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绪言1

1 冶金热力学基础3

1.1 概述3

1.2 溶液3

1.2.1 常用的溶液组成表示方法3

1.2.2 活度4

1.2.3 溶液的热力学关系式12

1.2.4 标准溶解吉布斯自由能17

1.3 冶金反应的焓变及吉布斯自由能变化19

1.3.1 焓变19

1.3.2 化学反应的吉布斯自由能变化ΔrGm21

1.4 热力学数据库简介27

1.4.1 工程化学数据库ECDB27

1.4.2 热力学计算数据库及FactSage软件27

思考题和习题28

2 冶金熔体的相图30

2.1 重要的二元熔渣系相图30

2.1.1 CaO-SiO2二元系30

2.1.2 Al2O3-SiO2二元系31

2.1.3 CaO-Al203二元系31

2.1.4 FeO-SiO2二元系32

2.1.5 CaO-Fe203二元系33

2.1.6 NaF-AlF3和Na3 AlF6-Al203二元系33

2.1.7 Cu2S-FeS二元系34

2.2 三元系相图的基础知识及基本类型34

2.2.1 三元系相图的组成表示法-浓度三角形34

2.2.2 浓度三角形的性质35

2.2.3 三元系相图的表示方法37

2.2.4 三元系相图的基本类型39

2.3 冶金中三元系熔渣相图45

2.3.1 分析复杂三元系相图的方法45

2.3.2 CaO-SiO2-Al203三元系相图45

2.3.3 CaO-SiO2-FeO三元系相图48

2.3.4 Na3 AlF6-AlF33-A12 03三元系相图& 51

思考题和习题52

3 冶金熔体的结构与性质54

3.1 概述54

3.2 冶金熔体的结构57

3.2.1 金属熔体的结构57

3.2.2 熔渣的结构.60

3.2.3 熔盐的结构65

3.3 冶金熔体的化学性质与热力学性质66

3.3.1 熔渣的酸-碱度66

3.3.2 熔渣的氧化-还原性69

3.3.3 物质在冶金熔体中的溶解71

3.3.4 熔渣与金属液的反应79

3.3.5 熔渣组分的活度80

3.4 冶金熔体的物理性质87

3.4.1 熔点87

3.4.2 密度90

3.4.3 黏度92

3.4.4 熔体的表面性质与界面性质97

3.4.5 扩散104

3.4.6 导电性105

思考题和习题106

4 冶金动力学基础109

4.1 概述109

4.2 化学反应的速率109

4.2.1 化学反应的速率式109

4.2.2 可逆反应的速率式113

4.3 扩散传质及对流传质114

4.3.1 扩散传质114

4.3.2 扩散系数116

4.3.3 对流扩散118

4.4 冶金多相反应动力学123

4.4.1 限制性环节与稳态或准稳态原理123

4.4.2 气／固反应的动力学126

4.4.3 液（气）／液反应的动力学128

4.4.4 固／液反应的动力学130

思考题和习题135

5 化合物的生成－分解和燃料的燃烧反应137

5.1 化合物的稳定性及氧势图137

5.1.1 化合物的相对稳定性137

5.1.2 氧势图及其应用139

5.2 化合物的形成－分解反应143

5.2.1 金属氧化物生成及分解反应的热力学143

5.2.2 Fe-O体系状态图145

5.2.3 碳酸盐分解的热力学146

5.2.4 碳酸盐分解的动力学147

5.2.5 硫化物分解的热力学149

5.3 燃料的燃烧151

5.3.1 燃烧反应151

5.3.2 C-O体系热力学及碳的气化反应152

5.3.3 C-H-O体系热力学及水煤气反应155

5.3.4 燃烧反应气相平衡成分的计算156

思考题和习题157

6 还原熔炼反应159

6.1 概述159

6.1.1 研究还原过程的意义159

6.1.2 还原过程分类159

6.1.3 还原剂的选择159

6.1.4 还原反应的热力学条件160

6.2 CO／H2还原氧化物160

6.2.1 CO／H2还原铁氧化物160

6.2.2 浮氏体的还原163

6.2.3 CO／H2还原铁氧化物的动力学164

6.3 碳还原氧化物166

6.3.1 热力学原理166

6.3.2 碳还原铁氧化物167

6.3.3 复杂氧化物的还原168

6.4 熔渣中氧化物的还原169

6.4.1 反应热力学条件的确定方法170

6.4.2 SiO2的还原170

6.4.3 MnO的还原172

6.5 金属热还原反应的热力学173

6.6 高炉冶炼的脱硫174

6.6.1 脱硫的热力学175

6.6.2 铁水炉外脱硫177

6.6.3 铁水的同时脱磷和脱硫178

思考题和习题179

7 氧化熔炼反应181

7.1 氧化熔炼反应的热力学和动力学原理182

7.1.1 铁液中元素氧化的氧势图183

7.1.2 影响元素氧化的热力学分析186

7.1.3 元素氧化过程的动力学原理187

7.2 脱碳反应191

7.2.1 脱碳反应的作用191

7.2.2 脱碳反应的热力学条件191

7.2.3 脱碳反应的动力学194

7.3 脱磷反应196

7.3.1 脱磷反应的热力学197

7.3.2 脱磷反应的动力学200

7.4 脱硫反应200

7.4.1 脱硫反应的热力学201

7.4.2 脱硫反应的动力学202

7.5 脱氧反应203

7.5.1 沉淀脱氧204

7.5.2 扩散脱氧206

7.5.3 真空脱氧206

7.6 选择性氧化-奥氏体不锈钢去碳保铬问题207

7.7 真空和氩气搅拌209

7.7.1 真空和气泡冶金中的碳氧反应210

7.7.2 真空下碳还原金属氧化物211

7.7.3 金属液的真空去气212

思考题和习题212

8 硫化物的火法冶金与氯化冶金214

8.1 锍的形成与锍的吹炼214

8.1.1 造锍214

8.1.2 金属硫化物氧化的吉布斯自由能图215

8.1.3 Cu-Fe-S的三元系状态图216

8.1.4 冰铜的主要性质220

8.1.5 锍吹炼的热力学220

8.2 氯化反应的热力学226

8.2.1 金属与氯的反应227

8.2.2 金属氧化物与氯的反应227

8.2.3 金属硫化物与氯的反应229

8.2.4 金属氧化物与氯化物的反应230

8.3 氯化反应的动力学232

思考题和习题232

9 电解过程234

9.1 概述234

9.2 熔盐电解234

9.2.1 熔盐电解过程的阴极和阳极反应234

9.2.2 分解电压234

9.2.3 电极极化235

9.2.4 熔盐电解过程的特殊现象236

9.3 水溶液电解质电解237

9.3.1 阴极过程237

9.3.2 阳极过程241

9.3.3 水溶液电解质电解过程243

9.3.4 槽电压、电流效率和电能效率244

思考题和习题246

10 萃取和离子交换提纯247

10.1 溶剂萃取247

10.1.1 概述247

10.1.2 萃取机理与萃取平衡249

10.1.3 协同萃取252

10.2 离子交换253

10.2.1 概述253

10.2.2 离子交换平衡253

思考题和习题254

附录 化合物的标准生成吉布斯自由能（ΔfG?（B）＝A ＋ BT J／mol）255

参考文献260