冶金原理课后习题及解答

1、第一章 1 冶金原理研究的主要内容包括 、和 。冶金动力学、 冶金热力学、 冶金溶液。 2 金属熔体指 、 。液态的金属、合金。 1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用 的理论和方法研究提取冶 金过程，为解决有关 问题、开拓 的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。 物理化学、技术、新 2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为 、 、 四种类型。金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。 3、冶金原理按具体的冶金对象分为 冶金原理及 冶金原理。钢铁、有色金属。 4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为 、 、 四种。在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择 ，

2、使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣。熔渣。 5、熔渣是 和 的重要产物之一。金属提炼、精炼过程。 6、熔渣是指主要由各种 熔合而成的熔体。氧化物。 7、的作用在于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。富集渣、 8、的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。精炼渣。 9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失， 要求熔渣具有较低的 、 和。粘度、密度、渣 -锍界面张力。 10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的 . 物理化学性质。 11、在生产实践中

3、， 必须根据各种冶炼过程的特点， 合理地选择 ，使之具有符 合冶炼要求的物理化学性质。熔渣成分 12、冶金过程热力学可以解决的问题有： 1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条 件下反应能否自发地向 进行： 2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行 的 ；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高 指明努力方向。预 期方向；限度；转化率。 13 大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物： 、FeO、CaO 、 SiO2 14 高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物： 、CaO 、Al2O3、 SiO2 15 熔盐 盐的熔融态液体，通常指 无机盐的熔融体 16 在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质

4、或反应产物叫 冶金熔体 17 1、应为熔盐有着与水溶液相似的性质，因此熔盐电解成为了铝、镁、衲、锂等金属唯一的 或占主导地位的生产方法。错 2、对于软化温度低的炉渣增加燃料耗量不仅能增大炉料的溶化量，而且还能进一步提高炉 子的最高温度。错 3、熔锍的性质对于有价金属与杂质的分离、冶炼过程的能耗等都有重要的影响。对 4、冶金熔体 在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物。对 5、金属熔体不仅是火法冶金过程的主要产品，而且也是冶炼过程中多相反应的直接参加 者。如炼钢中的许多物理过程和化学反应都是在钢液和炉渣之间进行的。 对 6、常见的熔盐一一由碱金属或碱土金属的卤化物、碳酸盐、硝酸盐以及磷

5、酸盐等组成。对 7、 非金属熔体包括： 熔渣、熔盐、熔硫对 1、什么事冶金熔体？它分为几种类型？ 2、什么事富集渣？它与冶炼渣的根本区别在哪里？ 3、为什么熔盐电解是驴、镁、钠、锂等金属的唯一的或占主导地位的生产方法？ 4、熔渣的副作用？ 5、熔盐的冶金应用？ 6、熔剂在精炼中的作用？ 1、我们把在火法冶金过程中处于熔融状态的反应介质和反应产物（或中间产品）称为冶金 熔体。它分为金属熔体熔渣 熔盐 熔锍四种类型。 2、 富集渣是冶炼过程中把品味低的矿通过物理化学的方法调高品味的方法，它是熔炼过程 的产物，它是颜料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工作将它们回收利用， 而冶炼渣是以矿石或精

6、矿为原料，以粗金属或熔锍为冶炼产物的冶炼过程中生成的，其 主要作用在于汇集炉料中的全部脉石、灰分及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼 产物分离。 3、铝、衲、镁、锂等金属都属于负电性金属，不能从水溶液中电解沉积出来，熔盐电解往 往成为唯一的方法。 4、 熔渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷=大大缩短了炉子的使用寿命、炉渣带走了大量热 量= 大大地增加了燃料消耗、渣中含有各种有价金属= 降低了金属的直收率 5、 在冶金领域，熔盐主要用于金属及其合金的电解生产与精炼熔盐电解法广泛应用于 铝、镁、钠、锂等轻金属和稀土金属的电解提取或精炼其它的碱金属、碱土金属，钛、 铌、钽等高熔点金属利用熔盐电解法制取合

7、金或化合物如铝锂合金、铅钙合金、稀 土铝合金、WC TiB2等某些氧化物料（如 TiO2、MgO ）的熔盐氯化，适合处理 CaO MgO含量高的高钛渣或金红石用作某些金属的熔剂精炼法提纯过程中的熔剂，例如， 为了降低粗镁中的非金属杂质和某些金属杂质，采用由碱金属和碱土金属的氯化物、氟 化物的混合熔剂进行精炼。 6、除去镁中的某些杂质在熔融的镁表面形成一层保护膜，将镁与空气隔绝防止其燃 烧。 第二章 1、三院系中的界线有低共熔线和转熔线两种。为了区分这两种性质的界线，在三元系相图 中规定了用箭头表示低共熔线下降的方向，用 箭头表示转熔线的温度下降方向。单、 双。 2、渣型的选择通常取决于熔炼时冶

8、金炉内要求达到的温度。如果熔炼的温度较高，渣型的 选择便一些，反之渣型的选择范围要 一些。宽；窄。 3、 三元系是十分重要的冶金炉渣体系，该三元系相图是研究大多数有色冶金炉渣 和碱性炼钢炉渣性的基本相图。Cao-feo-sio2。 4、 三元凝聚体系中可能存在的平衡共存的相属最大为_，最大自由度数为 。4，3 5、 在实际应用中，一般才用 和来描述三元系的相平衡。平面投影 图，等温截面图。 6、 反映了体系在指定温度下所处的相图以及体系相态随组成的变化。等温截面图 7、 一般来说，在三元相图中，对应于每一个 都有一个子三角形。无变点 8、 工业铝电解质主要含有 、和，其中和是熔剂， 是炼铝原料

