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钢铁冶金原理课件
钢铁冶金行业的可持续发展需要技术 创新、政策引导和市场机制等多方面 的努力，推动行业向低碳化、智能化 和循环经济方向发展。
钢铁冶金行业是高能耗、高排放的行 业之一，对环境产生一定的影响，因 此需要采取措施降低能耗和减少排放 ，实现可持续发展。
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全球铁矿分布
主要集中在澳大利亚、中国、巴西等国家。
中国铁矿分布
鞍山、马鞍山、攀枝花等地区。
铁矿的采矿技术
露天开采：剥离表土 层，开采矿石。
采矿技术发展趋势： 智能化、绿色化。
地下开采：挖掘巷道 ，进行矿石开采。
铁矿的选矿原理
选矿目的
将铁矿石中的铁含量提高到60%以上。
选矿原理
根据铁矿石与脉石的物理性质差异进行分离。
。
直接还原技术
通过在低于熔点的温度下将铁矿石 还原成直接还原铁，再通过电弧炉 熔炼成钢，可减少能源消耗和环境 污染。
氢冶金技术
利用氢气作为还原剂，替代传统的 碳作为还原剂，减少温室气体排放 ，是未来钢铁工业的发展方向。
钢铁冶金的未来发展方向
1 2 3
低碳化
随着全球对环境保护的重视，钢铁冶金行业将向 低碳化方向发展，降低碳排放，提高能源利用效 率。
钢的连铸技术
总结词
连铸技术是将液态钢转变为固态钢的过程，涉及结晶、凝固和收缩等物理变化 。
详细描述
连铸过程中，液态钢流入结晶器，在冷却水的作用下逐渐结晶凝固。随着钢坯 的连续拉出，凝固过程继续进行，直至形成完整的钢坯。控制结晶速度、冷却 强度和拉坯速度是连铸技术的关键要素。
钢的轧制原理
总结词
轧制是通过一对旋转轧辊对金属施加压力，使其发生塑性变形的过程。
熔融与凝固
冶金原理课件(中南大学)
Sn 7～9
高 钛 渣 2.8～5.6 2～6 0.3～1.2 2.7～6.5 2～5.6 1～1.5 TiO2 82～87
结 论：
冶金炉渣通常由五、六种或更多的氧化物组成。 炉渣常含有其他化合物，如氟化物、硫化物等。 炉渣中含量最多的氧化物通常只有三种，其总含量 可达80%以上。 大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是： FeO、CaO、SiO2 高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为： CaO、Al2O3、SiO2
电渣重熔渣 铜闪速炉熔炼渣
0～10 28～38
0～30 2～12
0～20 5～15
熔炼渣 19～35 3～5 0～20 28～40 3～5
CaF2 45～80
Fe3O4 12～15,
S 0.2～0.4, Cu 0.5～0.8 Pb 1～3.5
锡反射炉熔炼渣 19～24 8～10 1.5～6 45～50
✓ 如电渣重熔用渣、铸钢用保护渣、钢液炉外精炼用渣 等。
✓ 这些炉渣所起的冶金作用差别很大。
▪ 例如，电渣重熔渣一方面作为发热体，为精炼提供 所需要的热量；另一方面还能脱出金属液中的杂质 、吸收非金属夹杂物。
▪ 保护渣的主要作用是减少熔融金属液面与大气的接 触、防止其二次氧化，减少金属液面的热损失。
✓ 主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧 化产物，使之与主金属分离。
✓ 例如，在冶炼生铁或废钢时，原料中杂质 元素的氧化产物与加入的造渣熔剂融合成 CaO和FeO含量较高的炉渣，从而除去钢 液中的硫、磷等有害杂质，同时吸收钢液 中的非金属夹杂物。
3、富集渣
✓ 是某些熔炼过程的产物。
✓ 作用——使原料中的某些有用成分富集于炉渣 中，以便在后续工序中将它们回收利用。
冶金原理ppt课件
2.2 熔渣的相平衡图
2.2 熔渣的相平衡图
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图 一、CaO-SiO2二元系 二、Al2O3-SiO2二元系 三、CaO-Al2O3二元系 四、FeO-SiO2二元系 五、CaO-FeO与CaO-Fe2O3二元系
2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图 2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图
转熔线：1条（1475°C） 偏晶线：l条（1700°C） 固相分解线：2条（1250°C，1900°C） 晶型转变线：6条（1470°C，1420°C，
1210°C，870°C，725°C，575°C）
8
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡
图
体系特点（续）
图222 ④
各种钙硅酸盐的熔化温度都很高
C2S比较稳定，熔化时只部分分解； CS在熔化时则几乎完全分解。
一般而言，可根据化合物组成点处液相线的形状（平滑
程度），近似推断熔融态内化合物的分解程度。
若化合物组成点处的液相线出现尖峭高峰形，则该化 合物非常稳定，甚至在熔融时也不分解；
