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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？ m16

2.5.2 以1mol单质反应为标准表示的△fG？ m16

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+BT260

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