冶金物理化学PDF电子书下载

第1章 绪言 1

1.1 冶金物理化学的作用及主要内容 1

1.1.1 冶金物理化学的作用 1

1.1.2 冶金物理化学的主要内容 3

1.2 冶金物理化学的发展简史 5

1.2.1 萌芽阶段 5

1.2.2 体系创建阶段 6

1.2.3 发展完善阶段 8

第2章 溶液热力学 9

2.1 偏摩尔物理量及其性质 9

2.1.1 偏摩尔物理量 9

2.1.2 偏摩尔物理量的性质 10

2.2 理想溶液与稀溶液 10

2.2.1 理想溶液及其热力学特征 10

2.2.1.1 理想溶液的定义 10

2.2.1.2 理想溶液的热力学特征 11

2.2.2 稀溶液及其热力学特征 13

2.2.2.1 稀溶液的定义 13

2.2.2.2 稀溶液的热力学特征 13

2.3 真实溶液 18

2.3.1 真实溶液的特点 18

2.3.2 活度的概念 19

2.3.3 活度标准态 21

2.3.3.1 活度标准态的选择 21

2.3.3.2 不同标准态下活度的换算 22

2.3.4 活度与温度、压力的关系 25

2.3.5 标准溶解Gibbs自由能变化△G？ 26

2.3.6 活度标准态和活度换算知识的扩展 28

2.4 活度系数与活度相互作用系数 30

2.4.1 活度系数 30

2.4.2 活度相互作用系数 31

2.4.2.1 活度相互作用系数的定义及计算 31

2.4.2.2 活度相互作用系数的数学描述 35

2.4.2.3 活度相互作用母系数 36

2.4.2.4 活度相互作用系数与活度相互作用母系数之间的换算 37

2.4.2.5 活度相互作用系数与温度之间的关系 39

2.5 偏摩尔混合性质及超额热力学性质 44

2.5.1 偏摩尔混合性质 44

2.5.1.1 相对偏摩尔性质物理意义 44

2.5.1.2 几个重要的公式 45

2.5.1.3 集合公式与G-D公式的应用 46

2.5.2 超额热力学性质 48

2.5.2.1 超额热力学性质的定义 48

2.5.2.2 偏摩尔过剩Gibbs自由能G？与活度系数之间的关系 49

2.5.2.3 超额热力学性质的相关公式 49

2.6 活度的获得 49

2.6.1 活度ai的实验测定 49

2.6.2 应用G-D公式计算组元活度 56

2.6.3 α函数法求活度 57

2.6.4 由活度比求活度 58

2.6.5 利用相图数据求活度 60

2.7 正规溶液及相关模型 60

2.7.1 正规溶液的定义 60

2.7.2 正规溶液的性质 60

2.7.2.1 混合熵与混合焓 60

2.7.2.2 α与温度的关系 61

2.7.2.3 正规溶液混合焓△Hm与浓度之间的关系 62

2.7.3 正规溶液性质的应用 62

习题 65

第3章 指定过程的Gibbs自由能变化 66

3.1 化学反应等温方程式 66

3.1.1 关于化学反应等温方程式 66

3.1.1.1 等温方程式的作用 66

3.1.1.2 使用等温方程式应注意事项 67

3.1.2 化学反应等温方程式的应用 67

3.2 △GΘ的计算 68

3.2.1 积分法 68

3.2.1.1 直接测定法 68

3.2.1.2 查表法 69

3.2.1.3 估算法 69

3.2.2 △GΘ～T二项式 71

3.2.3 自由能函数法 72

3.2.4 Barin法 73

3.2.5 化学反应平衡法求△GΘ 73

3.2.5.1 直接法 74

3.2.5.2 间接法 74

3.2.6 电化学法测定标准生成自由能△fGΘ 75

3.3 化学反应等温方程式的应用 76

3.3.1 判定反应进行方向 77

3.3.2 确定适宜的反应条件 77

3.4 平衡移动原理的应用 80

3.4.1 温度的影响 80

3.4.2 压力的影响 81

3.4.3 组元浓度的影响 81

3.5 固体电解质及其应用 81

3.5.1 固体电解质 82

3.5.2 固体电解质电池工作原理 82

3.5.3 应用实例 83

习题 84

第4章 相图 86

4.1 相律 86

4.1.1 相律表达式 87

4.1.2 相律的应用实例 89

4.2 相图基础知识 90

4.2.1 二元相图 90