若化合物组成点处的液相线比较平滑，则该化合物熔 融时会部分分解；
12
三2、.C2a.O1-Al2重O3 二要元的系 二元熔渣系相平衡 图 体系特点
3个一致熔融化合物将体系分解为4个独立的二元系
12CaO·7Al2O3（Cl2A7）或 5CaO·3 Al2O3（C5A3） CaO·Al2O3（CA） CaO·2Al2O3（CA2）
2个不一致熔融化合物
3CaO·Al2O3（C3A） CaO·6Al2O3（CA6）
FeO·SiO2（FS）仅存在于熔体中，不会在熔 度图中出现。
2.2 熔渣的相平衡图
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡图 一、CaO-SiO2二元系 二、Al2O3-SiO2二元系 三、CaO-Al2O3二元系 四、FeO-SiO2二元系 五、CaO-FeO与CaO-Fe2O3二元系
2.2.2 CaO-Al2O3-SiO2三元系相平衡图 2.2.3 CaO-FeO-SiO2三元系相平衡图
转熔线：1条（1475°C） 偏晶线：l条（1700°C） 固相分解线：2条（1250°C，1900°C） 晶型转变线：6条（1470°C，1420°C，
1210°C，870°C，725°C，575°C）
8
2.2.1 重要的二元熔渣系相平衡
图
体系特点（续）
图222 ④
各种钙硅酸盐的熔化温度都很高
C2S比较稳定，熔化时只部分分解； CS在熔化时则几乎完全分解。
一般而言，可根据化合物组成点处液相线的形状（平滑
程度），近似推断熔融态内化合物的分解程度。
若化合物组成点处的液相线出现尖峭高峰形，则该化 合物非常稳定，甚至在熔融时也不分解；
若化合物组成点处的液相线比较平滑，则该化合物熔 融时会部分分解；
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三2、.C2a.O1-Al2重O3 二要元的系 二元熔渣系相平衡 图 体系特点
3个一致熔融化合物将体系分解为4个独立的二元系
12CaO·7Al2O3（Cl2A7）或 5CaO·3 Al2O3（C5A3） CaO·Al2O3（CA） CaO·2Al2O3（CA2）
2个不一致熔融化合物
3CaO·Al2O3（C3A） CaO·6Al2O3（CA6）
FeO·SiO2（FS）仅存在于熔体中，不会在熔 度图中出现。
冶金原理第三章.ppt
原理：当元素在溶剂如铁液中溶解有限，形成饱和溶液时，加 入第3组分，其溶解度改变，但其活度未变，因为第3组 分引起活度系数发生了变化。 B[B ]饱和
K a[ B]
B BK f w [ B ] f f w [ B ] B Fe B B B Fe B K
K f w [ B ] / w [ B ] B Fe B Fe B K
j i
异类相互作用系数之间的关系
j i
M M M M 1 j j i j j j i e [( 1 ) 1 ] 230 e i i i 230 M M M j i i
2.1.4 相互作用系数的温度关系式
A i B T
j
12
2
2.化学平衡法
6 3 1 m H l /100g 0 . 089 10 10 / 100 0 . 89 ppm 2
6 3 1 ml N /100 1 . 25 10 10 / 100 12 . 5 ppm 2
23
溶解特点
●H2、N2在铁液中的溶解服从平方根定律 ●溶解包括气体分子的离解及离解后原子的溶解两步。 铁液中：
18
2
Si lg fC e 0 .03 w [Si ] Si C
课外2
19
3
铁液中元素的溶解及存在的形式
3.1 Mn、Ni、Co、Cr、Mo
在铁液内的溶解焓为0，可近似将其溶液视为理想 溶液。 在高温的晶型与δ Fe大致相同，原子半径与铁原子 相差很小，与铁能无限互溶，形成置换式熔体。 熔体的物性可由纯金属的物性加和求得。
13
2
[ C ] CO 2 CO 2
2 pCO 1 K pCO fCw [C] 2
K a[ B]
B BK f w [ B ] f f w [ B ] B Fe B B B Fe B K
K f w [ B ] / w [ B ] B Fe B Fe B K
j i
异类相互作用系数之间的关系
j i
M M M M 1 j j i j j j i e [( 1 ) 1 ] 230 e i i i 230 M M M j i i
2.1.4 相互作用系数的温度关系式
A i B T
j
12
2
2.化学平衡法
6 3 1 m H l /100g 0 . 089 10 10 / 100 0 . 89 ppm 2
6 3 1 ml N /100 1 . 25 10 10 / 100 12 . 5 ppm 2
23
溶解特点
●H2、N2在铁液中的溶解服从平方根定律 ●溶解包括气体分子的离解及离解后原子的溶解两步。 铁液中：
18
2
Si lg fC e 0 .03 w [Si ] Si C
课外2
19
3
铁液中元素的溶解及存在的形式
3.1 Mn、Ni、Co、Cr、Mo
