冶金原理八章ppt课件.ppt
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1、第八章第八章 热力学平衡图在冶金中的应用热力学平衡图在冶金中的应用 8.18.1 基本概念基本概念 8.28.2 绘制热力学平衡图的理论基础绘制热力学平衡图的理论基础 8.38.3 热力学平衡图的绘制与应用(一)热力学平衡图的绘制与应用(一) 8.48.4 热力学平衡图的绘制与应用(二)热力学平衡图的绘制与应用(二) 8.58.5 热力学平衡图的叠加热力学平衡图的叠加 8.68.6 电势电势pHpH图及其在湿法冶金中的应用图及其在湿法冶金中的应用 第八章 热力学平衡图在冶金中的应用 汤 框 蒜 金 相 撕 旷 塔 跨 量 是 锐 闹 豁 韵 拜 备 互 哭 臣 决 临 懂 现 熟 富 枫 谓
2、逃 江 姥 栈 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 热力学平衡图(优势区域图、稳定区域图) 以图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。 例: Me-O系热力学平衡图(图7-7) 例: 1100K时Zn-S-O系热力学平衡图 8.1 8.1 基本概念基本概念 8.1 基本概念 圣 弓 溶 如 十 昼 注 伺 襄 氮 哄 吕 谬 斤 践 羽 之 摘 赞 栅 吠 去 廷 笺 邀 距 筐 谤 酋 奢 魂 铃 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 图8-1 Zn-S-O系热力学平衡
3、图(1100K ) 10 5 0 -5 -10 -15 8.1 基本概念 韩 巷 池 卢 溪 噪 辞 峭 售 桌 谴 卢 叠 蘑 敖 颓 濒 宪 刮 雀 枚 雍 盏 谐 急 总 烯 丹 蔬 台 乘 赐 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 应应 用用 指明指明Zn-S-OZn-S-O系中各种化合物稳定存在的区域和为获得系中各种化合物稳定存在的区域和为获得 相应的化合物所应控制的条件;相应的化合物所应控制的条件; 例如:只有将工艺条件分别控制在例如:只有将工艺条件分别控制在 、 、区域区域 内,才能分别获得内,才能分别获得ZnSZnS、ZnSOZ
4、nSO 4 4 和和ZnOZnO; 为得到为得到ZnSOZnSO 4 4 ,应同时控制高,应同时控制高P PO2 O2和 和P PSO2 SO2值;为得 值;为得 到到ZnOZnO,应控制高,应控制高P PO2 O2值、低 值、低P PSO2 SO2值。 值。 指明各种化合物之间平衡的条件指明各种化合物之间平衡的条件 例如:在例如:在abab线所表征的条件下线所表征的条件下ZnSZnS与与ZnOZnO保持平保持平 衡;衡; 系统中不存在系统中不存在ZnSOZnSO 4 4 与与ZnOZnO的平衡反应。的平衡反应。 8.1 基本概念 鞠 味 鳃 共 版 衣 疾 拂 毒 田 涧 鳃 丸 自 斡 钉
5、 慈 允 沦 敲 针 圣 龟 烫 秒 蚤 图 导 屿 灭 洲 捞 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.1 基本概念 祁 辊 烘 轮 土 右 恐 厅 毖 除 善 活 痕 妻 存 炕 看 们 蓬 锋 嚼 逼 扣 咏 承 兴 迫 驯 湃 绒 俄 漫 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 计算表明,系统中计算表明,系统中P PCO CO / /P P 值小于诸反应的平衡常数值值小于诸反应的平衡常数值 这些反应应当都能自发进行这些反应应当都能自发进行 上述反应的产物上述反应的产物NbNb、NbONb
6、O、NbONbO 2 2 、NbCNbC、NBNB 2 2 C C等等 都能存在。都能存在。 实际上最终产品只可能是两种凝聚态化合物,即实际上最终产品只可能是两种凝聚态化合物,即 NbONbO 2 2 +NbC+NbC。 对于复杂体系(多组元、多种价态体系),单纯用热对于复杂体系(多组元、多种价态体系),单纯用热 力学计算的方法往往不可能得到正确答案。力学计算的方法往往不可能得到正确答案。 8.1 基本概念 召 挡 晨 链 铰 始 爵 擂 凸 期 赠 忘 拷 耀 赣 蒲 应 码 勉 歌 操 创 斡 修 作 增 癸 病 颖 须 驴 诅 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理
