，誤差很大。本學(xué)科還在不斷完善發(fā)展中。要學(xué)習(xí)靈活的應(yīng)用，根據(jù)物化理論做出有利的反應(yīng)，創(chuàng)造條件，抑制不利的反應(yīng)，提出合理的工藝過程。1 .本課程作用和主要內(nèi)容，1.3冶金案例1.3.1高爐煉鐵(A)爐頂煤氣成分：N2，CO，CO2，少量H2，CH4 N250，CO(2025)，CO2無法實現(xiàn)的原因：化學(xué)平衡存在。1 .本課程作用及主要內(nèi)容，1.3冶金實例(B)礦石包含F(xiàn)e，Mn，S，P，Al，Mg，Ca等多種元素等，但還原量

3、不同。原因：氧化物穩(wěn)定性問題(c)S，1。本課程角色和主要內(nèi)容，1.3冶金案例1.3.2煉鋼奧氏體不銹鋼冶煉：轉(zhuǎn)到C波Cr。特殊冶金(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，但還原量不同。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有色冶金銅冶煉：氧化還原電解鐵Cu2SCu2OCu濕法：電解工藝，電化學(xué)，ph電位溶出，萃取工藝熔鹽電解等1。本課程作用及主要內(nèi)容，1.4主要內(nèi)容熱力學(xué)第一定律：能量守恒第二定律：反應(yīng)的可能性和限制；第三定律：絕對零度達不到。1.4.1冶金熱力學(xué)主要是第二定律工具：等溫方程正向反向平衡測量計算(核對表)CPK(

4、0) CPABT估算統(tǒng)計熱力學(xué)，1 .本課程作用及其主要內(nèi)容，1.4.2冶金動力學(xué)研究過程的機制(反應(yīng)機理)和限制，1 .本課程作用及其主要內(nèi)容，1.4.2冶金動力學(xué)和物理化學(xué)差異：物化：在斷層上微觀化學(xué)反應(yīng)，也稱為微觀力學(xué)，冶金動力學(xué)：多相，傳熱，傳導(dǎo)現(xiàn)象，宏觀力學(xué)一般高溫使化學(xué)反應(yīng)速度快，大部分?jǐn)U散到限制線。狀態(tài)：數(shù)據(jù)不完整、錯誤、模型適用性下降。1 .本課程角色和主要內(nèi)容，2 .冶金物理化學(xué)發(fā)展，2.1國外19201932年，將物理化學(xué)理論引入黑色冶金；1920年，P.Oberhoffer (Oberhoffer)首次發(fā)表了關(guān)于鋼液中Mn-O平衡問題的論文。1925年，法拉第學(xué)會在英國倫

5、敦舉行了煉鋼物理化學(xué)學(xué)術(shù)會議。，1926年，C.H.Herty (Herty)發(fā)表了美國平爐煉鋼過程中的C、S、Mn等元素變化規(guī)律論文，專門負(fù)責(zé)研究平爐熔煉過程問題的團隊。1932年，德國R.Schenk發(fā)表了鋼冶金物理化學(xué)簡介其他：德國的Korber、Olsen等。2 .冶金物理化學(xué)發(fā)展，2.1外國冶金物理化學(xué)系統(tǒng)：19321958創(chuàng)立j . chipman，逸度和活動理論1926年加利福尼亞大學(xué)，物理博士畢業(yè)于1932年H2O，CO2，CO，CH4發(fā)表了自由能源和冶金學(xué)(密歇根大學(xué)，研究工程師)的意義。1937年擔(dān)任麻省理工學(xué)院教師。1942年出版了一本名為1600化學(xué)的書。1948年金屬

6、溶液的活動也發(fā)表了論文，奠定了活動性的基礎(chǔ)。1951年出版堿性平爐煉鋼書。2 .冶金物理化學(xué)發(fā)展，C.Wagner 1952年出版了合金熱力學(xué)，提出了活動相互作用系數(shù)，使活動圖更具理論性。1958年出版了煉鋼的力學(xué)問題，創(chuàng)立了較為完整的冶金動力學(xué)研究體系。S.Darken 1953年出版了金屬物理化學(xué)，系統(tǒng)地論述了“冶金動力學(xué)和熱力學(xué)”問題。2.冶金物理化學(xué)發(fā)展，2.1國內(nèi)理工科(19051971)，湖北人，南開大學(xué)畢業(yè)。1931年加入美國密歇根大學(xué)研究院，獲得美國著名學(xué)者J.chipman教授冶金工程學(xué)科博士學(xué)位。1937年發(fā)表了H2-H2S混合氣體和Fe中S的平衡，論述了鐵液中S的行為。2

