冶金原理復習

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第一篇冶金熔體第一章冶金熔體概述1 什么是冶金熔體？它分為幾種類型?在火法冶金過程中處于熔融狀態(tài)的反應介質(zhì)和反應產(chǎn)物（或中間產(chǎn)品）稱為冶金熔體它分為：金屬熔體、熔渣、熔鹽、熔锍2. 何為熔渣？簡述冶煉渣和精煉渣的主要作用熔渣是指主要由各種氧化物熔合而成的熔體冶煉渣主要作用在于匯集爐料中的全部脈石成分，灰分以及大部分雜質(zhì),從而使其與熔融的主要冶煉產(chǎn)物分離精煉渣主要作用是捕集粗金屬中雜質(zhì)元素的氧化物,使之與主金屬分離3. 什么是富集渣？它與冶煉渣的根本區(qū)別在哪里?富集渣：使原料中的某些有用成分富集與爐渣中，以便在后續(xù)工序中將它們回收利用冶煉渣：匯集大部分雜質(zhì)使其與熔融的主要冶煉產(chǎn)物分離4. 試說明熔鹽在冶金中的主要應用在冶金領域，熔鹽主要用于金屬及其合金的電解生產(chǎn)與精煉熔鹽還在一些氧化物料的熔鹽氯化工藝以及某些金屬的熔劑精煉法提純過程中廣泛應用第二章冶金熔體的相平衡圖1. 在三元系的濃度三角形中畫出下列熔體的組成點，并說明其變化規(guī)律.X : A 10% , B 70% , C 20% ；Y : A 10% , B 20% , C 70% ；Z : A 70% , B 20% , C 10% ；若將3kg X熔體與2kg Y熔體和5kg Z熔體混合，試求出混合后熔體的組成點。

2. 下圖是生成了一個二元不一致熔融化合物的三元系相圖（1）寫出各界限上的平衡反應（2）寫出P、E兩個無變點的平衡反應（3）分析下圖中熔體1、2、3、4、5、6的冷卻結晶路線3. 在進行三元系中某一熔體的冷卻過程分析時，有哪些基本規(guī)律？答：1 背向規(guī)則 2杠桿規(guī)則 3直線規(guī)則 4連線規(guī)則5 三角形規(guī)則 6重心規(guī)則 7切線規(guī)則 8共軛規(guī)則等第三章冶金熔體的結構1 熔體遠距結構無序的實質(zhì)是什么？2. 試比較液態(tài)金屬與固態(tài)金屬以及液態(tài)金屬與熔鹽結構的異同點3. 簡述熔渣結構的聚合物理論其核心內(nèi)容是什么?第四章冶金熔體的物理性質(zhì)1什么是熔化溫度？什么是熔渣的熔化性溫度？解：熔化溫度是指由其固態(tài)物質(zhì)完全轉變成均勻的液態(tài)時的溫度熔渣的熔化性溫度是指黏度由平緩增大到急劇增大的轉變溫度2. 實驗發(fā)現(xiàn),某煉鉛廠的鼓風爐爐渣中存在大量細顆粒鉛珠,造成鉛的損失.你認為這是什么原因引起的？應采取何種措施降低鉛的損失?解；當金屬熔體與熔渣接觸時,若兩者的界面張力太小，則金屬易分散于熔渣中，造成有價金屬的損失,只有當兩者的界面張力足夠大時,分散在熔渣中的金屬微滴才會聚集長大，并沉降下來,從而與熔渣分離。

造成該廠鉛損失的原因是因為鼓風爐爐渣與鉛熔體兩者界面張力太小，采取的措施為調(diào)整爐渣的組成第五章冶金熔體的化學性質(zhì)與熱力學性質(zhì)1某工廠爐渣的組成為： 44.5％ SiO 2 , 13.8％CaO ， 36.8%FeO ，49％ MgO .試計算該爐渣的堿度和酸度.原子量：Mg 24 Si 28 Ca 40 Fe 56 Mn 55 P 31 Zn 65解：R= (W +W ) /W =(138+4.9)/44.5=0.42cao Mgo SIO2r=EWo(酸性氧化物)/^Wo (堿性氧化物)=Wo (sio ) / [Wo(CaO)+Wo (MgO) +Wo (FeO)]2=(44.5*32/60)/(13.8*16/56+36.8* 16/71.8+49* 16/40)=1682. 什么是熔渣的堿度和酸度?堿度——熔渣中主要堿性氧化物含量與主要酸性氧化物含量（質(zhì)量）之比，用R （B、V）表示當R>1,呈堿性R〈1,呈酸性酸度—-熔渣中結合成酸性氧化物的氧的質(zhì)量與結合成堿性氧化物的氧的質(zhì)量之比，一般用r表示一般說來，酸度小于或等于1的渣屬于堿性渣3.已知某爐渣的組成為(WB / % ) : CaO 20。