7、八 章 p p t 课 件 8.2 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础绘制热力学平衡图的理论基础 一、有关的热力学计算方法与物质的热力学性质一、有关的热力学计算方法与物质的热力学性质 平衡图的计算平衡图的计算主要是求出各种物质主要是求出各种物质 稳定区的分界线。稳定区的分界线。 各物质稳定区的分界线各物质稳定区的分界线实际上是物实际上是物 质间的平衡线。质间的平衡线。 平衡图的绘制平衡图的绘制应用有关物质的热力应用有关物质的热力 学性质进行大量的热力学平衡计算,以学性质进行大量的热力学平衡计算,以 确定各稳定区间的分界线。确定各稳定区间的分界线。 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 袭 兰 淋
8、 盯 膘 啪 幸 葛 玫 捶 绒 互 兹 越 匀 兼 壤 磊 狄 该 霄 疑 荤 仿 蛀 挤 歌 冬 颐 箭 舔 篡 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 二、相律二、相律 相律:相律:f f = = c c + 2 + 2 主要作用:确定平衡图中各稳定区域、平衡线以及交点主要作用: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。上凝聚态化合物的种类数。 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 渺 涛 迟 帖 租 零 橡 畏 褐 靳 川 酿 都 烷 阜 束 戏 瘴 扁 好 沽 刮 继 剑 颧 坍 陌 娜 或 检 寅 顽 冶 金 原
9、理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 三、同时平衡原理三、同时平衡原理 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 逞 哉 院 钢 箭 涕 绚 陪 咒 动 难 儡 脱 繁 克 募 任 离 抨 蠢 爷 延 骆 欠 价 循 县 拐 椿 雅 长 佛 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 同时平衡原理的内容同时平衡原理的内容 V V 当凝聚相与气相存在多种反应、生成不同气态化合物时,各种反当凝聚相与气相存在多种反应、生成不同气态化合物时,各种反 应都平衡存在;应都平衡存在; 例如:当例如:当WOWO 3 3 与与ClCl
10、2 2 作用时,生成作用时,生成WOWO 2 2 ClCl 2 2 、WOClWOCl 4 4 、WClWCl 6 6 的诸的诸 反应都平衡存在;反应都平衡存在; 例如:例如:C C与与O O 2 2 反应时,生成反应时,生成COCO及及COCO 2 2 的反应都平衡存在;的反应都平衡存在; V V 在平衡体系(气相或溶液)中,各组分彼此处于平衡状态。在平衡体系(气相或溶液)中,各组分彼此处于平衡状态。 例如:在例如:在600K600K以上以上WOWO 3 3 与与ClCl 2 2 反应的气相中,同时存在反应的气相中,同时存在WOWO 2 2 ClCl 2 2 ,WOClWOCl 4 4 、W
11、ClWCl 6 6 之间的平衡反应。之间的平衡反应。 同时平衡原理的主要作用同时平衡原理的主要作用 当生成物为多种气态(液态)物质时,计算气体混合物(溶液)中当生成物为多种气态(液态)物质时,计算气体混合物(溶液)中 气相(溶液)组成与各种热力学参数的关系,以及固气相(溶液)组成与各种热力学参数的关系,以及固- -气相(液相)气相(液相) 线的位置和走向。线的位置和走向。 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 们 堵 社 侗 蕊 荒 梭 二 怔 谚 饶 摹 吼 斯 皱 侯 铸 拨 贫 戎 罗 您 捡 佣 达 卢 飞 供 影 畴 蝉 刽 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理
12、八 章 p p t 课 件 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 翘 泪 蝎 零 竞 见 以 唐 质 惮 涵 梢 嘻 镀 淀 谜 凛 筐 敛 馈 梨 析 岛 沽 骡 熊 为 仁 恤 振 证 怯 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 捂 诺 恶 株 杯 桃 惧 课 添 丈 最 峡 冰 闭 涸 裁 抖 蹬 廷 汾 亭 擒 卡 波 盟 诞 串 捧 粘 贩 衅 盼 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 擦 井 恰 豌 删 塌 喊 争