4.2.2 三元相图 92

4.2.2.1 三元相图应掌握的关键点 92

4.2.2.2 三元相图的多种表现形式 93

4.2.3 溶液冷却过程分析 94

4.2.3.1 二元系相图冷却曲线 94

4.2.3.2 三元系相图冷却曲线 95

4.3 三元相图的绘制与读解 100

4.3.1 三元相图的绘制 100

4.3.2 三元相图的读解 101

4.4 等温截面图的制作及应用 102

4.4.1 等温截面图的制作 102

4.4.1.1 不含液相分层的相图 102

4.4.1.2 含有液相分层的等温截面图 105

4.4.2 等温截面图的应用 108

4.5 相图在冶金中的应用 111

4.5.1 化学反应平衡相的确定 111

4.5.2 高炉炼铁适宜炉渣成分的确定 113

4.5.3 高炉渣改性再利用 114

4.5.4 炼钢过程中炉渣的返干与喷溅 114

4.5.5 烧结黏结相的确定 116

4.5.6 少渣冶炼渣系的选择 120

4.5.7 烧结矿低温还原粉化 122

习题 123

第5章 冶金熔渣 127

5.1 概述 127

5.1.1 熔渣的化学组成及来源 127

5.1.2 熔渣的作用 127

5.2 熔渣性质、结构 128

5.2.1 熔渣碱度 128

5.2.2 熔渣结构的分子理论 129

5.2.3 熔渣结构的离子理论 130

5.3 熔渣理论模型 131

5.3.1 完全离子模型（Temkin model） 131

5.3.2 电当量模型（Flood model） 133

5.3.3 熔渣计算实例 133

5.3.4 马松模型（Masson model） 138

5.4 熔渣的氧化能力 141

5.4.1 熔渣氧化能力的表示方法 141

5.4.2 渣中aFeO的确定方法 143

5.4.2.1 直接测定 143

5.4.2.2 查活度图 144

5.4.2.3 模型计算 144

5.5 熔渣中几种氧化物活度的测定 145

5.5.1 SiO2活度的测定 145

5.5.1.1 Chipman法 145

5.5.1.2 邹元燨法 145

5.5.2 CaO活度的测定 147

5.5.3 MnO活度的测定 147

5.5.3.1 FeO-MnO二元系 147

5.5.3.2 FeO-MnO-SiO2三元系 148

5.6 熔渣的硫容与磷容 148

5.6.1 脱硫 148

5.6.1.1 脱硫热力学 148

5.6.1.2 硫容及应用 152

5.6.1.3 有关脱硫的其他事项 156

5.6.2 脱磷 157

5.6.2.1 脱磷热力学 158

5.6.2.2 磷容及应用 161

5.7 气体在渣中的溶解 163

5.7.1 氢的溶解 163

5.7.2 氮的溶解 163

5.7.3 氢、氮元素的溶解规律 164

习题 164

第6章 热力学在冶金过程中的应用（Ⅰ） 166

6.1 氧势图 166

6.1.1 氧势图的提出 166

6.1.2 氧势图的构成 167

6.1.2.1 坐标的选择 167

6.1.2.2 图形特点 167

6.1.3 氧势图的应用 169

6.1.3.1 确定氧化物稳定顺序 169

6.1.3.2 确定某氧化物被碳元素还原的开始温度 170

6.1.4 氧势图的扩展功能 170

6.1.4.1 氧标尺及其应用 170

6.1.4.2 PH2/PH2O标尺及其应用 171

6.1.4.3 PCO/PCO2标尺及其应用 173

6.1.5 其他势图 173

6.1.5.1 硫势图 173

6.1.5.2 氮势图 175

6.1.5.3 碳势图 176

6.2 Fe-O体系热力学 177

6.2.1 Fe-O体系相图 177

6.2.2 Fe氧化热力学 178

6.2.3 逐级转变规则 179

6.2.4 Fe氧化物还原热力学 179

6.2.5 过剩碳存在条件下铁氧化物还原热力学 182

6.3 依据物料平衡的相关计算 184

6.4 铁液中碳氧反应 188

6.4.1 铁液脱碳的意义及条件 188

6.4.2 脱碳热力学 189

6.4.3 脱碳反应的基本规律 189

6.5 钢液脱氧反应热力学 190

6.5.1 钢液脱氧的意义 190

