冶金物理化学绪论_工学_高等教育_教育专区

冶金Байду номын сангаас例
冶金实例
2、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
冶金动力学
从机理与速率的角度研究冶金反应的规律及其影响 因素。
冶金反应较复杂，包含多个基元反应。通过对其机 理的研究找到速率限制性环节并进行相应更改，可 以提高冶金反应的速率。
塞隆系列复合材料 功能梯度材料 氮化硼基复合材料
计算物理化学
通过使用量子等级的微观计算得到了湿法冶金水溶 液及有机溶剂热物理性质数据库。
电磁冶金数值模拟也取得了突破。
4 冶金物理化学的发展历史
开拓期
发展期
深化期
1948
1971
引自：张家芸，冶金物理化学[M]，冶金工程出版社，2014
开拓期
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。
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。
美国的奇普曼Chipman测定了炼钢炉渣基本三元系CaO-SiO2-FeO中的 组元活度
前苏联学者焦姆金和施瓦茨曼提出了炉渣完全离子溶液理论模型
发展期
埃林汉姆-理查森图
吉布斯-杜亥姆方程
深化期
标志：固体电解质快速定氧探头的应用
从此，冶金热力学数据库、计算相图相继出现，进入了运用计算机与 近代测试方法深化研究新阶段。
铜价为35550元/吨; 铝价为11110元/吨
铅价为13775元/吨; 锌价为13840元/吨
2 冶金物理化学的地位与作用
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，更接近于实际应用。 以实验为基础的冶金及材料学科重要分支。 目的：为开设专业课和今后的发展作理论准备。 专业考研科目之一。
由反应平衡常数K可计算在一定条件下反应能进行的限度和生成物的理论 最高产量。
冶金实例
冶金实例
1、高炉炼铁炉顶煤气成分：N2 、CO、CO2，少量H2、CH4 N2<50％， CO（20～25％）、CO2（22～17％） CO+CO2（42～44％）
CO为还原剂且属有毒气体，希望能够在炉内100%消耗。 却无法实现。 原因：存在化学平衡。
少5000万吨，是美国全国产量的
1.8倍，印度的2.1倍，俄罗斯的
2.33倍，德国的3.85倍，与欧盟27
国的钢产量总合相当。
我国十种有色金属产量为3691万吨，同比增长9.3%，增幅回落 1.3个百分点。其中，精炼铜、原铝、铅、锌产量分别为606万吨、 1988万吨、465万吨、485万吨，同比增长分别为10.8%、13.2%、 9.3%、-5.6%，除原铝外，其他品种增幅均出现回落，原铝依然是有 色金属品种中增长最快的品种。加工材方面，铜材和铝材产量分别 为1168万吨和3074万吨，同比增长分别为11%和15.9%。
研究反应方向和限度，以及影响反应进行的各种因素，以期 控制反应，使其向所需的方向进行，从而探索新工艺、新流 程、新方法和新产品。
手段：通过对冶金体系状态变化前后热力学函数的求算得到。
由体系焓变可知氧气转炉炼钢、铜转炉吹炼冰铜是自热过程→无需补充 能量
由体系吉布斯自由能变可以确定冶金反应进行的条件和方向。1700℃下 吹炼超低碳不锈钢→真空或氩氧混吹
allurgy
绪论
冶金行业发展形势 冶金物理化学的地位 冶金物理化学研究内容 冶金物理化学发展历史 冶金物理化学教学安排 冶金物理化学学习方法与要求
1 冶金行业发展形势
2015年全球粗钢产量由2005年的11.5亿吨增加至16.2亿吨，同期，中国
粗钢产量由3.6亿吨增加至8.0亿吨。
目前有很多近似模型，处于百家争鸣的状态，有待 发展与统一。
冶金电化学
电化学方法在冶金中有广泛应用。 电解铝、精炼铜、电解稀土金属与其合金。 化学传感器、燃料电池、镍氢电池、锂离子电池等。
材料物理化学
应用物理化学、量子化学、近代数学理论，结合计 算机统计模式识别、人工神经网络、遗传算法及分 形研制了一系列新型氧化物与非氧化物复合材料。
2015年全球前十大粗钢生产国依次为中国(8.0亿吨)、日本(1.1亿吨)、
印度(8960万吨)、美国(7890万吨)、俄罗斯(7110万吨)、韩国(6970万
吨)、德国(4270万吨)、巴西(3320万吨)、土耳其(3150万吨)和乌克兰
(2290万吨)。
仅河北省2014年产钢1.64亿吨以
上，比全球钢产量第二的日本多至
3 冶金物理化学研究内容
物理过程 溶凝熔升蒸 解固化华发
相平衡
物热 质传 扩输 散
传输原理
冶金过程理论
化学过程 萃氧还烧焙 取化原结烧
冶金物理化学
3 冶金物理化学基本内容与研究方 向
冶金热力学 冶金动力学与反应工程学 冶金及能源电化学 材料物理化学 计算冶金物理化学 ……
冶金热力学
国内冶金物理化学的发展
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；
国内冶金物理化学的发展
魏寿昆（1907-2014），天津人，中国科学 院资深院士。中国冶金物理化学学科创始人 之一，北京科技大学建校元老之一。德国德 累斯顿工科大学工学博士，撰写书籍《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。
国内冶金物理化学的发展
李公达(1905~1971)，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。
国内冶金物理化学的发展
陈新民（1912~1992），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》