9、。冰晶石、氟化铝、氧化铝，冰晶石、氟化铝，氧化铝 9、 是硫化铜矿造锍熔炼的产物，主要组成为CU2S和FeS。铜锍 10、三元凝聚体系的自由度数最多为 ，即体系的平衡状态决定于温度和两个组元的 浓度。 3 11、 要完整地表示三元系的状态，必须采用 三维空间图形 12、由浓度三角形中任一顶点向对边引一射线，则射线上所有各点含三角形其余二顶点所 表示的组元的数量比例 均相等 13、用三方棱柱体表示 以浓度三角形为底面，以垂直于浓度三角形平面的纵坐标表示 温度。 14、 在简单三元低共熔体系内，液相面和固相面之间所围的空间是由六个不同的所 构成，而不是一个整体。结晶空间 15、在冷却析晶过程中，不

10、断发生液、固相之间的相变化，液相组成和固相组成也不断改 变，但体系的 是不变的 总组成（即原始熔体的组成 M 点） 16、按照直线规则和杠杆规则，液相点、固相点和体系点在任何时刻都必须处于 一条直线上。 17、 在析晶的不同阶段，根据液相点或固相点的位置可以确定组成点的位置。 另一相 18、 利用杠杆规则，可以计算出某一温度下体系中的 液相量和固相量 19、 一般来说，在三元相图中，对应于每一个无变点都有 一个子三角形 20、如果原始熔体的组成落在某个子三角形内，则液相必定在其相应的无变点（低共熔点） 结束析晶 21、 判断界线上的温度走向的规则 连线规则 22 界线上温度降低的方向用 表示

11、箭头 23、在浓度三角形的边线上，箭头由三角形顶点（化合物组成点）指向转熔点（如，再由 转熔点指向 低共熔点 24、 在浓度三角形内部，界线上的箭头由二元低共熔点指向 或由二元转熔点指向三 元转熔点，再由三元转熔点指向三元低共熔点三元低共熔点 25、三元低共熔点是所划分的独立三角形中温度的 最低点 26 三元系中有低共熔和 两种不同性质的界线转熔 27、 判定界线性质的一般方法 切线规则 28、 用 表示低共熔线上温度降低的方向，用 表示转熔线上温度降低的方向 单箭头 双箭头 29、三元相图中的每一个无变点都对应于一个子三角形，它是由与该无变点液相平衡的 连成的 三个晶相组成点 30、 转熔点

12、不一定是析晶过程的终点，视 是否在对应的子三角形之内而定 物系点 1、等温截面图： 在一定温度下的等温截面与立体相图相截，所得截面在浓度三角形上的投影。 2、结晶区：在液相面与固相面之间的空间。 3、界线：两个液相面相交得到的空间曲线。 4、一致熔融化合物：在熔融时所产生液相的组成与化合物固相的组成完全相同的化合物。 5、温度最高点规则：让一界线与其相应的连线相交，所得交点既是该界线的温度最高点， 同时也是该连线上的温度最低点。 6、凝聚体系：不含气相或气相可以忽略的体系。 7、不一致熔融化合物：如果一个化合物被加热至某一温度是发生分解，形成一个液相和另 一个固相，且二者的组成皆不同不同于化合

13、物固相的组成， 则该化合物为不一致熔融化合物。 1、如果三元系中之生成一致熔融化合物，那么久可以将该三元系划分成若干个独立的简单 子三元系。对 2、不一致熔融化合物是一种不稳定的化合物，它既可以是二元化合物，也可以是三元化合 物。对 3、C2S、CS、C3S2 均为一致熔融化合物。错 4、当电解温度大于 960 时，三氧化二铝在电解质中的溶解度不大。错 5、从 Fe-S 二元系相图可知，含硫量增大将导致铁的熔点降低。对 6、在一定的温度下，随着含铁量得增加，将不断有铜铁合金相析出；而当含铁量一定时， 随着温度的降低，铜铁合金也会从熔体中析出。对 7、 相律是多相平衡中最基本的规律，其一般的规律

14、为：f=c- C +2,其中C为组分数。错 8、重心原理所讲重心是浓度三角形的几何重心。错 9、在分析三元系相图过程中,要注意： 界线性质与相应化合物的性质没有明显关系。 生成 不一致化合物的体系不一定出现转熔线, 而生成一致熔融化合物的体系中一定之出现低共熔 线。错 10、在火法冶炼过程中, 渣型的选择通常取决于冶金炉内要求达到的温度, 如果熔炼的温度 较高,渣型的选择范围可窄一些。错 1、式说明绘制三元系状态图的等温截面图的主要步骤。 2、浓度三角形的性质有哪些？ 3、简述重心原理。 4、分析实际三元系相图的基本步骤有哪些？ 5、 分析复杂三元系中任意熔体M的冷却结晶步骤有哪些？ 1若绘制

15、该体系在 T4温度下的等温截面图，则步骤如下：首先将图a中除T4外的等温线 去掉，找出T4温度下的等温线与界线的交点d，连接交点与界线两边的固相组成点构成一 个接线三角形，所围成的区域为（L+B+C三项区，扇形区域AabA、CcdC分别是固相 A/B 和C的液相平衡共存两项区（L+A）、（ L+B）、（ L+C）区域abcdea显然是一个单一液相区，最 后去掉所有的界线,并在每个区域内标出所存在的物相,这样就得到了等温截面图。 2、浓度三角形的性质有等含量规则、等比例规则、背向规则、直线规则、交叉位规则、共轭 位规则和重心原理。 3、在浓度三角形 ABC中，当由物系 M、N和Q构成一新物系P时

