冶金物理化学-绪论

,冶金物理化学Physicalchemistryofmetallurgy,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,绪论,1冶金行业发展形势,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。,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。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)。,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%。,铜价为35550元/吨;铝价为11110元/吨铅价为13775元/吨;锌价为13840元/吨,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。,2冶金物理化学的地位与作用,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。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。,3冶金物理化学研究内容,相平衡,传输原理,冶金物理化学,蒸发升华熔化凝固溶解,热传输物质扩散,焙烧烧结还原氧化萃取,冶金过程理论,物理过程,化学过程,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,3冶金物理化学基本内容与研究方向,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。,冶金热力学,冶金实例1、高炉炼铁炉顶煤气成分：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。却无法实现。原因：存在化学平衡。,冶金实例,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,冶金实例,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。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。,冶金动力学,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。,冶金电化学,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。塞隆系列复合材料功能梯度材料氮化硼基复合材料,材料物理化学,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。,计算物理化学,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。,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。,国内冶金物理化学的发展,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,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,周国治,广东潮阳人，中国科学院院士，北京科技大学教授。多元熔体和合金的物理化学性质的计算氧离子迁移的理论和应用“周模型”和“周方法”,国内冶金物理化学的发展,绪论与引入（2学时）第一章溶液热力学（12学时）第二章吉布斯自由能变化（12学时）第三章相图（14学时）冶金物理化学实验（16学时）,5冶金物理化学教学安排,冶金物理化学特点：原理性内容沿袭物理化学，但涉及复杂的冶金体系，因此由原来的可逆过程、理想状态向实际转变。出现了很多衍生公式与近似模型中带来的诸多公式。学习方法：老师讲解内容为主，课本教材为辅，课外资料巩固做笔记，勤整理，理清脉络多做练习，多翻以前的基础课课本学习要求：准备16K笔记本，认真做笔记，每月检查一次按时交作业完成老师安排的其他任务,6冶金物理化学学习方法与要求,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