在铁液内的溶解焓为0，可近似将其溶液视为理想 溶液。 在高温的晶型与δ Fe大致相同，原子半径与铁原子 相差很小，与铁能无限互溶，形成置换式熔体。 熔体的物性可由纯金属的物性加和求得。
13
2
[ C ] CO 2 CO 2
2 pCO 1 K pCO fCw [C] 2
冶金原理精品PPT课件
冶金原理精品课程
第二节 氯化反应的热力学
一、金属与氯的反应 氯的化学活性很强，所以绝大多数金属很易被氯 气氯化生成金属氯化物。所有金属氯化物的生成自由 能，在一般冶金温度下均为负值，且它们的△G—T 关系多数已经测出，在某些手册，专著中可以方便地 查得。 金属氯化物的—T关系也可用图示表达。为了便 于比较，将它们都换算成与一摩尔氯气反应的标准生 成吉布斯自由能变化。图5-1列出了它们的△G—T关 系。
冶金原理精品课程
所谓氯化冶金就是将矿石（或冶金半成品）与 氯化剂混合，在一定条件下发生化学反应，使金属 转变为氯化物再进一步将金属提取出来的方法。
氯化冶金主要包括氯化过程，氯化物的分离过 程，从纯氯化物中提取金属等三个基本过程。在自 然界中金属主要以氯化物、硫化物、硅酸盐、硫酸 盐等形式存在，因此从原料中制取金属氯化物的氯 化过程，显然是氯化冶金最基本和最重要的过程。
冶金原理精品课程
MeO +Cl2 === MeCl2 +O2 C + O2 === CO2 C +1/2O2 === CO2 由（4）×2 +得 （5）
冶金原理精品课程
Mg+Cl2=MgCl2 -）1/2Ti+Cl2=1/2TiCl4
Mg
1 2 TiCi2
MgCl2
1 Ti 2
D G3q
DGMq gCl2
1 2
DGTqiCl 4
DG q MgCl2 DGq TiCl4
DG3q （3）
冶金原理精品课程
由图5-1可见,MgCl2的生成吉布斯自由能曲线在 下面，显然1/2TiCl4的生成吉布斯自由能曲线在上面，
冶金原理精品课程
金属氧化物与氯气反应的—T关系已有人 测出，列于图5-2，图5-3中。从图中可见： SiO2、TiO2 、Al2O3、Fe2O3、MgO在标准状 态下不能被氯气氯化。而许多金属的氧化物如 PbO、Cu2O、CdO、NiO、ZnO、CoO、BiO 可以被氯气氯化。
第二节 氯化反应的热力学
一、金属与氯的反应 氯的化学活性很强，所以绝大多数金属很易被氯 气氯化生成金属氯化物。所有金属氯化物的生成自由 能，在一般冶金温度下均为负值，且它们的△G—T 关系多数已经测出，在某些手册，专著中可以方便地 查得。 金属氯化物的—T关系也可用图示表达。为了便 于比较，将它们都换算成与一摩尔氯气反应的标准生 成吉布斯自由能变化。图5-1列出了它们的△G—T关 系。
冶金原理精品课程
所谓氯化冶金就是将矿石（或冶金半成品）与 氯化剂混合，在一定条件下发生化学反应，使金属 转变为氯化物再进一步将金属提取出来的方法。
氯化冶金主要包括氯化过程，氯化物的分离过 程，从纯氯化物中提取金属等三个基本过程。在自 然界中金属主要以氯化物、硫化物、硅酸盐、硫酸 盐等形式存在，因此从原料中制取金属氯化物的氯 化过程，显然是氯化冶金最基本和最重要的过程。
冶金原理精品课程
MeO +Cl2 === MeCl2 +O2 C + O2 === CO2 C +1/2O2 === CO2 由（4）×2 +得 （5）
冶金原理精品课程
Mg+Cl2=MgCl2 -）1/2Ti+Cl2=1/2TiCl4
Mg
1 2 TiCi2
MgCl2
1 Ti 2
D G3q
DGMq gCl2
1 2
DGTqiCl 4
DG q MgCl2 DGq TiCl4
DG3q （3）
冶金原理精品课程
由图5-1可见,MgCl2的生成吉布斯自由能曲线在 下面，显然1/2TiCl4的生成吉布斯自由能曲线在上面，
冶金原理精品课程
金属氧化物与氯气反应的—T关系已有人 测出，列于图5-2，图5-3中。从图中可见： SiO2、TiO2 、Al2O3、Fe2O3、MgO在标准状 态下不能被氯气氯化。而许多金属的氧化物如 PbO、Cu2O、CdO、NiO、ZnO、CoO、BiO 可以被氯气氯化。
《冶金原理》幻灯片PPT
向气相扩散。
真中中碳的氧化反响将形成了不溶于钢液的CO气泡，在真 空中，降低P CO，可使在大气压力下已经到达平衡的脱碳 反响再度进展。碳氧积：w[C]*w[O]=m pCO也可在到达更低 的值。
1〕真空脱碳 钢液的碳量临界量以下的脱碳速度降低较大，所以，在传
氢和氮在钢液中的浓度很小，它们形成气泡的析出压力远小 于其所受的外压，所以这些溶解气体，就不能依靠形成 气泡 的形式排出，而是通过向钢液的外表吸附，转变成气体分子， 再向气相中排出：[H]=H吸，2H吸=H2。
真空钢液脱气有以下环节：
1〕钢液中溶解气体原子向钢液-气相界面扩散。
2〕气体原子在界面上吸附，结合成气体分子，再从界面 脱附。
钢液真空处理时，钢液和真空炉及容器的耐火材料 接触时，其中的氧化物能被碳复原。
例如：
MgO(s)+[C]=Mg(g)+CO
SiO2(s)+2[C]=[Si]+2CO
Al2O3(s)+3[C]=2[Al]+3CO
反响条件是△rGm<0 , P’CO>真空压力。而真空度 的提高，促进气相产物CO或Mg(g)的排走，耐火材 料受到的损坏更大。因此，在真空熔炼或处理中， 应选用不容易被碳复原或其他复原后溶解于钢液的 元素，对刚性能无害的氧化物耐火材料。