16、，则物系P的组成点必 定落在三角形 MNQ 的重心位置上,这就是重心原理。 4、1）判断化合物的性质； 2）划分三角形 3 ）确定界线的性质 4）判断无变点的性质 5、1）根据给点熔体 M 的组成,在浓度三角形中找出 M 点的位置； 2） 由 M 点所在的等温线,确定熔体M 开始结晶的温度； 3）根据 M 点所在的初晶面,确定开始析出的晶体组成； 4）根据 M 点所在的子三角形,确定冷却结晶的终点以及洁净中辽的固相组成。 6 图为生成一个三元化合物的三元相图, 判断三元化合物N的性质 标出界线的温度降低方向 指出无变点K、L、M的性质，写出它们的平衡反应； （4）分析熔体1、2的冷却过程 解：

17、（1）因N点不在（N）初晶面内，故三元化合物为不一致熔融化合物 （2）见图 Ae3B (3) L点位于相应的子三角形CNB之内，因此是低共熔点 丄tC+N+B M点位于相应的 子三角形ACN之内，因此是低共熔点，Lt A+C+N (4) 熔体 1,液相:1t (L t N,f=2)g t (t t C+N,f=1)L(L t C+N+B),固相：NT (N+C)d t (A+N+C)1 熔体 2,液相：2t( L+B,f=2 )Ct (L t A+B,f=1)k(L+A t V+B,f=0) t (L t N+B,f=1)L(L t C+N+B) 试说明绘制三元系状态图的等温截面的主要步骤？

18、答：1将平面投影图中给定温度以外的等温线，温度高于给定温度的部分界限（fel）去掉。 2将界限与给定温度下的等温线的交叉点（ f ）与该界限对应的二组元的组成的连接， 形成结线三角形BfC. 3去掉余下的界限(Ef,Ee2,Ee3) 4在液-固相区画出一系列结线 5标出各相区的平衡物相 6用边界规则检查所绘制的等温面图 在进行三元系中某一熔体的冷却过程分析时，有哪些基本规律？ 答：1背向规则2 杠杆规则3直线规则4连线规则 5三角形规则 6 重心规则7切线规则8共轭规则等 分析熔体冷却过程时 a:液相点总是沿着温度下降的方向移动的，液相点，原始点与固相点始终在一条直线上，且 原始物系点必定在固

19、相点与液相点之间，他们之间的质量关系符合杠杆原理。 b：结晶终了时，液相点与固相点的变化路径首位相连，合为一条折线。 C：在包括三元转熔反应的冷却结晶过程中，如果被回吸组分在析晶过程中消耗完，则剩余 的液相发生穿越所生成组元初晶区的现象。 8试根据氧化钙-二氧化硅-三氧化二铝系相图说明组成为(WB/%)氧化钙40.53二氧化硅 32.94三氧化二铝17.23氧化镁2,55的熔渣冷却过程中液相及固相成分的变化。 解： 炉渣的刀w=93.25%,需将其重新换算，使三组分 （MgO计入CaO组分之内）之和为100%因此 刀wcao=46.20%,刀sio2=35.32%,刀a2O3=18.48%,因

20、此，炉渣的组成点位于 ACS-CAS-QS2内的 O点 当组成点为O的此渣冷却到此渣系所在的等温线所示的温度时，开始析出C2AS相，温 度下降时不断析出 C2AS相，液相沿O-O-P-E变化，在OP段析出二元共晶 GS2-C2AS,在P点 进行转熔反应L+ C3S2= C2AS+CS沿PZ线段析出二元共晶体 CS- C2AS在E点析出三元共晶 体CS- C3$- C 2AS.而固相成分沿 GAS-a-b-c-o 变化 7如何判断无变点的性质？它与化合物的性质和界限的性质有何关联？如果某三元系中只 生成了一致熔融化合物，该体系中有可能出现转熔点吗？ 答：在浓度三角形中， 一致熔融化合物的组成点落

21、在自己的初晶面之内， 不一致熔融化合物 的组成点都落在自己的初晶面之外。 根据无变点与其相对应子三角形的相对位置关系来确定该无变点的性质，即是低共熔点 还是转熔点。 无变点的性质与相应化合物的性质和界限的性质没有必然联系，如果某三元系中只生产 了一致熔融化合物，该体系中有可能出现转熔点。 第三章 1、一般来说，在发生相变时物质的各种性质都会发生变化，相变过程的热效应可视为原子 间结合力变化的标志。对 2、液体的性质和结构究竟更接近于固态还是更接近于气态，主要取决于液体的结构特点。 错 3、液态金属与固态金属的原子间结合力差别很小。对 4、液态金属与熔盐的结构相同，均为进程有序，远程无序。对 4

22、、 熔渣从金属液中吸收有害杂质硫及磷的能力决定于渣中存在的自由CaO。对 5、温度对不同种类的熔体的电导率的影响相同。错 6、结构起伏的尺寸大小与温度有关，温度越高，结构起伏的尺寸越大。错 7、阴离子与阳离子间的库伦作用力是决定溶液热力学和结构性质的主要因素。对 8、大多数金属熔化后电阻减小，并且随温度升高而减小。错 9、金属在液态和固态下原子的分布答题相同，原子间结合力相近。对 10、熔盐熔化时的体积增加是自由体积的增加。错 11、 一般认为空穴是在作为谐振子的球状的阴阳离子间形成的，空穴体积相当于熔融时体积 膨胀量，空穴的分布是均匀的。对 12、金属原子与氧原子的电负性相差越大， 离子键分

23、数越大， 氧化物离解为简单离子的趋势 也越大。对 13、氧化物离解为简单离子的趋势取决于氧化物中阳离子与氧离子的作用力。对 14、一般来说，场强越大则氧化物的酸性越强；场强越小则氧化物的碱性越小。错 单键强度越大，氧化物的酸性越强；反之，单键强度越小，氧化物碱性越强。对 15、对于同一种金属，通常其高价氧化物显示酸性或两性，低价氧化物表现为碱性。对 16、随着温度升高，低聚物浓度降低。错 17、温度对不同种类的熔体的电导率的影响相同。错 18、冶金熔体的结构主要取决于质点间的交互作用能。对 19、冶金熔体的结构：指冶金熔体中各种质点的排列状态。对 20、熔体结构主要取决于质点间的交互作用能。对