7、 .冶金物理化學(xué)發(fā)展，2.1國內(nèi)衛(wèi)戍昆(1907年)，天津人，中國科學(xué)院院士。德國德累斯頓理工大學(xué)大學(xué)工程博士，冶金課程熱力學(xué)，活動圖在冶金中應(yīng)用。在冶金熱力學(xué)理論及其應(yīng)用中取得了多項茄子重大成果。利用活動度理論，為紅土礦脫鉻、金川礦鎳、等多反應(yīng)中金屬的提取和分離工藝等奠定了理論基礎(chǔ)。2 .冶金物理化學(xué)發(fā)展，2.1國內(nèi)園林區(qū)(中科院上海市冶金研究所)發(fā)表了一系列熔融活動測量方法，如Cao-SiO2-Al2O3渣系的活動測量。將我國冶金物理化學(xué)活動理論研究的先驅(qū)、冶金物理化學(xué)對象從鋼冶金、有色冶金擴展到高純金屬和半導(dǎo)體材料冶金。2 .冶金物理化學(xué)發(fā)展，2.1國內(nèi)陳信民(19121992)，有色金

8、屬冶金先驅(qū)，化法冶金，濕法冶金，氯化冶金和熔融熱力學(xué)理論研究。1947年與J.Chipman共同宣布了H2-H2O混合氣體和Fe液中Cr的平衡。2.冶金物理化學(xué)發(fā)展，2.1國內(nèi)鑄幣稅，中國科學(xué)院紗線，用Gibbs-Duhem方程計算熔體熱力學(xué)性質(zhì)，2 .冶金物理化學(xué)發(fā)展，2.1國內(nèi)王志昌，東北大學(xué)教授。主要學(xué)術(shù)研究：(1)溶液理論和熱力學(xué)：首次闡明了各種實際多元體系的簡單共性，創(chuàng)立了偏簡單溶液理論、理想溶液模型、稀溶液模型。(B)聚合物前驅(qū)體陶瓷化學(xué)：設(shè)計和合成新的多晶硅胺前驅(qū)體及其Si-B-C-N材料。(c)稀土化學(xué)：稀土氣體配合物(從鈧到鐠)的性質(zhì)在國際上首次系統(tǒng)地報道。曾獲得中國科學(xué)院重

9、大科學(xué)技術(shù)成果一等獎和國家教委科學(xué)技術(shù)進步(甲類)二等學(xué)術(shù)獎。2 .冶金物理化學(xué)發(fā)展，第二章溶液熱力學(xué)，冶金過程包括多種溶液。高溫冶金過程在熔融反應(yīng)介質(zhì)中進行，如煉鋼、鋁電解、粗銅的火法精煉等。產(chǎn)品或中間產(chǎn)品是熔化狀態(tài)的物質(zhì)，如高爐煉鐵、硫化銅精礦冶煉。溶液熱力學(xué)，溶液組成顯示方法：物質(zhì)濃度：molm-3；質(zhì)量摩爾濃度：molkg-1；摩爾分?jǐn)?shù)：質(zhì)量分?jǐn)?shù)：質(zhì)量濃度Kgm-3。，溶液熱力學(xué)，容量特性和強度特性，1物理化學(xué)基礎(chǔ)，容量特性：1，部分摩爾特性，組元素I的物質(zhì)楊怡發(fā)生變化時Y的變化：容量特性對應(yīng)公式：部分摩爾自由能，部分摩爾自由熵，部分摩爾自由焓，1物理化學(xué)基礎(chǔ)(2)下標(biāo)(3)強度特性；

10、(4)適用于純物質(zhì)的所有公式也適用于YI。g=h-tsGi=hi-TSI DG=-SDT vdp dGi=-sidtvidp(5)最重要的化學(xué)勢(gi)。1物理化學(xué)基礎(chǔ)，2，集合公式和G-D公式，集合公式：1摩爾溶液：G-D公式：常數(shù)T，P下，對積分可用：集合公式微分：1物理化學(xué)基礎(chǔ)，1物理化學(xué)基礎(chǔ)；a，拉烏爾定律定義了在：稀溶液中揮發(fā)性溶質(zhì)的平衡分壓與溶液中摩爾分?jǐn)?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)。3，基本定律，1物理化學(xué)基礎(chǔ)，定義：在特定溫度下氣體溶于金屬以平衡，牙齒氣體分壓的平方根與質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示的溶解度成正比。C，Sieverts law適