统的初炼炉内是难于冶炼超低碳的钢种的。为补救，可将碳 的质量分数为0.1%~0.45%的钢液，倒入盛钢桶内进展真空 处理〔600到700pa),并从盛钢桶底部吹入氩气进展搅拌，这 称为VOD法。 2〕真空脱氧 在钢液的含碳量比规格碳量稍高时完毕精炼，在真空室内， 钢液中过剩的碳可与氧发生碳-氧反响，而使钢液中的氧变 成CO排除。这时碳在真空下变成脱氧剂。它的脱氧能力随 真空度的提高而提高。
真中中碳的氧化反响将形成了不溶于钢液的CO气泡，在真 空中，降低P CO，可使在大气压力下已经到达平衡的脱碳 反响再度进展。碳氧积：w[C]*w[O]=m pCO也可在到达更低 的值。
1〕真空脱碳 钢液的碳量临界量以下的脱碳速度降低较大，所以，在传
氢和氮在钢液中的浓度很小，它们形成气泡的析出压力远小 于其所受的外压，所以这些溶解气体，就不能依靠形成 气泡 的形式排出，而是通过向钢液的外表吸附，转变成气体分子， 再向气相中排出：[H]=H吸，2H吸=H2。
真空钢液脱气有以下环节：
1〕钢液中溶解气体原子向钢液-气相界面扩散。
2〕气体原子在界面上吸附，结合成气体分子，再从界面 脱附。
钢液真空处理时，钢液和真空炉及容器的耐火材料 接触时，其中的氧化物能被碳复原。
例如：
MgO(s)+[C]=Mg(g)+CO
SiO2(s)+2[C]=[Si]+2CO
Al2O3(s)+3[C]=2[Al]+3CO
反响条件是△rGm<0 , P’CO>真空压力。而真空度 的提高，促进气相产物CO或Mg(g)的排走，耐火材 料受到的损坏更大。因此，在真空熔炼或处理中， 应选用不容易被碳复原或其他复原后溶解于钢液的 元素，对刚性能无害的氧化物耐火材料。
统的初炼炉内是难于冶炼超低碳的钢种的。为补救，可将碳 的质量分数为0.1%~0.45%的钢液，倒入盛钢桶内进展真空 处理〔600到700pa),并从盛钢桶底部吹入氩气进展搅拌，这 称为VOD法。 2〕真空脱氧 在钢液的含碳量比规格碳量稍高时完毕精炼，在真空室内， 钢液中过剩的碳可与氧发生碳-氧反响，而使钢液中的氧变 成CO排除。这时碳在真空下变成脱氧剂。它的脱氧能力随 真空度的提高而提高。
冶金原理课件(中南)-第4章课件PPT学习
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4.1 熔化温度
图41 MgOFeOSiO2渣系熔化等温线图
第4页/共78页
4.1 熔化温度
当炼镍原料中含有较多的CaO时，可选用高钙渣。 图42中的C点为高钙渣CaO含量的下限，位于鳞石英相区 内1200C等温线下面。 D点代表高钙渣CaO含量的上限，位于硅灰石CaO SiO2相 区，紧靠1100C等温线。 高钙渣的熔化温度处于1100～1200C之间。 由于渣中MgO含量约为4%~9%或更高，高钙渣的熔化温度 可能更高。
+ 0.367(MgO) + 0.48 (P2O5) + 0.402(A12O3)，103m3·kg1
(MxOy) —— 氧化物MxOy的质量分数。
当T >1673K时，可按下式计算任意温度下的熔渣密度：
T
1673
0.071673 T ， 10 3 kg m3 100
第14页/共78页
4.2 密 度
SiO2
CaO / %(质量) CaO / %(mol)
/ %(mol) SiO 2 / %(质量) SiO 2
Al2O3 / %(质量) 图45 A12O3CaOSiO2渣系的密度 （1500C，单位为103kg·m3）
Cu
1083
熔盐
熔渣 熔锍
Pb 铝电解质 镁电解质 锂电解质
327.5 ~960 580~700 350~360 1100~1400 700~1100
第2页/共78页
4.1 熔化温度
冶炼镍铜品位低、钙镁含量高的镍精矿时的渣型选择
根据矿石成分的变化可选择两种酸性渣型：高硅渣和高钙渣 两种渣型都能抑制氧化镁和磁性氧化铁的有害作用。 对于含镁高的矿石，采用高硅渣可以增加炉渣硅酸度，抑制 MgO(熔点约2800C) 的危害，同时使Fe3O4造渣： 2MgO + SiO2 = 2MgO·SiO2 2Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2 SiO2的加入量随原料成分而变化。 图中A点代表高硅渣中SiO2含量的下限，B点代表其上限。 高硅渣的熔化温度大致在1400~1500C之间。 炼镍鼓风炉的风口区温度可达1500~1800C，足以保证渣 的过热与排放。
4.1 熔化温度
图41 MgOFeOSiO2渣系熔化等温线图
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4.1 熔化温度
当炼镍原料中含有较多的CaO时，可选用高钙渣。 图42中的C点为高钙渣CaO含量的下限，位于鳞石英相区 内1200C等温线下面。 D点代表高钙渣CaO含量的上限，位于硅灰石CaO SiO2相 区，紧靠1100C等温线。 高钙渣的熔化温度处于1100～1200C之间。 由于渣中MgO含量约为4%~9%或更高，高钙渣的熔化温度 可能更高。