6.5.2 钢水脱氧 191

6.5.2.1 脱氧方式 191

6.5.2.2 脱氧剂的用量 193

6.5.3 气泡冶金 193

6.5.3.1 气泡冶金原理 194

6.5.3.2 吹气量的计算 194

6.6 选择性氧化 195

6.6.1 概述 195

6.6.2 “去C保Cr”热力学分析 195

6.6.2.1 钢液中［C］氧化热力学 195

6.6.2.2 钢液中［Cr］氧化热力学 197

6.6.2.3 ［C］、［Cr］共存时氧化热力学 197

习题 199

第7章 热力学在冶金过程中的应用（Ⅱ） 201

7.1 优势区域图 201

7.1.1 优势区域图的制作 201

7.1.2 优势区域图的特点及形式 204

7.1.3 平衡相的确定 205

7.1.4 选择性焙烧 207

7.1.5 三维优势区域图 208

7.2 锍及造锍熔炼 209

7.2.1 锍 209

7.2.2 造锍的目的 209

7.2.3 造锍主要过程 209

7.2.4 Cu-Fe-S三元相图 210

7.2.4.1 相图读解 210

7.2.4.2 等温截面图分析 212

7.2.5 冰铜的理化性质 213

7.2.6 锍吹炼过程热力学 213

7.3 火法氯化冶金及火法精炼 215

7.3.1 氯化冶金 215

7.3.1.1 金属氯化 215

7.3.1.2 金属氧化物的氯化 215

7.3.1.3 加碳氯化 217

7.3.1.4 其他 217

7.3.2 火法精炼 217

7.3.2.1 熔析精炼 217

7.3.2.2 萃取精炼 218

7.3.2.3 区域精炼 219

7.3.2.4 蒸馏精炼 220

7.3.2.5 氧化、硫化精炼 220

7.4 水溶液热力学——电位-pH图 221

7.4.1 平衡电位（电极电位） 221

7.4.2 电位-pH图的绘制 223

7.4.2.1 M-H2O系电位-pH图 223

7.4.2.2 其他体系电位-pH图 227

7.4.3 电位-pH图应用 235

7.4.3.1 电解精制铜 235

7.4.3.2 净化 237

7.4.3.3 金属腐蚀与防护（电化学腐蚀） 238

习题 240

第8章 冶金反应动力学基础及应用 243

8.1 概述 243

8.1.1 动力学的功能 243

8.1.2 热力学与动力学之间的相互关系 244

8.2 动力学基础理论 244

8.2.1 化学反应速率 244

8.2.1.1 简单反应 244

8.2.1.2 复杂反应 245

8.2.2 扩散或对流传质速率 247

8.2.2.1 扩散传质速率 247

8.2.2.2 对流传质速率 249

8.3 气-固相反应 255

8.3.1 未反应核模型的建立 255

8.3.2 未反应核模型的应用 258

8.3.2.1 简化反应速率表达式 258

8.3.2.2 确定限制性环节 259

8.3.2.3 确定相关参数 260

8.3.3 半无限大板状物体的反应速率模型 263

8.4 液-液相反应 264

8.4.1 双膜理论 265

8.4.2 双膜理论的应用 266

8.5 气-液相反应 269

8.6 液-固相反应 272

8.6.1 废钢溶解动力学 272

8.6.2 钢液凝固动力学 275

8.6.2.1 显微偏析 275

8.6.2.2 宏观偏析 280

8.6.2.3 凝固速率对偏析的影响 284

8.7 电化学动力学 287

8.7.1 平衡态的电极过程 287

8.7.2 非平衡态的电极过程 287

8.7.3 电极电位特征 288

8.7.4 电极极化及动力学特征 288

8.7.5 过电位的利与弊 292

8.7.6 电极电位与生产效率之间的关系 292

习题 295

附表 297

附表一 纯物质的恒压热容Cp、焓△H？、熵△S？ 297

附表二 反应标准Gibbs自由能变化 308

附表三 1600℃铁液中元素的活度相互作用母系数ε？ 311

附表四 1600℃铁液中元素的活度相互作用系数e？ 315

附表五 铁液中元素的活度相互作用系数与温度的关系 319

附表六 1600℃铁液组分（以假想质量1％为标准态）的溶解标准Gibbs自由能变化△G？ 321