11、用于在金屬中溶于原子的情況。k是隨溫度變化的平衡常數(shù)。3，基本定律，1物理化學(xué)基礎(chǔ)，1定義：在恒定溫度和壓力下，溶液中的一組在總濃度范圍內(nèi)服從raoults law。a，理想溶液，4，溶液類型，2定義I: I=I * RTL nxi，3特性：4冶金發(fā)生理想溶液(1)Fe54和Fe56，fe55(3)AgCl-PbCl2、PbCl2-LiCl、AgBr-KBr。1物理化學(xué)基礎(chǔ)，B，稀釋溶液，4，溶液類型，1特征：溶劑化學(xué)勢，B組(溶質(zhì))徽標(biāo)化學(xué)勢。濃度不同，表達式不同。2稀溶液的s-l平衡(凝固點減少)，凝固點：平衡Tm，相圖析出固相，飽和溶解度，(1)壓力對飽和溶解度的影響：例如，可逆變化發(fā)生

12、：(A)，1物理化學(xué)基礎(chǔ)CP=0，或MAMB，1物理化學(xué)基礎(chǔ)，表達式的%B溶質(zhì)含量，MA，MB分別是溶劑，溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。對于鐵基溶液，在純鐵Tm=1809K、fusH*Fe=15480Jmol-1、格式(1-16)和相關(guān)數(shù)據(jù)賦值(1-13)表達式中，Chipman得到了各種碳鋼、合金鋼的以下結(jié)果%B合金元素B的質(zhì)量百分比濃度。表1.1各種合金元素TB，1基于物理化學(xué)，其中差異主要取決于，L兩相%B，% BL。此外，(1-17)不是1000牙齒，而是981.5，例如，求出1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼凝固點。解決方案：這種鋼成分0.01%C，18%Cr，9%Ni，0.8%Ti Chipman

13、數(shù)據(jù)，TM=1809-1.818 900.01 2.99 170.8=1736k新參數(shù)TTM實際溶液，1，實際溶液，1，實際溶液，1，實際溶液，1，實際溶液，1，實際溶液，2，活動標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)2?；顒訕?biāo)準(zhǔn)、2、活動標(biāo)準(zhǔn)、2、活動標(biāo)準(zhǔn)、2、活動標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、3茄子標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的活動值比較(1)、2、活動標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、3茄子標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)二、活動標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、實際溶液三個范圍的活動和活動系數(shù)(3)，以及“濃度值為1、拉烏爾定律或亨利定律、活動也為1的狀態(tài)圖52中的D點所示，當(dāng)1(質(zhì)量)時實際溶液不再符合亨利定律(圖52中的D點)時，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)仍然符合虛擬1(質(zhì)量)時的亨利定律狀態(tài)(圖52中的C點狀態(tài))?！痹谘例X點，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)蒸

14、汽壓是在C點的蒸汽壓pC，而不是在D點的蒸汽壓pD。2，活性的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，2，活性的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，1(質(zhì)量)時溶液已不符合亨利定律規(guī)格，為尋找標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)蒸氣壓，應(yīng)使用理想稀釋溶液作為參考。即%i 0點，即實際溶液的活性系數(shù)fi=1。圖52中h點以下的濃度段溶液。參考牙齒溶液的濃度和蒸氣壓關(guān)系，求出劉憲華常數(shù)，然后將其推至%i=1，就可以求出標(biāo)準(zhǔn)蒸氣壓k%。h點以下的牙齒溶液，即實際溶液，已將亨利定律牙齒溶液稱為參成本液或參考狀態(tài)。參考狀態(tài)是實際溶液活性系數(shù)為1的狀態(tài)。第二，活動的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，參考狀態(tài)主要是關(guān)于亨利的活動。因為在稀溶液中純?nèi)苜|(zhì)的蒸汽壓確實不符合亨利定律規(guī)格。%i=1通常不符合亨利定律規(guī)范。因此，必須以理想稀釋溶液為參考，求出Xi=1或%i=1時劉憲華常數(shù)kH或k%。亨利活動度的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)經(jīng)常說虛擬的純物質(zhì)仍然符合亨利定律標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，以理想稀溶液為