24、冶金熔体的物理化学性质与其结构密切 相关。对 21、 相对于固态和气态，人们对液态结构，尤其是冶金熔体结构的认识还很不够对 22、 不同的冶金熔体具有明显不同的结构和性质对 1、典型的晶体结构有三种： 、 和 。面心立方、体心立方、 密堆立方 2、根据氧化物对氧离子的行为，可以将它们分为 、 和 酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物。 3、 电荷小、半径大、活动性较大的阳离子，争夺氧的能力很弱，这种阳离子称为。 便网离子 4、 通常熔渣的热力学模型有 、和。分子理论模型、聚合 物模型、理想离子溶液模型 5、 马森模型可分为和两种。直链模型、支链模型 6、 熔体结构主要取决于质点间的 交互作用能

25、7、 金熔体的物理化学性质与其 密切相关结构 8、 通常情况下，冶金熔体的结构和性质更接近于其 固态 9、 在熔点附近液态金属和固态金属具有相同的 和 结合键 近似的原 子间结合力 10、原子的热运动特性大致相同，原子在大部分时间仍是在其平衡位（结点）附近振动, 只有少数原子从位以跳跃方式移动一平衡位向另一平衡位 11、金属熔体在过热度不高的温度下具有 的结构 准晶态 12、熔体中接近中心原子处原子基本上呈 的分布，与晶体中的相同（保持了 近程序）；在稍远处原子的分布几乎是 的有序无序 13、熔渣的氧化能力决定于其中未与SiO2或其他酸性氧化物结合的 的浓度 自由FeO 14、熔渣从金属液中吸

26、收有害杂质S及P的能力决定于渣中存在的 自由 CaO; 15、只有在的情况下，熔渣才能被视为理想溶液稀溶液 16、可用表示阳阴离子间的作用力 一一阳离子的静电场强。zCdd 17、酸性氧化物的阳离子静电场强一般大于 越强 18、碱性氧化物的阳离子静电场强一般小于 越强。 19、对于同一种金属，通常其高价氧化物显 酸性或两性 碱性， 20、渣中阳离子及阴离子的分布显示 _ 性 1.010冶金熔体的结构：是指冶金熔体中各种质点的排列状态。 成网离子：电荷大、半径小、电离势大的阳离子，争夺氧的能力强。 1、熔体的聚合程度是如何表示的，它与熔体的结构有何关系？ 2、简述捷母金理想离子溶液模型的要点。

27、简述弗鲁徳离子溶液模型的要点。 1、熔体的聚合程度通常是用平衡常数表述的，平衡常数越大，其聚合程度越高，平衡常数 越小，其聚合程度越低。 2、1）熔渣完全由离子组成，包括简单阳离子、简单阴离子和复杂阴离子； 2）熔渣中阳离子与阳离子、阴离子与阴离子的混合分别为理想混合。 3、1）熔渣完全由离子组成，包括简单阳离子、简单阴离子和复杂阴离子。 m3场强越大则氧化物的酸性 0.6102m3场强越小则氧化物的碱性 ，而其低价氧化物显 ，出现了有序态的离子团。微观不均匀 2 )阳离子与阳离子、阴离子与阴离子的混合分别为理想混合。 试分析Ba-0,AI-0键的性质？ 解：要判断键的性质，首先计标其离子键分

28、数 离子键分数=1-exp-1/4(x a-x o)2 x a和xo分别表示金属(或准金属)原子积和原子的电 负性 由教材 P60求 3-2 知 x 0=3.44 x Ba=0.98 x ai=1.61 对于Ba-0而言 2 离子键分数=1-exp-1/4(0.98-3.44)=1-exp(-1.626)=0.803 对于Al-O而言 离子键分数=1-exp-1/4(1.61-3.44)2=1-exp(-0.837)=0.567 某矿渣成分(w/%) FeO 13.3,MnO 5.1,CaO 38.2,MgO 14.7,SiO2 28.1，P2C5 O.6.分别用捷 姆金和弗鲁德理想离子溶液模

29、型计算渣中FeO的活度 解：1捷姆金理想溶液模型： 假定熔渣中存在Fe2+、Mf、Cu2+、Md+、O、SiO4-、PQ3-、 氧化物 FeO MnO CaO MnO SiO2 P2Q w/% 13.3 5.1 38.2 14.7 28.1 0.6 物质的量 0.186 0.072 0.682 0.368 0.408 0.004 溶液中碱性氧化物按下列反应离解为相应的金属阳离子和氧阴离子 FeO=Fe2+ 当金属熔体与熔渣接触时，若两者的界面张力太小，则金属易分散于熔渣中，造成有价 金属的损失， 只有当两者的界面张力足够大时， 分散在熔渣中的金属微滴才会聚集长大， 并 沉降下来，从而与熔渣分离

30、。 造成该厂铅损失的原因是因为鼓风炉炉渣与铅熔体两者界面张力太小，采取的措施为调整炉 渣的组成。 第五章 1、在高炉冶炼及炼钢生产中，高碱度渣有利于金属液中硫和磷的脱除。对 2、一般来说，酸度小于或等于 1 的渣属于碱性渣。对 3、熔渣中三氧化二铁的含量越低，熔渣的氧化性越强。错 4、随着熔渣氧势和碱度的提高以及温度的降低，熔渣的氧化性降低。错 5、熔渣的氧化性只与其中能提供氧的组分的含量有关。对 6、随着CaO含量的增大，硫容迅速增大。对 7、氧化渣能很好地阻隔炉气中的氮与金属液的作用。对 1、熔渣的碱度：是指熔渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化物含量之比。 2、熔渣的酸度： 熔渣中所有酸