78、SiO2 20.50、FeO 3886、Fe2O3 4.98 、MgO10.51 、MnO 2.51 、P2O5 167 ，試用四種不同的堿度表達式計算該爐渣的堿度.原子量：Mg 24 Si 28 Ca 40 Fe 56 Mn 55 P 31 Zn 651) R=W / W =207/205=1.01cao SIO22) 對于Al O或MgO含量較高的渣23R= W /(W +W ) R=( W +W )/( W +W )cao SIO2 AL2O3 cao MgO SIO2 AL2O3此題中無 AlO僅MgO含量較高，2 3，故 R=( W +W )/ W = (20.78+10.51)/2050=153cao MgO SIO23) 對于含PO 較高的渣25R=W /(W +W )=20.78/(2050+167)=0.94cao SIO2 P2O34) 一般爐渣，既要考慮CaO和sio對堿度的影響，也要考慮其他主要氧化物如2MgO、MnO、P 0、Al O等對堿度的影響2 5 2 3R=(W +W +W )/( W + W + W )cao Mgo MNO SIO2 AL2O3 P2O3=(20。

78+10.51+2.51)/(2050+0+1.67)=152利用CaO-A^O—SiO系等溶度曲線圖求1600°C時組成為(W%)CaO26>si^43>Mg04、A|O 20、P2O57的熔渣中SiO和A^O的活度 B 2解：設熔渣為ioog，則有 2 23CaOSiO2MgOAl O2 3PO2 5W (g)2643 -420…7M566040102142N (mol)0.4640.7170.10.1960049X——b :——:_. . . 10.30404700.0660.1280032■H 1 由表中數(shù)據(jù)可得ExCaO=x (CaO+MgO) =0.370ExSiO =x (SiO+ PO ) =0.5022 2 2 5x AlO=0.12823由CaO—Al O—SiO等活度曲線圖查得：2 3 2aSiO =0.2+02/5=0.242aAlO=0.03+0 02/3=0 03723第二篇冶金過程的熱力學基礎第六章概述1. 已知反應 Ni(CO) 4 (g) = Ni(s) + 4 CO (g) 的 A GO=133860—368ITrmJ ? mol —1試求：(1) 標準狀態(tài)下，分別在300 K和400 K時能否利用上述反應制取金屬鎳；(2) 在400 K時反應進行的限度及當開始時Ni (CO) 4 (g)的分壓為P q并設分解反應過程中總體積不變，求Ni(CO)4 (g)的分解率；(3) 分析進一步提高轉化率的途徑。

第七章化合物生成一分解反應1 .已知反應 Li2CO3 (l) =Li 2O (s) +C02 的A Ge =325831—288.4 T J ? mol -1 (1000?1125K)r m試求：(a )其分解壓與溫度的關系；(b)當氣相Peg和總壓分別為0和F”時，計算其開始分解溫度和化學沸騰溫度c )將1mol Li 2CO3置于容積為22.4 L的密閉容器中控制溫度為700 °C求 Li 2 CO3的分解率2 .已知反應LaN (s) =La⑸+ EH?的A Ge =301328—1045 T KJ ? mol ( 298?1000K )r m試求 1000K時LaN的分解壓.3 ?試根據(jù)式/ f G * (MeO) = RTln P O2(MeO) — RTln Pe說明氧化物的氧勢直血Fg中比項的物理意義4 ?試解釋氧勢圖上NW、Mg的AfGm-T線上各轉折點的原因5．試計算碳酸鎂在空氣中的開始離解溫度和化學沸騰溫度已知： MgO+CO2=MgCO3 A Ge (T)=—110750.5+12012T, Jrm63已知反應 2 Al (l) +

．某物料的主要組分為 CuO 和 FeO 在浸出過程中采取什么措施可使兩者分 2 離 r mA Ge = -1680685 + 321.3T J ? mol —1 (923—1973K)rm求 1900 K 時 Al2O3 的分解壓熱力學平衡圖在冶金中的應用第九章還原過程1 ?求碳氣化反應在1273K，總壓為2 x 105 Pa時氣相CO的平衡濃度解:C +CO =2CO(s) (g) (g)△ rG o=17O7O7-174.47T J/mol 根據(jù)上式得，1273K時LgK 0=(-170707+174.47T)/19.147TP=(-170707+174.47＊1273)/19147*1273=2.109K 0=128.4P代入下式P /Po== V [ (K 02/4)+ K 0*P/Po]- K 0/2co P P P=V [ (12842/4)+128 . 4*2* 105/10 1 3 25] = 1.970? =[- K o/2+ V [ (Ko2/4)+ Ko *P/P]* Po*100%CO P P P C O=(197＊1.01325*105＊100%)/(2＊105)=98.5%2。

