1 绪论 1
1.1 冶金的概况和原料、产品 1
1.1.1 冶金的发展简史 1
1.1.2 金属的分类 1
1.1.3 矿物、矿石、脉石和精矿 2
1.2 冶金方法及生产工艺流程 2
1.2.1 冶金方法 2
1.2.2 现代冶金生产工艺流程 3
1.3 学习冶金原理课程的意义 4
1.3.1 冶金原理研究的对象、范围 4
1.3.2 冶金原理研究的方法 4
1.3.3 冶金原理课程的作用和地位 5
1.3.4 冶金原理课程的教学任务和目的 5
1.3.5 冶金原理课程的内容和重点 5
2 冶金基础知识 6
2.1 热力学的基本概念 6
2.1.1 系统与环境 6
2.1.2 体系的性质、状态和状态函数 6
2.1.3 过程与途径 8
2.1.4 内能 8
2.1.5 热和功 9
2.2 冶金过程的热效应 10
2.2.1 各种热效应 10
2.2.2 盖斯定律（热效应间的关系） 12
2.3 溶液 12
2.3.1 溶液的概念 12
2.3.2 溶液浓度和含量的表示法 13
2.3.3 活度的概念 13
2.4 化学反应的方向与限度 14
2.4.1 自发过程的方向与限度 14
2.4.2 吉布斯自由能及其应用 15
2.5 化合物标准摩尔生成吉布斯自由能变化的两种表示方式 16
2.5.1 以生成1mol化合物为标准表示的△fG？ m 16
2.5.2 以1mol单质反应为标准表示的△fG？ m 16
2.6 化学平衡 16
2.6.1 化学平衡的概念 16
2.6.2 化学反应的等温方程式和标准平衡常数 17
2.6.3 化学平衡的移动 19
2.7 冶金相图基础知识 21
2.7.1 相律 22
2.7.2 二元相图 24
2.7.3 三元系相图 29
习题与思考题 34
3 冶金熔体和熔渣 35
3.1 冶金熔体简介 35
3.1.1 金属熔体 35
3.1.2 冶金熔盐 35
3.1.3 冶金熔锍 36
3.2 冶金熔渣 36
3.2.1 冶金熔渣的概念和组成 36
3.2.2 熔渣在冶金中的作用 38
3.2.3 冶金熔渣的酸碱性 39
3.2.4 熔渣的结构 41
3.2.5 熔渣的物理化学性质 45
习题与思考题 48
4 化合物的分解-生成反应 50
4.1 概述 50
4.1.1 化合物分解-生成反应的基本概念 50
4.1.2 化合物分解-生成反应及其吉布斯自由能变化 50
4.1.3 化合物分解-生成反应进行方向的判断 50
4.2 氧化物分解-生成反应 53
4.2.1 几个常用名词的基本概念 53
4.2.2 氧化物吉布斯自由能图 54
4.3 碳酸盐的分解-生成反应 61
4.3.1 碳酸盐分解-生成反应的热力学规律 61
4.3.2 碳酸钙分解-生成反应的热力学规律 62
4.4 硫化物的分解-生成反应 62
4.4.1 气态硫的结构 62
4.4.2 硫化物的分解-生成反应热力学 63
4.4.3 硫化物吉布斯自由能图的应用 64
4.5 氯化物的分解-生成反应 65
习题与思考题 66
5 硫化物焙烧 67
5.1 概述 67
5.1.1 焙烧的概念和目的 67
5.1.2 硫化物焙烧的反应类型 67
5.1.3 各种硫化物焙烧在冶金中的用途和共同特点 67
5.1.4 金属硫化物焙烧最终产物的分析判断方法 67
5.2 Me-S-O系平衡图在硫化物焙烧过程中的应用 68
5.2.1 等温下Me-S-O系平衡图的绘制原理和在硫化物焙烧中的应用 68
5.2.2 Me-S-O系迭印平衡图在焙烧过程中的应用 71
5.2.3 温度对焙烧产物影响的图解分析 71
5.3 硫化物氧化焙烧 73
5.4 硫化物硫酸化焙烧 74
5.5 硫化物氧化还原焙烧 77
习题与思考题 78
6 还原熔炼 80
6.1 概述 80
6.1.1 钢铁生产方法简介 80
6.1.2 金属氧化物还原的热力学原理 81
6.1.3 燃料的燃烧与还原能力 82
6.2 氧化物的间接还原 83
6.2.1 CO、H2还原金属氧化物的热力学原理 83
6.2.2 CO还原铁氧化物的平衡图 85
6.2.3 H2还原铁氧化物的平衡图 86
6.2.4 浮氏体的还原 86
6.3 氧化物的直接还原 87
6.3.1 氧化物直接还原的热力学原理 87
