东北大学冶金物理化学cha.ppt
冶金物理化学,参考书目,田彦文，冶金物理化学简明教程，化学工业出版社，2007梁连科，冶金热力学及动力学，东北工学院出版社，1989黄希祜，钢铁冶金原理（修订版），冶金工业出版社，1990傅崇说，有色冶金原理（修订版），冶金工业出版社，1993车荫昌，冶金热力学，东北工学院出版社，1989魏寿昆，冶金过程热力学，上海科学技术出版社，1980韩其勇，冶金过程热力学，冶金工业出版社，1984陈永民，火法冶金过程物理化学，冶金工业出版社1984李文超，冶金热力学，冶金工业出版社，1995,第一章 绪 言,1.本课程作用及主要内容,1.1地位冶金专业平台课之一。以普通化学、高等数学、物理化学为基础。与物理化学相比，更接近与实际应用。目的：为开设专业课和今后的发展作理论准备。,1.本课程作用及主要内容,火法冶金特点：一高三多,1.本课程作用及主要内容,1.2 作用将物理化学的基本原理及实验方法应用到冶金过程中，阐明冶金过程的物理化学规律，为控制和强化冶金过程提供理论依据。为去除某些元素保留某些元素而选择合适的冶炼条件（温度、气氛）。例如炼钢过程。此类问题将由本课程解决。,1.本课程作用及主要内容,注意：由于高温的特点，宏观测定难度大，微观就更难，有时只能使用常温数据外推，误差较大。本学科尚在不断完善发展中。应学会灵活应用，依据冶物化理论，创造有利反应进行条件，抑制不利反应，提出合理工艺流程。,1.本课程作用及主要内容,1.3 冶金实例高炉炼铁（a）炉顶煤气成分：N2、CO、CO2，少量H2、CH4N250，CO（2025）、CO2（2217）CO+CO2（4244）CO为还原剂且属有毒气体，希望能够在炉内100%消耗。无法实现的原因：存在化学平衡。,1.本课程作用及主要内容,1.3 冶金实例（b）矿石中含有Fe、Mn、S、P、Al、Mg、Ca等多种元素，但被还原量却不同：原因：氧化物稳定性问题（c）S、P的去除 炼钢、炼铁过程分别去除P、S原因：反应条件是否适宜。,1.本课程作用及主要内容,1.3 冶金实例1.3.2 炼钢奥氏体不锈钢冶炼：去C保Cr。特种冶金（二次精炼）真空脱气，矿石中含有Fe、Mn、S、P、Al、Mg、Ca等多种元素，但被还原量却不同。原因：氧化物稳定性问题。,1.本课程作用及主要内容,1.3.3 有色冶金炼铜：氧化还原电解去铁 Cu2SCu2OCu湿法：电解过程，电化学，ph电位图浸出，萃取过程熔盐电解等等,1.本课程作用及主要内容,1.4 主要内容热力学第一定律：能量守恒，转化；第二定律：反应进行的可能性及限度；第三定律：绝对零度不能达到。,1.4.1 冶金热力学主要为第二定律 工具：等温方程式正向 逆向 平衡测定计算（查表）CPK（0）CPABT估计值统计热力学,1.本课程作用及主要内容,1.4.2 冶金动力学研究过程的机理（反应机制）和限制环节提出一系列模型，找出结症对症下药：提高其反应速度或减缓反应速度。,1.本课程作用及主要内容,1.4.2 冶金动力学与物理化学的差异：物化：只是单相中微观的化学反应，也称微观动力学；冶金动力学：对多相，还伴有传热、传质现象，为宏观动力学；一般说来，由于高温，所以化学反应速度快，多为扩散为限制行环节；现状：数据不全，误差大，模型的适用性差。,1.本课程作用及主要内容,2.冶金物理化学的发展,2.1 国外19201932年，黑色冶金中引入物理化学理论；1920年，P.Oberhoffer（奥伯霍夫）首次发表钢液中Mn-O平衡问题的论文；1925年，Farady Society（法拉第学会）在英国伦敦召开炼钢物理化学学术年会。,1926年，（赫蒂）在美国发表平炉炼钢过程中C、S、Mn等元素变化规律论文，且专门领导建立一个研究平炉冶炼过程问题的小组。1932年，德国R.Schenk发表专著：钢铁冶金物理化学导论（Phsical Chemistry of Steel Manufacture Processes）其他：德国的Korber和Olsen等。,2.冶金物理化学的发展,2.1 国外冶金物理化学体系：19321958 创立 J.Chipman（启普曼）,逸度和活度理论1926年毕业于加里福尼亚大学，物理学博士；1932年发表H2O，CO2，CO，CH4的自由能及在冶金学上的意义（密西根大学，研究工程师）；1937年任麻省理工学院教师；1942年出版1600化学一书；1948年发表金属溶液的活度论文，奠定了活度基础；1951年出版碱性平炉炼钢一书。,2.冶金物理化学的发展,C.Wagner 1952年出版合金热力学提出活度相互作用系数，使活度更加理论化；1958年出版炼钢中的动力学问题创立较完整的冶金动力学研究体系；S.Darken1953年出版金属物理化学，较系统地论述了“冶金动力学及热力学”问题,2.冶金物理化学的发展,2.1 国内李公达(19051971),湖北人，南开大学毕业。1931年进入美国密歇根大学研究院，师从美国著名学者J.Chipman教授，获冶金工程博士学位。1937年发表H2-H2S混合气体与Fe中S的平衡，论述了铁液中s的行为。,2.冶金物理化学的发展,2.1 国内魏寿昆（1907)，天津人，中国科学院院士。德国德累斯顿工科大学工学博士,冶金过程热力学、活度在冶金中的应用。在冶金热力学理论及其应用中获得多项重大成果。运用活度理论为红土矿脱铬、金川矿提镍、等多反应中金属的提取和分离工艺奠定了理论基础。,2.冶金物理化学的发展,2.1 国内邹元爔（中科院上海冶金研究所）发表一系列熔体活度测定方法，如测定Cao-SiO2-Al2O3渣系的活度我国冶金物理化学活度理论研究的先驱，将冶金物理化学对象从钢铁冶金、有色冶金延伸到高纯金属和半导体材料冶金；,2.冶金物理化学的发展,2.1 国内陈新民（19121992），有色金属冶金先驱，研究火法冶金、湿法冶金、氯化冶金及熔体热力学理论。1947年与J.Chipman共同发表H2-H2O混合气体与Fe液中Cr的平衡,2.冶金物理化学的发展,2.1 国内周国治,中国科学院院士，用Gibbs-Duhem方程计算熔体热力学性质；,2.冶金物理化学的发展,2.1 国内王之昌，东北大学教授.主要学术研究：（一）溶液理论和热力学：首次揭示各类实际多元系的简单共性，创立了偏简单溶液理论、类理想溶液模型和类稀溶液模型。（二）聚合物前驱体陶瓷化学：设计并合成一组新的聚硼硅胺前驱体及其Si-B-C-N材料。（三）稀土化学：在国际上首次系统报道稀土气态配合物（从钪至镥）的性质规律。曾获得中国科学院重大科技成果一等奖和国家教委科技进步（甲类）二等奖等学术奖励。,2.冶金物理化学的发展,