用硅熱還原法按下反應制取金屬鎂2 MgO (s) + Si (s) =2 Mg (g) + SiO2(s)已知上反應 A G 0 = 610846-25857T J ? mol —1rm要求還原溫度為1300°C，求應保持的真空度解：反應△rG = ^rG o+2RTLn (P/Po) mm=610846—258.57+38294 TLg (P/Po)當 t=1300°C,ArG二0 時Lg (P/P0) = (-610846+25857* 1573) / (1573*28294)=—389 (P/P0)=4.087*10-4 P=41.4 Pa3根據(jù)氧勢圖估算Cu2O、NiO、Fe2O3（還原成Fe3O4）在 1273K時用CO+CO2 混合氣體還原時，氣相平衡 ①CO/①CO2的比值4. 利用鋁在真空下還原氧化鈣，其反應為：6CaO (s) +2Al (l) =3Ca (g) +3CaO?Al2O3( s) A G e =659984—288.75T J ? molrm—1求：(a )如使反應能在1200 °C進行，需要多大的真空度？( b )如采用 1.33Pa 的真空度，求 CaO 被 Al 還原的開始溫度;( c )在同樣的真空度( 1.33Pa )下,按下反應進行還原：3CaO (s) +2Al (l) =3Ca (g) + Al2O3(s) A Ge = 703207- 261. 94 Trm試估計復雜化合物的形成對還原的作用。

解：①根據(jù)等溫方程，有 ArG二-RTln(Pca/Po)3=—3 RTln(Pca/P)mln (Pca/Po) = (659984—28875T) /3*8314T當 T=1200+273=1473K 時ln (Pca/Po) =一638fPca/Po=O.OO1695Pca(g)=0.01695*101325=171.76Pa故真空度為172Pa② Pca(g)=10PaLn (10/101325) =11.58—264607/T—T=1272K當真空度為10Pa時,CaO被鋁還原的開始溫度為1272K (999C)③ 根據(jù)等溫方程有厶 rG 0=-RTln (Pca/P)3=—3 RTln (Pca/P)m703207—261.94T=-3*8314T ln (Pca/P)T=1429 3K從上可得知1：對產(chǎn)生氣體產(chǎn)物的熱還原過程而言，降低系統(tǒng)壓強相應地降低生成物的氣態(tài)產(chǎn)品的蒸汽壓，將有利于還原反應，即降低了還原反應的開始溫度2：生成復雜化合物，降低了還原產(chǎn)物的活度，有利于提高還原效果，即在相同的還原效果下,降低了還原反應的開始溫度,在此題中生成復雜化合物與未生成復雜化合物相比，溫度下降了 430.3C第十章高溫分離提純過程1 ．已知 Sn—Cd 合金含 Cd 1％(質(zhì)量 ),在 955K 時 Cd 在 Sn 中的活度系數(shù)為2.26(純物質(zhì)為標準態(tài)),Cd的飽和蒸氣壓33.3 kPa,Sn的飽和蒸氣壓為 1.3x10-6 Pa ?求：( a ) 955K 時上述合金中 Cd 的蒸氣壓;(b )氣相中鎘與錫的摩爾比；B cd/sn解：sn-cd合金中各物質(zhì)的摩爾分數(shù)(以100g即)X = (99/ 1 18。

7)/[(99/ 1 187)+ ( 1/ 1 12.4)]=0989 snX =( 1/ 1 12.4) /[ (99/ 1 187)+ ( 1/ 1 124)]=00 1 1 cdP =P ** X *丫 =33011*226=083 Pa cd [cd] cd cdP = P ** X =1.5*10-6*0.989=1286*10-6 Pasn [sn] snP / P =n/n = 083/1.286*10-6=645*105cd sn cd snBcd/sn=6.45*1O5/ (0.011/0.989) =58*1072 ．為提高蒸餾精煉的效果，從熱力學上分析，你認為可采取什么措施解：(1)降低蒸餾溫度；(2)采用真空蒸餾3. 試分析熔析精煉與區(qū)域精煉在原理和工藝上的共同點及不同點第三篇冶金過程的動力學基礎1. 使用收縮核模型的前提條件是什么？2. 試分析可以采取哪些措施強化浸出過程？3 什么是速度限制步驟？溶液的熱力學性質(zhì)1 ．試述以 1 ％溶液標準態(tài)時，當實際溶液濃度為 1% ，在什么條件下，其活度才為 1 ？。

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