31、性氧化物的氧的质量之和与所有碱性氧化物的氧的质量之和。 3、氧化渣：是指能向与之接触的金属液供给氧，使其中的杂质元素氧化的熔渣。 4、还原渣：能从金属液中吸收氧、使金属液发生脱氧过程的熔渣 1、 熔渣的氧势是熔渣氧化能力的标志，其值越大，熔渣的氧化能力。越强 2、 一般来说，随着温度的升高，硫容 。增大 3、熔渣的碱度或酸度表示炉渣酸碱性的 相对强弱 。 4、 熔渣的化学性质主要决定于其中占优势的氧化物所显示的 化学性质。 5、 用熔渣中碱性氧化物与酸性氧化物浓度的 表示熔渣的碱度或酸度 相对含量 6、 对于高炉渣，碱度大于1的渣是，碱度小于1的渣是 碱性渣 酸性渣 7、 对于炼钢渣，碱性渣的

32、碱度约为 23.5。 8有色冶金中，习惯上用 表示熔渣的酸碱性酸度(硅酸度) 9、在离子理论中，用渣中自由02一的活度的大小作为熔渣酸碱性的 。活度越大， 则熔渣的碱度越大；反之，活度越小，则熔渣的酸度越大。量度 10、 熔渣可分为两种： 和 氧化渣、还原渣 11、 熔渣的供氧能力或吸收氧的能力取决于熔渣中与金属液中 的相对大小氧势 12、 当熔渣中的氧势大于金属液中的氧势时，此炉渣为 氧化性渣 13、 当熔渣中的氧势小于金属液中的氧势时，此炉渣为 还原性渣 14、 熔渣的氧化性用渣中 的含量进行表征能提供氧的组分 15、 钢铁冶金中，用渣中 的含量来表示熔渣的氧化性氧化亚铁(FeO) 16、

33、 离子溶液模型的作用是计算熔渣组元 活度 17、 经典热力学模型 一一假定硅酸盐熔渣中的各种 之间存在着聚合型的化学反应平 衡。利用这类聚合反应的平衡常数可计算熔渣组元的活度。复合阴离子和氧离子 18、 碱度高时，A12O3呈酸性，与渣中 CaO结合，故asm随着AJOs含量的增加而 增大 佃、碱度低时，A12O3呈碱性，与渣中 SiO2结合，故asiO2随着A12O3含量的增加而 减小 20、统计热力学模型一一利用统计方法分别由离子间的作用能(用混合热表示)和离子分 布的组态来计算离子溶液形成的偏摩尔焓变量和偏摩尔熵变量，再由此计算出熔渣组元的 活度。 1熔渣的氧化性是如何表示的？ 1熔渣的

34、氧化性表示当熔渣与金属液接触时，熔渣向金属液提高氧的能力，一般以熔渣中 能提供氧的含量来表示。 2、什么是熔渣的碱度和酸度？ 2、熔渣的碱度是指熔渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化物含量之比； 熔渣的酸度：熔渣中所有酸性氧化物的氧的质量之和与所有碱性氧化物的氧的质量之和。 一工厂炉渣的组成为(WB% sio 244.5、CaO13.8、FeO36.8、MgO4.9,试计标该炉渣的酸度和 碱度。 解：R=( VCao+WMg)Wio2=(13.8+4.9)/44.5=0.42 r=刀Wo酸性氧化物”刀Wo (碱性氧化物) =Wo(sio 2)/Wo(CaO)+Wo (MgO +Wo(FeO)

35、=(44.5*32/60)/(13.8*16/56+36.8*16/71.8+4.9*16/40) =1.68 已知某炉渣的组成为(W%) CaO 20.78 sio 220.50 FeO38.86 Fe2Q4.98 MgO10.51 Mn O2.51 P2Q1.67，试用四种不同的碱度表达式计标该炉渣的碱度。 解;1) R=W cao/ WSIO2 =20.7/20.5=1.01 2) 对于Al 2Q或MgO含量较高的渣 R= Wao/( Wi2+Wl2O3) R=( W：ao+WgO/( W SIO2+Wl2o3 此题中无AI2O，仅MgO含量较高，故 R=( Wao+WgO/ W SIO

36、2 =(20.78+10.51)/20.50=1.53 3) 对于含P2O较高的渣 R=Wcao/( WIo2+VP2o3) =20.78/(20.50+1.67)=0.94 4) 一般炉渣，既要考虑CaO和sio 2对碱度的影响，也要考虑其他主要氧化物如MgO MnO RC5、AI2Q等对碱度的影响 R= ( Wio+Wgo+WlNO /( W SIO2+ WAl2O3+ Wp2o) =(20.78+10.51+2.51)/(20.50+0+1.67)=1.52 利用CaO-Al26SiO2系等溶度曲线图求1600C时组成为(WB% CaO26 sio 243、MgO4 AI2O20、P2Q

37、7的熔渣中SiO2和AI2Q的活度 解：设熔渣为100g,则有 CaOSiO2 MgO Al 2Q P2Q W (g) 26 43 4 20 7 MB 56 60 40 102 142 Nb(mol) 0.464 0.717 0.1 0.196 0.049 X） 0.304 0.470 0.066 0.128 0.032 由表中数据可得 刀 xCaO=x(CaO+MgO)=0.370 刀xSiO2 =x(SiO 2+ P2Q)=0.502 x Al 20=0.128 由CaO-Al2Q-SiO2等活度曲线图查得: a SiO2=0.2+0.2/5=0.24 a Al 20=0.03+0.02/