+ 0.367(MgO) + 0.48 (P2O5) + 0.402(A12O3)，103m3·kg1
(MxOy) —— 氧化物MxOy的质量分数。
当T >1673K时，可按下式计算任意温度下的熔渣密度：
T
1673
0.071673 T ， 10 3 kg m3 100
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4.2 密 度
SiO2
CaO / %(质量) CaO / %(mol)
/ %(mol) SiO 2 / %(质量) SiO 2
Al2O3 / %(质量) 图45 A12O3CaOSiO2渣系的密度 （1500C，单位为103kg·m3）
Cu
1083
熔盐
熔渣 熔锍
Pb 铝电解质 镁电解质 锂电解质
327.5 ~960 580~700 350~360 1100~1400 700~1100
第2页/共78页
4.1 熔化温度
冶炼镍铜品位低、钙镁含量高的镍精矿时的渣型选择
根据矿石成分的变化可选择两种酸性渣型：高硅渣和高钙渣 两种渣型都能抑制氧化镁和磁性氧化铁的有害作用。 对于含镁高的矿石，采用高硅渣可以增加炉渣硅酸度，抑制 MgO(熔点约2800C) 的危害，同时使Fe3O4造渣： 2MgO + SiO2 = 2MgO·SiO2 2Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2 SiO2的加入量随原料成分而变化。 图中A点代表高硅渣中SiO2含量的下限，B点代表其上限。 高硅渣的熔化温度大致在1400~1500C之间。 炼镍鼓风炉的风口区温度可达1500~1800C，足以保证渣 的过热与排放。
教你快速掌握冶金原理
n 求1173 k该反应的ΔG01173值和PCO2值。
n解
CaO+CO2=CaCO3
n ΔG01173=-170924.8+144.4×1173.15=-1543.6J
n 1173K时CaCO3的离解压为：
n ΔG01173.15=-RTlnKp=RTlnPCO2
n PCO2=0.8537atm=86500Pa
0 60.08
12
-
教你快速掌握冶金原理
三、求给定温度时的ΔG0
n 当求出反应的ΔG0-T二项式后，欲求该反应 在某温度下的ΔG0值就非常简便，只需将该 温度值代入ΔG0-T关系式即可得计算结果。
PPT文档演模板
教你快速掌握冶金原理
n 例题 已知CaCO3生成反应的ΔG0-T二项式为 n ΔG0=-170924.8+144.4 T,J
n
f=(3-1)-3+2=1
n 即在相平衡保持不变的情况下，压力和温度这两个
影响平衡的因素中只有一个可独立改变，另一个为 依变数：
n
pB=φ(T)
n 即离解压仅取决于温度，或者说，，ΔG0、Kp亦仅
取决于温度：
n
ΔG0=φ(T)
Kp=φ(T)
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教你快速掌握冶金原理
第一节 概 述
n 由离解——生成反应的ΔG0、Kp、PB与温度 的关系：
n
∆S2980＝（Σ∆S2980）生成物－（Σ∆S2980）反应物
PPT文档演模板
教你快速掌握冶金原理
进行计算，得离解－生成反应的∆Cp、∆H2980、 ∆S2980，将这些数据及关系式代入式中进行积分， 即可得出ΔG0—T关系式。上述结果是在无相变条 件下导出的，如有相变发生，则：
最新《钢铁冶金原理》课件幻灯片
电渣重熔渣 铜闪速炉熔炼渣
0～10 28～38
0～30 2～12
0～20 5～15
38～54
0～15 1～3
铅鼓风炉熔炼渣 19～35 3～5 0～20 28～40 3～5
CaF2 45
Fe3O4 1
S 0.2～0 Pb 1～3
锡反射炉熔炼渣 19～24 8～10 1.5～6 45～50
Sn 7～9
➢ 高炉炼铁：脉石成分与燃料的灰份以及熔剂（石灰石、白 云石、硅石等）反应，形成炉渣，从而与金属铁分离。
➢ 造锍熔炼：铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在 一起，形成熔锍；铁的氧化物则与造渣熔剂SiO2及其他脉 石成分形成熔渣。
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第四章 冶金炉渣
一、 基本概念
2、精炼渣
✓ 是粗金属精炼过程的产物。 ✓ 主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主
的渣料熔合而成的炉渣。 ✓ 如电渣重熔渣、铸钢保护渣、钢液炉外精炼渣等。 ✓ 这类炉渣的作用差别很大。
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第四章 冶金炉渣
一、 基本概念
熔渣主要作用：
积极作用： 1. 减少金属的热损失; 2. 避免金属氧化（减少金属从炉气中吸收有害气体）； 3. 汇集金属中杂质元素的氧化生成物。
消极作用： 1. 侵蚀和冲刷炉衬，减少炉衬的使用寿命； 2. 金属损失，降低回收率； 3. 带走热量，增加冶炼能耗。