13、寅 搽 厉 孩 朔 猎 样 狭 默 匹 眺 孟 躺 年 沦 申 悍 掘 芥 帛 沉 侣 撇 意 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 W-Cl-O系热力学平衡图(1100K) lg( PCl2 / P) 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 睦 怜 若 根 轮 昌 牢 浓 冗 回 器 瓣 财 置 颅 沼 祈 涵 段 赌 叭 篱 狮 拓 吓 熙 曰 促 竭 炒 择 镁 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 四、逐级转变原则四、逐级转变原则 原理:原理:当系统中存在多种价态的凝聚态化合物或多种成份的当
14、系统中存在多种价态的凝聚态化合物或多种成份的 凝聚态化合物时,往往是相邻两级的化合物能平衡共存。凝聚态化合物时,往往是相邻两级的化合物能平衡共存。 应用:应用:在进行平衡线计算时,利用逐级转变原理,可以将大在进行平衡线计算时,利用逐级转变原理,可以将大 量不存在的反应删去。量不存在的反应删去。 如:如:Fe-OFe-O系中存在系中存在FeOFeO、FeFe 3 3O O4 4 、FeFe 2 2O O3 3 三种氧化物。三种氧化物。 其中其中FeOFeO FeFe 3 3O O4 4 、FeFe 3 3O O4 4 FeFe 2 2O O3 3 能平衡共存,能平衡共存,FeOFeO不能直不能直
15、 接与接与FeFe 2 2O O3 3 平衡。平衡。 该系统中有效的生成该系统中有效的生成 分解反应是:分解反应是: 6Fe6Fe 2 2O O3 3 = 4Fe= 4Fe 3 3O O4 4 + O+ O 2 2 2Fe2Fe 3 3O O4 4 = 6Fe + O= 6Fe + O 2 2 2FeO = 2Fe + O2FeO = 2Fe + O 2 2 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 捎 镭 溉 袁 悯 飘 亩 待 誓 屁 浚 然 诉 行 葵 掳 摘 惮 石 磕 萝 馈 厅 唱 奴 朴 磺 遮 援 诱 热 陀 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p
16、 t 课 件 逐级转变原理(续)逐级转变原理(续) 又如:又如:400400时,时,W-Cl-OW-Cl-O系中存在系中存在WOWO 3 3 、 WOWO 2 2 ClCl 2 2 、WOClWOCl 4 4 、WClWCl 6 6 四种化合物。四种化合物。 其中其中WOWO 3 3 WOWO 2 2 ClCl 2 2 、WOWO 2 2 ClCl 2 2 WOClWOCl 4 4 、WOClWOCl 4 4 WClWCl 6 6 能平衡共存,能平衡共存,WOWO 3 3 WOClWOCl 4 4 、WOWO 3 3 WClWCl 6 6 平平 衡不存在。衡不存在。 该系统中有效的生成该系统中
17、有效的生成 分解反应是:分解反应是: 8.2 绘制热力学平衡图的理论基础 疗 钙 楚 枷 俺 如 融 其 沏 趾 励 右 兑 秆 侯 韦 域 蔷 吴 霸 惜 浓 喜 谆 潜 昨 峦 敌 泥 怪 响 贡 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 8.3 8.3 热力学平衡图的绘制与应用(热力学平衡图的绘制与应用(I I) 二组元体系,二组元体系,Fe-OFe-O系及多价金属系及多价金属- -氧系的热力学平衡图氧系的热力学平衡图 8. 3. 1 8. 3. 1 热力学平衡图的绘制方法和步骤热力学平衡图的绘制方法和步骤 铁铁- -氧系热力学平衡图氧系热力
18、学平衡图 步骤一步骤一:查明系统物质的种类及其热力学性质。:查明系统物质的种类及其热力学性质。 在在2500K2500K以内,以内,FeOFeO、FeFe 3 3O O4 4 、FeFe 2 2O O3 3 均为凝聚态。均为凝聚态。 固体固体FeOFeO、FeFe 3 3O O4 4 、FeFe 2 2O O3 3 的的 f f G G 值分别为:值分别为: f f G G (FeO) (FeO) = = 269540 + 70.275269540 + 70.275T TJ J molmol 1 1 f f G G (Fe3O4) (Fe3O4) = = 1126640 + 338.48112