38、3=0.037 已知某熔渣的组成为（WB%） : CaO 35 Sio 220 FeO20 Fe 2O4 MgO 5 MnO8 P 2Q 8.试利用 CaO-FeO-SiQ系等活度曲线图，求1600C时渣中FeO的活度及活度系数。 解：由教材图5-9中熔渣组分的浓度是用摩尔分数（Xb）表示的，因此需先算出各组分的摩 尔数和摩尔分数（100g熔渣计） CaO Sio 2 MgO FeO MnO P2O5 nB 0.625 0.333 0.124 0.329 0.113 0.056 Xb 0.402 0.211 0.078 0.208 0.072 0.036 由表中数据可得： 刀 x CaO=x(

39、CaO+MgO+M nO)=0.546刀X Sio 2=x(Sio 2+ P 205)=0.246 由5-9得氧化铁的活度a FeO=0.663 则 a FeO=x FeO* 丫 FeS 丫 FeO=3.19 已知某炉渣的碱度为2.5 , x FeO为15%试利用CaO-Fe-SiO2系等活度曲线图，求1600 C 时熔渣中FeO的活度及活度系数 解：因为 x CaO/ X Sio 2=2.5 x CaO+ x Sio2+x FeO=1 所以 x CaO=1- x Sio 2-0.15 而 2.5 x Sio 2+ x Sio 2=1-0.15 x Sio2=0.243=24.3% x CaO

40、=60.7% 查图 5-9 得 a Fe=0.61 a FeO= x FeO* 丫 FeO 丫 FeO=O.61/O.15=4.O7 什么是熔渣的碱度和酸度？ 答：碱度 熔渣中主要碱性氧化物含量与主要酸性氧化物含量(质量)之比，用R (B、 V)表示。当 R1，呈碱性。R*F20,则 Hi0- tusH a00,即 Hi0 Hb0 也就是说，由于反应物A熔化，在焙烧温度时 H5突然变小，dln(p 0/pB)/dT也突然变小， ln(p 0/p b)-T曲线向上转折，在温度高于反应物A的熔化温度时，曲线变陡。 同理，当生成物AB熔化时 fusHAB0,熔化温度处 H0突然增大，ln(p 0/p

41、 b)-T曲线向下转 折，在温度高于 AB熔点时，曲线变平坦。 * 0 0 试根据式ln p o2(MeO)= fGm(MeO)+InP说明氧势 RTln(p 02/p )中p2项的物理意义 解：Po2为氧化物MeC在给定温度下的离解压，即氧的分压。 已知反应 Li 2CO=Li 2O(S)+CO 的 rGn=32583i-288.4T J/mol(1000-1125K) 试求(1)分解压与温度的关系 (2) 当气相Pco2和总压分别为0.2p 0和p0时，计标其开始分解温度和化学沸腾温度。 (3) 将imol Li 2CO置于22.4L密封容器中控制温度为700C，求Li 2CQ的分解压。

42、解：(1) ln Pco 2-lnp 0=- rGm0/RT ln(Pco2/ p 0)=-39191/T+34.69 In Pco2=- rGn/RT+ lnp 0=(288.4T-325831)/8.314T=-39191/T+46.2 (2) 当 Pco2=0.2P 0时 39191/T=36.3 tT=1079.6K 当 Pco2= P 0时 T=1129.9K (3) 当 T=700 C 时 ln Pco 2=-39191/(700+273)+46.2 Pco 2=372.8Pa 根据克拉伯龙方程 -3 PV=nRT n=PV/RT=372.8*22.4*10-3/8.314*973

43、=0.0010 容器中Li 2CQ的分解率仅为0.1% 已知反应 LaN(s)=La(s)+N 2/2 的厶 rGn=301328-104.5T J/mol (298-1000K), 试求 1000K 时 LaN的分解压。 0 0.5*0 解： Kp=(PN2/P0)0.5 rGm*=-RTlnKp=-/2RTln(PN 2/P0) 0 * * 0 Lnp N2 -Lnp =-2 rGn/RT Lnp n2=-2 rGn/RT+ Lnp =-72486.9/T+36.7 当 T=1000K 时 LnpN2=-15.48PN2=2.83*10 -16Pa 已知2000K时，当气相氮分压为 0.1

44、3Pa时氮在金属铌中的溶解度为1.12mol%，求同温度下， 氧分压为130Pa,氮在铌中的溶解度？ 解：根据西华特定律 C (A) =ksV Pa2 (ks 为常数) 当气相氮分压为 0.13Pa时 C (A) =1.12% 所以 ks=3.11 当 =130Pa 时 C ( N2) =3.16* V 130=36.0mol% 为了除去氩气中的 Q，将氩气通入600 C时盛有铜屑的不锈钢管中， 利用铜吸收氧，试求(a) 设过程达到平衡，计标经上述处理，氩气中氧的平衡分压 (b)如果将炉温分别提高到 900 C 或下降到400C，试问Ar中氧含量各有变化？ 注：CsO 的厶 f G* =-18

45、4576+78.0T 解：(a)这里，铜为 1 价，因此 fG：u2O=2A fG*=-2*184576+156.0T * 0 fGu2O=-RTIn(Po 2/p ) t InP o2=-44401.3/T+30.29 当 T=600+273=873K时 LnPo2=-20.57 P o2=1.16*10 -9Pa (b)当 T=900+273=1173K 时 LnPo2=-7.56 Po2=5.19*10 -4Pa氩气中氧含量下降 当 T=400+273=673K时 LnPo2=-35.96 P o2=3.18*10 - Pa氩气中氧含量升高 已知反应 2Ni(S) + O2 = 2NiO