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第四章 冶金炉渣
一、 基本概念
表 11 常见冶金炉渣的主要化学成分
炉渣
高炉炼铁渣
组 成 / %(质量)
SiO2 A12O3 CaO
FeO
30～40 10～20 35～50 < 1
MgO 5～10
MnO 0.5～1
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还有
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一、分解电压
1、理论分解电压 某电解质水溶液，如果认
为其欧姆电阻很小而可忽略不计，在可逆情况下
使之分解所必须的最低电压，称为理论分解电压。
显然，理论分解电压（Ve）是阳极平衡电极电位 （εe(A)）与阴极平衡电极电位（εe(K)）之差：
Ve = εe(A)－εe(K)
（22-1）
电解实践表明，任何一个电极反应都不是一步完成的， 而是一个连续的复杂过程。一般说来它包括下列几个过程体向双电层外界移动并继 续经双电层向电极表面靠近。这一阶段，在很大程度 上靠扩散速度来实现，扩散则是由于溶质在溶液本体 与双电层外界的浓度差引起的；
（2） 反应离子在电极表面或双电层中进行电极 反应前的转化过程，例如表面吸附或发生化学变化；
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实际分解电压（Vt）简称分解电压，是阳 极实际析出电位（ εK ）与阴极实际析出电位 之差：
Vf = εA－εK
(22-2)
显而易见，当得知阳、阴极在实际电解时
的偏离值——超电位时就可以算出某一电解的
实际分解电压。
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第二节 极化现象
如前所述，电解时的实际分解电压比理论分解电压要大， 有时甚至大很多，这是由于电流通过电解槽时，电极上的反 应过程偏离了平衡状态，相应的电极电位已不等于平衡电极 电位而引起的。通常将这种偏离平衡电极电位的现象称为极 化现象。
Cu2++2e = Cu Zn2++2e = Zn 在阴极反应的过程中，也有可能发生氢离子还 原析出氢的副反应： 2H++2e =H2 氢的析出对水溶液电解质的电解是不利的。
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在阳极上，发生的反应是物质失去电子的氧化反 应，称为阳极反应。如前所述，阳极有可溶与不可溶 两种，反应是不一样的。
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在此，需要重申的是，根据现代观点，当将一金 属浸没在含有该金属离子的溶液中时，在溶液与金属之 间便开始有离子交换。在浸没的最初时刻，原子离子化 以及离子中和的速度一般是彼此不相等的。如果说在最 初时刻离子化的速度大于离子的中和速度，那么金属表 面便荷有负电，并立即开始吸引正离子。因此，在电极 附近比在溶液本体中就有某地过剩的阳离子，以抵消电 极表面的过剩负电荷。
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（3） 在电极上的电子传递——电化学氧化或电 化学还原反应；
（4） 反应产物在电极表面或双电层中进行电极 反应后的转化过程，例如自电极表面的脱附，反应产 物的复合、分解或其他化学变化；
（5）反应产物形成新相，或反应产物自电极表面 向溶液本体中或向液体电极的内部传递
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在这些连续而复杂的反应过程中，一般说 来总存在着某一最慢步骤，整个电极反应过程 的动力学，就由最慢步骤的动力学所决定。若 电化学步骤最慢，则整个电极反应的反应速度， 就由电化学动力学基本规律所决定。若扩散速 度最慢，则整个电极反应有速度，就由扩散动 力学基本规律所决定。所以说，极化现象是由 电化学极化和浓差极化而引起的。
冶金原理
任务驱动22 在水溶液中电解提取纯金属
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上一章
目录
概述 任务要点一 任务要点二 任务要点三 任务要点四
极化现象 阴极过程 阳极过程 槽电压、电流效率和电能效率
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概述
电解的实质是电解能转化为化学能的过程。有色 金属的水溶液电解质电解应用在两个方面：
（1）从浸出（或经净化）的溶液中提取金属； （2）从粗金属、合金或其他冶炼中间产物（如锍） 中提取金属。
可溶性阳极反应，是粗金属等中的金属氧化溶解， 即阳极中的金属失去电子，变为离子进入溶液，例如：
Cu－2e = Cu2+ Ni－2e = Ni2+
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不可溶性阳极反应，表现为水溶液电解质 中的阴离子在阳极上失去电子的氧化反应，例 如：