6.3.2 铁氧化物的直接还原 90
6.4 碳的气化反应及其对铁氧化物还原的影响 92
6.4.1 碳的气化反应 92
6.4.2 碳的气化反应对还原反应的影响 93
6.5 复杂氧化物的还原 94
习题与思考题 95
7 氧化熔炼 96
7.1 概述 96
7.1.1 钢和铁的主要区别 96
7.1.2 炼钢的基本任务 96
7.1.3 现代炼钢方法及其发展趋势 97
7.2 炼钢熔渣 97
7.2.1 熔渣的来源、组成和作用 97
7.2.2 熔渣的性质 97
7.2.3 熔渣的传氧作用 99
7.3 杂质的氧化方式——直接氧化和间接氧化 99
7.4 氧化物的△fG？ m′-T关系图 100
7.5 元素氧化的分配系数 101
7.6 炼钢过程的基本反应 102
7.6.1 钢液中铁的氧化 102
7.6.2 脱碳 103
7.6.3 锰的氧化 105
7.6.4 硅的氧化 106
7.6.5 脱磷 107
7.6.6 脱硫 108
7.6.7 脱氧 111
7.6.8 脱气 115
7.6.9 选择性氧化——不锈钢去碳保铬 117
习题与思考题 119
8 造锍熔炼和熔锍吹炼 120
8.1 造锍熔炼 120
8.1.1 造锍熔炼的概念和目的 120
8.1.2 造锍熔炼基本原理 120
8.1.3 熔锍及其组成 120
8.1.4 造锍熔炼过程主要反应 121
8.1.5 造锍熔炼热力学分析 121
8.1.6 熔锍的形成 122
8.1.7 Cu-Fe-S三元系状态图及其应用 122
8.1.8 冰铜的主要性质 125
8.2 熔锍吹炼 126
8.2.1 熔锍吹炼的目的 126
8.2.2 熔锍吹炼的基本原理 127
习题与思考题 129
9 氯化冶金 131
9.1 概述 131
9.2 金属与氯的反应 131
9.3 金属氧化物的氯化反应 132
9.4 金属氧化物的加碳氯化反应 134
9.5 金属硫化物与氯的反应 135
9.6 金属氧化物与氯化氢的反应 136
9.7 金属氧化物与固体氯化剂的反应 137
9.7.1 CaCl2作氯化剂 137
9.7.2 NaCl作氯化剂 139
9.8 氯化反应的动力学简介 140
习题与思考题 141
10 粗金属的火法精炼 142
10.1 概述 142
10.1.1 粗金属的概念 142
10.1.2 粗金属火法精炼的目的 142
10.1.3 粗金属火法精炼方法 142
10.2 化学精炼 143
10.2.1 氧化精炼 143
10.2.2 硫化精炼 148
10.3 物理精炼 150
10.3.1 熔析精炼 150
10.3.2 萃取精炼 151
10.3.3 区域精炼 153
10.3.4 蒸馏精炼 156
习题与思考题 159
11 熔盐电解 160
11.1 熔盐电解在冶金中的应用 160
11.2 熔盐电解炼铝主要过程和原理 160
11.2.1 熔盐电解炼铝基本过程 160
11.2.2 电解质的组成及其性质 162
11.2.3 冰晶石-氧化铝熔体的结构 162
11.2.4 两极主反应 164
11.2.5 两极副反应 164
11.3 阳极效应 166
11.3.1 阳极效应现象和特征 166
11.3.2 临界电流密度 166
11.3.3 阳极效应发生机理 166
11.3.4 阳极效应的利弊与管理 168
11.4 电流效率 168
11.4.1 电流效率的概念 168
11.4.2 电解槽理论产铝量 169
11.4.3 电解槽实际产铝量 169
11.4.4 电解槽平均电流效率 169
11.4.5 电解效率低的原因 170
11.4.6 提高电流效率的途径 172
11.5 电能消耗和电能效率 175
11.5.1 电能消耗 175
11.5.2 电能效率（电能利用率） 176
11.5.3 槽电压和槽平均电压 176
11.5.4 降低电能消耗的途径 178
11.6 熔盐电解质的物理化学性质 179
11.6.1 熔盐的初晶温度 179
11.6.2 熔盐的密度 181
11.6.3 熔盐的黏度 181
11.6.4 熔盐的蒸气压 182
11.6.5 熔盐的电导和电导率 182
11.6.6 熔盐的离子迁移数 183
11.6.7 熔盐的界面性质 184