46、(s)的=6勺(即6(呵)与温度的关系为： rG花. ：fG(Ni。)= - 523756 + 217.2 T J mol-1 求(a)在Ni和NiO均为固相的温度范围内 NiO的分解压与温度的关系及1725K时的P2(nq) 值； (b)在空气中欲通过 NiO的分解制取金属镍的最低温度； (c)在空气中NiO分解过程的“ T沸”。 解：(a)根据式7-4得： 1725K 时： (b) 根据式7-6得： T 开=-27354/(Ig0.21-11.34) = 2275 K (c) 根据式7-7得： T沸二 A/BH -27354/( -11.34) 2412 (K) 第八章 1、 是以图的形式

47、表示系统内平衡状态与热力学参数的关系。热力学平衡图 2、 掌握热力学平衡图的 和，并正确运用它以分析冶金中的问题是十分 重要的。绘制原理、方法 3、 相律是表征平衡体系内 、和之间的关系的定律。自由度 数、独立组元数、相数 4、 在热力学平衡图的绘制过程中， 的作用主要是确定图中各稳定区域、平衡线以及交点上应有的凝聚物质的种类数。相律 5、平衡原理用于研究复杂体系中 与的平衡情况，以及气相内各组分之间的 平衡情况。凝聚相、气相 6、热力学平衡图是以的形式表示系统中物质稳定存在的形态与热力学参数之间的 关系 图 7、 平衡图的计算主要是求出各种物质稳定区的 分界线 8、 各物质稳定区的分界线实际

48、上是物质间的 平衡线 9、 相律的主要作用是确定平衡图中各稳定区域、平衡线以及交点上凝聚态化合物的 种类数 10、所有化合物的稳定性均随温度升高而 11、对多价元素而言，其低价和高价化合物的稳定性随 12、相对来说，高温时低价化合物较稳定，高价化合物只在 减小 变化的趋势不同。温度 下较稳定。低温 基础 14、仅从热力学上考虑， 获得与该稳定区对应的 若要获得铁的氧化物，则需要在 若要得到铁的硫酸盐，则需要在 硫酸化焙烧要求气氛中有较大 15、 16、 17、 在一定温度下焙烧时，只要保持气相组成在稳定区内变化，就可以 凝聚相产物 下焙烧 下焙烧 SO2分压 较高温度（800 较低温度（600

49、 C) C) 18 1 当气相傀2心）/（%心）1 2 3 4 5值一定时, pTiCl4 / 片002 定； 19、 20、 在焙烧体系中，凝聚相活度 由于固溶体或复杂化合物的生成，将使该化合物的活度显著 杂化合物形态存在的反应物有较大的稳定减小 不为1 ;以固溶体或复 13、金属硫化物的高温化学过程是硫化矿现代处理方法的 21、 WpH图是在给定温度和组分的 （浓度）或气体逸度（分压）下，表示电势（巴 ,Eh ）与pH的关系图 活度 22、 化合物在水溶液中的稳定性大多与水溶液的 值有关 pH 23、 在绘制WpH图时，规定使用 ，氧化态、电子 e、H+写在反应方程式的左边， 还原态写在反

50、应式的右边；还原电势 24、在水溶液中Au被氧化 不可能 25、 工业上常用 从铜、镍、钴的硫化矿、氧化矿中提取铜、镍、钴氨络合浸出法 26、 在一定条件下CuCl2、SbCl5等可作为相应金属的氧化剂硫化矿 1、 1）查明系统物质的种类及其热力学性质；2）相律分析；3）初步确定有效反应；4）热 力学计算；5 ）根据计算结果绘制成平衡图。 2、 1）确定体系中可能发生的各类反应，写出每个反应的平衡方程式；2 ）由热力学数据计 算反应的标准生成吉布斯自由能，求出平衡常数 K ； 3）写出各个反应的电势与 PH的关系； 4）求出各个反应在指定离子活度或气相分压条件下的电势与PH的关系式；5）绘制电

51、位 PH图。 金属氧化物酸浸出的条件： 溶液中的电势和 pH值都处于Me2+的稳定的区内; 溶液的pH值小于平衡pH值； 当Me2+的活度为1时，要求pH(-8.5-7.5),-0.52,便可实现镍铜分离。 某物料的主要成分为 CuO和FeO,在浸出进程中采用什么措施可以使两者分离? 解：根据某些金属氧化物 pH知 氧化物 FeO CuO PH298 6.8 3.95 在常温下，浸出过程只要控制PH PH，其氧化物将不能被浸出，故只要控制PH3.95,则 只有FeO被浸出而CuO不能浸出，变可实现二者的分离。 试根据图分析，当 ZnS CuFeS、NiS、FeS、CuS进行氧化浸出时，25C下

52、为使硫以元素形 态产出，各自所需的条件，在工业易于达到的条件下，CuS用Q,能否得到元素硫。 解：ZnS CuFeS、NiS、FeS、CuS进行氧化浸出时，25C下为使硫以元素形态产出，各自所 需的条件为 ZnS 0 0.265 PH0.221 PH0.139 PH0.066 PH0.59 PH-6.84 到-2.52 在氧化的条件下进行浸出，在工业上易于实现的条件下进行浸出，只能得到Me+和HSO2-或 SCO2-. 试根据图说明ZnO浸出时Zn2+或ZnQ2-活度对浸出的影响。 L2 0.K ()4 U K 1.2 -1 6 图U-H2O系的-pH图（25C,溶解物种活度为10-3） 2+