2OH――2e = H2O +O2
上面说的是阴2C、l―阳―反2e应=的C主l2 要形式，当然
电解过程是阴、阳两个电极反应的综合。 当直流电通过阴极和阳极导入装有水溶液电解质 的电解槽时，水溶液电解质中的正、负离子便会分别 向阴极和阳极迁移，并同时在两个电极与溶液的界面 上发生还原与氧化反应，从而分别产出还原物与氧化 物。 在电极与溶液的界面上发生的反应叫做电极反应。
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在阴极上，发生的反应是物质得到电子的还 原反应，称为阴极反应。水溶液电解质电解过程的 阴极反应，主要是金属阳离子的还原，结果在阴极 上沉积出金属，例如：
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为了定量表述极化的程度，引入了超电位
的概念。所谓超电位（△ε）是指实际电极电
这样，在有色金属的电解生产实践中就有两种电 解过程：从浸出（或经净化）的溶液中提取金属，是 采用不溶性阳极电解，叫做电解沉积；从粗金属、合 金或其他冶炼中间产物（如锍）中提取金属，是采用 可溶性阳极电解，称为电解精炼。
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可见，两种电解是有差别的，但它们的理论基础 都遵循电化学规律。 一、电解过程
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随着时间的推移，由于电极表面负电荷增多，金属 原子离子化过程的速度将减慢，相反，金属阳离子中和速 度将增大，直到这两种速度相等为止。在此种情况下，金 属表面原子与溶液中离子之间建立起动的平衡，并在金属 表面与溶液之间存在着电位差，这种电位差就是通常所说 的平衡电极电位(εe)。
如果在最初时刻，原子离子化的速度小于离子的中 和速度，也将会完全类似地产生双电层。与上述不同之处 的是，金属表面荷有正电。
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电极的平衡电极电位是可以根据电解过程实际发 生的电极反应、电解液组成和温度等条件，按能斯 特公式进行计算，这就是说，某一电解质的理论分 解电压是可以通过计算而知的。
2、实际分解电压 当电流通过电解槽，电极 反应以明显的速度进行时，电极上的反应电位已偏 离平衡状态，而成为不可逆状态，这时的电极电位 就不是平衡电极电位，阳极电位偏正，阴极电位偏 负。这样，能使电解质溶液连续不断地发生电解反 应所必须的最小电压叫作电解质的实际上分解电压。 显然，实际分解电压比理论分解电压大，有时甚至 大很多。
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一、分解电压
1、理论分解电压 某电解质水溶液，如果认
为其欧姆电阻很小而可忽略不计，在可逆情况下
使之分解所必须的最低电压，称为理论分解电压。
显然，理论分解电压（Ve）是阳极平衡电极电位 （εe(A)）与阴极平衡电极电位（εe(K)）之差：
Ve = εe(A)－εe(K)
（22-1）
电解实践表明，任何一个电极反应都不是一步完成的， 而是一个连续的复杂过程。一般说来它包括下列几个过程体向双电层外界移动并继 续经双电层向电极表面靠近。这一阶段，在很大程度 上靠扩散速度来实现，扩散则是由于溶质在溶液本体 与双电层外界的浓度差引起的；
（2） 反应离子在电极表面或双电层中进行电极 反应前的转化过程，例如表面吸附或发生化学变化；
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实际分解电压（Vt）简称分解电压，是阳 极实际析出电位（ εK ）与阴极实际析出电位 之差：
Vf = εA－εK
(22-2)
显而易见，当得知阳、阴极在实际电解时
的偏离值——超电位时就可以算出某一电解的
实际分解电压。
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第二节 极化现象
如前所述，电解时的实际分解电压比理论分解电压要大， 有时甚至大很多，这是由于电流通过电解槽时，电极上的反 应过程偏离了平衡状态，相应的电极电位已不等于平衡电极 电位而引起的。通常将这种偏离平衡电极电位的现象称为极 化现象。
Cu2++2e = Cu Zn2++2e = Zn 在阴极反应的过程中，也有可能发生氢离子还 原析出氢的副反应： 2H++2e =H2 氢的析出对水溶液电解质的电解是不利的。
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在阳极上，发生的反应是物质失去电子的氧化反 应，称为阳极反应。如前所述，阳极有可溶与不可溶 两种，反应是不一样的。