11.6.8 添加剂对熔盐电解质物理化学性质的影响 186
习题与思考题 187
12 水溶液的稳定性与电位-pH图 189
12.1 概述 189
12.1.1 湿法冶金及其主要过程 189
12.1.2 水溶液中物质稳定性的影响因素 189
12.2 水的稳定性 193
12.2.1 水的不稳定性及其主要反应 193
12.2.2 水的电位-pH图 193
12.3 电位-pH图 195
12.3.1 电位-pH值图的绘制 195
12.3.2 电位-pH值图中的点、线和区域意义 197
12.3.3 多金属的电位-pH值图 198
习题与思考题 198
13 浸出 199
13.1 概述 199
13.1.1 矿物浸出 199
13.1.2 浸出原料 199
13.1.3 浸出溶剂 199
13.1.4 浸出方法的分类 199
13.1.5 浸出过程的主要反应类型 199
13.2 锌焙砂酸浸出 201
13.2.1 锌焙砂酸浸的目的和任务 201
13.2.2 锌焙砂酸浸溶液和Me-H2O系的电位-pH值图 201
13.2.3 Me-H2O系的电位-pH值图在锌焙砂酸浸中的应用 202
13.3 硫化矿酸浸出 203
13.3.1 硫化矿酸浸反应类型 203
13.3.2 硫化矿酸浸溶液ZnS-H2O系电位-pH值图 203
13.3.3 ZnS-H2O系电位-pH值图在硫化锌矿酸浸中的应用 204
13.3.4 多金属MeS-H2O系电位-pH值图绘制及其在硫化矿酸浸中的应用 205
13.4 金银配合浸出 207
13.4.1 金银配合浸出溶液Ag-CN--H2O系电位-pH值图 207
13.4.2 电位-pH值图在配合浸出中的应用 209
习题与思考题 210
14 浸出液的净化 211
14.1 离子沉淀法 211
14.1.1 氢氧化物沉淀法 211
14.1.2 硫化物沉淀法 214
14.2 置换沉淀法 216
14.2.1 置换过程的热力学基础 216
14.2.2 置换沉淀的应用 219
14.3 共沉淀法 220
14.3.1 共沉淀现象 220
14.3.2 共沉淀产生的原因 220
14.3.3 影响共沉淀的因素 221
14.3.4 共沉淀法的应用 221
14.4 溶剂萃取 222
14.4.1 萃取体系 222
14.4.2 萃取的工艺过程 224
14.4.3 萃取过程的基本参数 224
14.4.4 萃取法的应用 225
14.5 离子交换法 227
14.5.1 离子交换过程及用途 227
14.5.2 离子交换树脂 227
14.5.3 离子交换的基本原理 228
14.5.4 离子交换技术分类及应用 228
习题与思考题 229
15 水溶液电解提取金属 230
15.1 概述 230
15.1.1 电解过程 230
15.1.2 电解沉积和电解精炼 230
15.2 电化学基础知识 231
15.2.1 分解电压 231
15.2.2 极化与超电压 233
15.2.3 析出电位及其应用 235
15.3 阴极过程 236
15.3.1 阴极可能发生的反应 236
15.3.2 氢在阴极上的析出 236
15.3.3 金属离子在阴极上的还原 239
15.3.4 阳离子在阴极上的共同析出 240
15.3.5 阴极产物的电结晶过程 241
15.4 阳极过程 243
15.4.1 研究阳极过程的意义 243
15.4.2 阳极反应的基本类型 243
15.4.3 不溶阳极材料及其反应 243
15.4.4 可溶金属的阳极溶解 245
15.4.5 硫化物的阳极溶解 247
15.4.6 阳极钝化 248
15.5 槽电压、电流效率和电能效率 249
15.5.1 槽电压 249
15.5.2 电解产量和电流效率 249
15.5.3 电能效率 251
习题与思考题 252
附录 冶金物理化学数据 253
附表1 各种能量单位之间的关系 253
附表2 一些物质的熔点、熔化热、沸点、蒸发热、转变点、转变热 253
附表3 某些物质的基本热力学数据 254
附表4 某些反应的标准吉布斯自由能变化△rG？ m=A+BT 260
附表5 某些物质的标准生成吉布斯自由能变化（298K） 264
符号说明 266
参考文献 269