53、2+ 解：Zn活度降低，Zn稳定存在的区域扩大，有利于浸出； ZnO 22-活度降低，Zn O2-稳定区域扩大，有利于浸出。 试根据两图，从热力学上分析用金属锌作为还原剂从 CuSO溶液中置换铜是否恰当。 pH 图25C（实线）和100C（虚线）时 Zn-Fe-HzO系的-pH图 2+2+ 解：从图可以看出，当Zn和Cu活度为1时， Zn 2+与Zn的平衡线处于 a线之下，Zn可将H2O中H还原为H2 而Cu与Cu2+的平衡线位于a线和b线之间，故Zn可将Cu2+还原为Cu,故用金属锌作 为还原剂从CuSQ溶液中置换铜是恰当的。 已知1100K将钨的氧化物进行氯化时生成 WOCI4、WO2CI

54、2、WCI6等气 当温度高于交点温度，则稳定的为 当温度低于交点温度，则稳定的为 。平衡、金属、金属氧化物 4、 金属一氧固溶体 CO还原反应平衡时气相成分取决于 和.温度、氧 的浓度 5、 影响熔渣中氧化物还原的因素有 、和A元素在金 属相得活度系数。温度、熔渣的成分、气相CO的压强。 6、 在高炉炼铁过程中为生产高硅铸铁就应采用 、，为了脱磷、硫、碳 应采用。高温、高酸度；到碱度 7、在标准状态下金属热还原反应进行的条件 MeA) ：fG（XA）： 8、真空条件在热力学上的贡献主要是 。使还原反应的起始温度降低 10、 在真空条件下进行的还原过程称为 。真空还原 11、 有色金属矿物大多数

55、是硫化物或 氧化物 12、 炼铁所用矿物及很多冶金中间产品主要是 氧化物形态 13、 钛、锆、铪等金属的冶金中间产品为 氯化物 14、 用位于 4比T图的曲线所表示的金属作还原剂，还原位于曲-T图上 方曲线所表示的金属氧化物（氯化物、氟化物）以制取金属下方 15、在标准状态下，在氧势图（或氯势图等）中位置 MeA的元素才能作为还 原剂将MeA还原 低于 16、当生成物XA不是纯物质，而是处于某种溶液（熔体）中或形成另一复杂化合物时，其 活度，对反应有利小于1 17、当反应物 MeA及还原剂X处于溶液状态，或以复杂化合物形态存在时， 还原反应。不利于 18、 碳的高价氧化物（CO2）和低价氧化物

56、（CO）的稳定性随 而变 温度 19、 温度升高，CO稳定性增大，而 CO2稳定性 减小 20、 在高温下，CO2能与碳反应生成 CO，而在低温下，CO会发生 ，生成 CO2和沉积碳歧化 21、 如存在过剩氧，燃烧产物将取决于温度；温度 ，愈有利于 CO的生成 愈 高 22、 氧化物的AfG*愈小，用CO还原时，气体中 CO/ CO2值就 愈大。 23、 氢的成本较高，作为金属氧化物的还原在冶金生产中的应用不如用的应用 广泛 C和CO 24、 在某些特殊情况下，例如钨、钼等氧化物的还原，只有用作还原剂，才会 得到纯度高、不含碳的钨、钼的粉末氢 25、 在1083 K （ 810 oC）以上，出

57、 的还原能力较 CO 强 26、 H2在高温下具有较强的 ，且生成的 出0较易除去；还原能力 27、 H2还原反应都是 吸热反应，曲线皆向下倾斜，温度升高、H2平衡浓度 降 低 28、 当温度一定时，氧的活度愈大，平衡Pco2 / PcO值 愈大 1、碳能还原全部金属的氧化物。错 2、碳对氧的亲和势随温度的升高而增大。对 3、钠、钙、镁是氯化物体系最强的还原剂。对 4、 布多尔反应随温度升高其平衡常数增大，不利于反应向生产CO的方向进行。错 5、根据吕查德理原理，压强增大有利于反应向增加体积的方向进行。错 6、布多尔反应是体积增加的反应。对 7、降低Al2O3的活度对铝还原不利。错 8、用铝热

58、法生产钨铁时，加入铁屑对过程有利。对 9、对产生气体反应的热还原而言，降低系统的压强，将有利于还原过程。对 10、在硅热法还原 MeO的过程中，随着镁蒸汽压的降低，起始温度升高。错 1、简述选择还原剂的基本要求。 2、影响还原效果的因素有哪些？ 1、1)对 A 的亲和势比 Me 大； 2)还原的产物 XA 易与产出的金属分离； 3)还原剂不污染 产品； 4)低价易得。 2、2)还原剂的性质； 2)添加剂； 3)系统的压强 求碳气化反应在1273K,总压为2*10 5时气相CO的平衡浓度。 解： C(s) +CO(g) =2CO(g) rGn=170707-174.47T J/mol 根据上式得

59、， 1273K 时 LgKP0=(-170707+174.47T)/19.147T =(-170707+174.47*1273)/19.147*1273=2.109 KP0=128.4 代入下式 Pco/P =V (K p02/4)+ K p*P/P - K p/2 = V (128.4 74)+128.4*2*105/11325=1.97 o C(=卜 K p/2+ V (K p2/4)+ K p*Pc/pO)* P *1% 55 =(197*1.1325*15*1%)/(2*1 5)=98.5% 用硅热还原法按下反应制取金属镁 2MgO(S)+Si(s) =2Mg(g)+SiO3(S) 已

60、知反应 rGm=61846-258.57 T J/mol 要求还原温度为13 C,求应保持的真空度 解：反应 rGm=A rGm+2RTLn(P/P) =61846-258.57+38.294 TLg(P/P) 当 t=13 C, rG= 时 Lg(P/P )=(-61846+258.57*1573 )/(1573*28.294 )=-3.89 -4 (P/P )=4.87*1 -4P=41.4 Pa 利用铝在真空下还原氧化钙,其反应为： 6 CaO(s)+2Al(l)=3Ca(g)+3 CaO.Al2O3(s) rGm=659984-288.75T J/mol 求：如使反应能在 120 C进