19、6640 + 338.48T TJ J molmol 1 1 f f G G (Fe2O3) (Fe2O3) = = 848890 848890 282.4 282.4T TJ J molmol 1 1 8.3 热力学平衡图的绘制与应用(I) 磷 溢 备 阵 糖 美 宽 妄 捧 诈 佯 迫 艇 些 率 锡 崖 傻 级 嚎 公 甫 诅 粹 崭 棒 耶 劫 吧 胞 榴 篮 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 步骤二步骤二:相律分析:相律分析根据相律分析平衡图中各平衡线根据相律分析平衡图中各平衡线 、面及各平衡线的交点上能稳定存在的凝聚态化面及各平
20、衡线的交点上能稳定存在的凝聚态化 合物的数目。合物的数目。 Fe-OFe-O系统的独立组元数为系统的独立组元数为2 2; 当温度和压强都可变时,其自由度数为当温度和压强都可变时,其自由度数为2 2; 其平衡状态可在一个平面上表示;其平衡状态可在一个平面上表示; 在平衡面上稳定存在的凝聚态化合物数为在平衡面上稳定存在的凝聚态化合物数为1 1; 平衡线上稳定存在的凝聚态化合物数为平衡线上稳定存在的凝聚态化合物数为2 2; 交点上稳定存在的凝聚态化合物数为交点上稳定存在的凝聚态化合物数为3 3。 步骤三步骤三:初步确定有效反应:初步确定有效反应根据逐级反应原则初步根据逐级反应原则初步 确定的有效反应
21、。确定的有效反应。 8. 3. 1 热力学平衡图的绘制方法和步骤 铁-氧系热力学平衡图 上 磨 堆 示 哨 忆 裳 六 脂 冻 荔 粹 哎 隔 附 用 所 佬 户 娜 倾 构 慧 窒 专 熬 说 议 快 爆 奸 忱 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 步骤四步骤四:热力学计算:热力学计算根据热力学数据计算出各有效根据热力学数据计算出各有效 反应的反应的 f f G G 值,求出值,求出lg(lg(P PO2 O2 / /p p ) ) T T 关系式。关系式。 步骤五步骤五:根据计算结果绘制成平衡图。:根据计算结果绘制成平衡图。 8. 3.
22、1 热力学平衡图的绘制方法和步骤 铁-氧系热力学平衡图 滔 搬 厨 甚 擎 茹 神 滥 冲 迎 回 宋 齿 滴 逼 搭 撒 抨 然 咖 莲 铁 犬 笛 哭 弊 愈 爆 杏 撬 携 页 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 图8-2 Fe-O系热力学平衡图 8. 3. 1 热力学平衡图的绘制方法和步骤 铁-氧系热力学平衡图 申 充 架 坞 筋 滩 渝 寅 内 衬 疽 辙 胰 枝 所 夯 寡 碱 踩 歌 痈 攻 厚 供 受 粘 蚕 血 焉 阳 抒 撑 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 冶 金 原 理 八 章 p p t 课 件 铁氧化物的
23、优势区图(稳定区图)分为四个区域:铁氧化物的优势区图(稳定区图)分为四个区域: 区域区域 I I:FeFe 2 2O O3 3 稳定区稳定区气相中氧分压高于气相中氧分压高于FeFe 2 2O O3 3 的的 分解压分解压 Fe Fe、 FeO FeO和和FeFe 3 3O O4 4 都将被氧化成都将被氧化成FeFe 2 2O O3 3 。 区域区域 IIII:FeFe 3 3O O4 4 稳定区稳定区气相中氧分压高于气相中氧分压高于FeFe 3 3O O4 4 或或 FeOFeO的离解压,低于的离解压,低于FeFe 2 2O O3 3 的分解压的分解压 FeFe 2 2O O3 3 将分解成将
24、分解成FeFe 3 3O O4 4 ,而,而FeFe和和FeOFeO将氧化成将氧化成 FeFe 3 3O O4 4 。 区域区域 IIIIII:FeOFeO稳定区稳定区气相中氧分压高于气相中氧分压高于FeOFeO的分的分 解压,低于解压,低于FeFe 2 2O O3 3 和和FeFe 3 3O O4 4 的分解压的分解压 FeFe 2 2O O3 3 和和 FeFe 3 3O O4 4 将分解成将分解成FeOFeO,而,而FeFe将氧化将氧化成成FeOFeO。 区域区域 IVIV:FeFe稳定区稳定区气相中氧分压低于气相中氧分压低于FeOFeO的分解的分解 压压 Fe Fe 2 2O O3 3
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