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在此，需要重申的是，根据现代观点，当将一金 属浸没在含有该金属离子的溶液中时，在溶液与金属之 间便开始有离子交换。在浸没的最初时刻，原子离子化 以及离子中和的速度一般是彼此不相等的。如果说在最 初时刻离子化的速度大于离子的中和速度，那么金属表 面便荷有负电，并立即开始吸引正离子。因此，在电极 附近比在溶液本体中就有某地过剩的阳离子，以抵消电 极表面的过剩负电荷。
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（3） 在电极上的电子传递——电化学氧化或电 化学还原反应；
（4） 反应产物在电极表面或双电层中进行电极 反应后的转化过程，例如自电极表面的脱附，反应产 物的复合、分解或其他化学变化；
（5）反应产物形成新相，或反应产物自电极表面 向溶液本体中或向液体电极的内部传递
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在这些连续而复杂的反应过程中，一般说 来总存在着某一最慢步骤，整个电极反应过程 的动力学，就由最慢步骤的动力学所决定。若 电化学步骤最慢，则整个电极反应的反应速度， 就由电化学动力学基本规律所决定。若扩散速 度最慢，则整个电极反应有速度，就由扩散动 力学基本规律所决定。所以说，极化现象是由 电化学极化和浓差极化而引起的。
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任务驱动22 在水溶液中电解提取纯金属
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目录
概述 任务要点一 任务要点二 任务要点三 任务要点四
极化现象 阴极过程 阳极过程 槽电压、电流效率和电能效率
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概述
电解的实质是电解能转化为化学能的过程。有色 金属的水溶液电解质电解应用在两个方面：
（1）从浸出（或经净化）的溶液中提取金属； （2）从粗金属、合金或其他冶炼中间产物（如锍） 中提取金属。
可溶性阳极反应，是粗金属等中的金属氧化溶解， 即阳极中的金属失去电子，变为离子进入溶液，例如：
Cu－2e = Cu2+ Ni－2e = Ni2+
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不可溶性阳极反应，表现为水溶液电解质 中的阴离子在阳极上失去电子的氧化反应，例 如：
2OH――2e = H2O +O2
上面说的是阴2C、l―阳―反2e应=的C主l2 要形式，当然
电解过程是阴、阳两个电极反应的综合。 当直流电通过阴极和阳极导入装有水溶液电解质 的电解槽时，水溶液电解质中的正、负离子便会分别 向阴极和阳极迁移，并同时在两个电极与溶液的界面 上发生还原与氧化反应，从而分别产出还原物与氧化 物。 在电极与溶液的界面上发生的反应叫做电极反应。
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在阴极上，发生的反应是物质得到电子的还 原反应，称为阴极反应。水溶液电解质电解过程的 阴极反应，主要是金属阳离子的还原，结果在阴极 上沉积出金属，例如：
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为了定量表述极化的程度，引入了超电位
的概念。所谓超电位（△ε）是指实际电极电
这样，在有色金属的电解生产实践中就有两种电 解过程：从浸出（或经净化）的溶液中提取金属，是 采用不溶性阳极电解，叫做电解沉积；从粗金属、合 金或其他冶炼中间产物（如锍）中提取金属，是采用 可溶性阳极电解，称为电解精炼。
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可见，两种电解是有差别的，但它们的理论基础 都遵循电化学规律。 一、电解过程
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随着时间的推移，由于电极表面负电荷增多，金属 原子离子化过程的速度将减慢，相反，金属阳离子中和速 度将增大，直到这两种速度相等为止。在此种情况下，金 属表面原子与溶液中离子之间建立起动的平衡，并在金属 表面与溶液之间存在着电位差，这种电位差就是通常所说 的平衡电极电位(εe)。
如果在最初时刻，原子离子化的速度小于离子的中 和速度，也将会完全类似地产生双电层。与上述不同之处 的是，金属表面荷有正电。
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电极的平衡电极电位是可以根据电解过程实际发 生的电极反应、电解液组成和温度等条件，按能斯 特公式进行计算，这就是说，某一电解质的理论分 解电压是可以通过计算而知的。
2、实际分解电压 当电流通过电解槽，电极 反应以明显的速度进行时，电极上的反应电位已偏 离平衡状态，而成为不可逆状态，这时的电极电位 就不是平衡电极电位，阳极电位偏正，阴极电位偏 负。这样，能使电解质溶液连续不断地发生电解反 应所必须的最小电压叫作电解质的实际上分解电压。 显然，实际分解电压比理论分解电压大，有时甚至 大很多。