熔融还原中流态化CA过程动力学
冶金原理 课后题答案
第一章 冶金热力学基础1．基本概念：状态函数，标准态，标准生成自由能及生成焓，活度、活度系数和活度相互作用系数，分解压和分解温度，表面活性物质和表面非活性物质，电极电势和电池电动势，超电势和超电压。
2．△H 、△S 和△G 之间有何关系，它们的求算方法有什么共同点和不同点？3．化合物生成反应的ΔG °-T 关系有何用途？试根据PbO 、NiO 、SiO2、CO 的标准生成自由能与温度的关系分析这些氧化物还原的难易。
4．化学反应等温式方程联系了化学反应的哪些状态？如何应用等温方程的热力学原理来分析化学反应的方向、限度及各种 因素对平衡的影响？5．试谈谈你对活度标准态的认识。
活度标准态选择的不同，会影响到哪些热力学函数的取值？哪些不会受到影响？6．如何判断金属离子在水溶液中析出趋势的大小？7．试根据Kelvin 公式推导不同尺寸金属液滴（半径分别为r1、r2）的蒸汽压之间的关系。
8．已知AlF 3和NaF 的标准生成焓变为ΔH °298K,AlF3(S)=-1489.50kJ ·mol -1, ΔH °298K,NaF(S)=-573.60kJ ·mol -1，又知反应AlF 3(S)+3NaF (S)=Na 3AlF 6(S)的标准焓变为ΔH °298K=-95.06kJ ·mol -1，求Na 3AlF 6(S)的标准生成焓为多少？(-3305.36 kJ ·mol -1)9．已知炼钢温度下：（1）Ti (S)+O 2=TiO 2(S) ΔH 1=-943.5kJ ·mol -1（2）[Ti]+O 2=TiO 2(S) ΔH 2=-922.1kJ ·mol -1 （3）Ti (S)=Ti(l) ΔH 3=-18.8kJ ·mol -1求炼钢温度下，液态钛溶于铁液反应Ti(l)=[Ti]的溶解焓。
碳化动力学
碳化动力学碳化动力学是研究碳化反应过程中反应动力学规律的学科，主要研究碳化反应的速率、热力学计算及预测、固相扩散控制机理和形成微观组织结构的过程等。
碳化是指将金属原料与碳源在一定的条件下进行反应，形成金属碳化物的过程。
金属碳化物具有一定的物理和化学性能，具有良好的机械性能、耐磨性能、耐蚀性能、导电性能等，因此广泛应用于工业生产中的高温、高压、高强度等领域。
碳化反应的动力学规律主要包括反应速率、反应机理和反应热力学。
反应速率是指单位时间内反应物转化的量，是衡量反应速度的重要指标。
反应速率与反应温度、反应物浓度、反应物粒度、反应物表面积、催化剂等因素有关。
反应机理是指表征反应过程中电子、原子、分子与碳源之间的转化过程和机理，包括活化能、反应中间体和中转态等。
反应热力学是指反应物质之间的能量变化及热力学规律，包括焓变、反应热、熵变等。
碳化反应的速率控制机理主要分为两种：扩散控制和化学反应控制。
扩散控制指的是反应物在固体中进行扩散，是较慢的过程。
化学反应控制指的是反应物间的化学反应，速率较快，受到扩散过程的限制。
在碳化反应中，扩散控制扮演着重要的角色。
在扩散控制的情况下，碳源离反应物表面越近，碳化反应速率就越快。
碳源对碳化反应速率的影响也是重要的。
碳源的种类、粒度、形式和浓度等都会影响反应速率。
其中，活性碳是较为理想的碳源。
由于活性碳表面存在大量孔洞和表面活性基团，能够有效地促进反应物的吸附和反应，从而提高反应速率。
碳化反应的热力学计算及预测在实际应用中具有重要意义。
从热力学角度出发，碳化反应可分为放热反应和吸热反应。
放热反应在一定温度下是有利的，而吸热反应则需要在一定的条件下才能进行。
在碳化反应中，除了热力学因素外，还需要考虑反应器的设计、反应器内流体的运动及反应物的扩散等因素，综合分析，得出最优反应条件，为生产提供可靠的理论依据。
在碳化反应形成的过程中，微观组织结构也需要考虑，确定合理的工艺条件，以制备出具有良好性能的金属碳化物。
含镁磷酸盐熔融还原制磷的动力学
基础 ．
的磷 矿热 炭 还 原 过 程 ． 随着 黑 色 冶 金 领 域 中熔 融 还原 技术 的研 究 开 发 和铅 、 锌、 铜、 锡 等 有 色 金 属 熔融 还原 技 术 的 发 展 和 完 善 ， 熔 融 还 原 炼 磷 也 成 为可 能［ ７ ． 张 进 荣 和 郭 占成 等 。 叩对 一 段 熔 融 还 原法 制取 磷 酸 的 可 行 性 进 行 了研 究 ， 认 为 在 熔 融 液态 条件 下有 利 于促使 磷 矿 在 较低 温 度 下 进行 还 原， 可 以改进 热 法 磷 酸 工 艺 ， 达 到节 能 减耗 ． 但 在
Ｏ 引 言
热 法磷 酸 工 艺 可 利 用 中低 品位 磷 矿 ， 具 有 产
模 拟研究 ． 研 究 发 现 降低 燃 烧 火 焰 温 度 是 反 射 炉
炼磷 过程 实 现 的技 术 关 键 ． 郭 占成 等 结 合 前 山
西侯 马 ８ ｒ ｎ 。 竖 炉炼磷 原 料 条件 ， 对 一 步 法 熔 融 还
品纯 度 高 ， 杂 质含 量低 的优 点 ， 具 体 工 艺可 分 为 两 步法 和 一步 法＿ ｌ ］ ． 该 工 艺 生 产成 本 高 的主 要 原 因 是 消耗 大量 电能 ． 两 步 法 采 用 电炉 法 或 高 炉 法 将 磷矿 还原 成 磷 单 质 ， 再 通过氧化生 产 Ｐ Ｏ ． 而 窑 法磷 酸 工艺 和新 开发 的熔 融 还 原 技术 作 为 一 步 法 将磷 矿还 原 和磷 氧化 两个 过 程 耦合 利用 元 素磷 燃 烧所 产生 的热 能进 行 还 原反 应 ， 降低 了能耗 ． 窑 法 磷酸 多属 于在 固态条件 或 固载 液相 下进 行 石 墨 还 原磷 酸 盐 的 反 应［ ６ ］ ． 由 于 固相 反 应 过 程 传 质 阻力 较大 ， 如 能在 液 相 条件 下 开 发 磷 酸 盐 制 备 磷 酸 的
6-非高炉炼铁
6非高炉炼铁6.l概述非高炉炼铁法是高炉炼铁法之外，不用焦炭炼铁的各种工艺方法的总称。
按工艺特征，产品类型和用途，主要分为直接还原法和熔融还原法两大类。
6.1.1直接还原法与熔融还原法直接还原(DirectReduction)法是指不用高炉而将铁矿石炼制成海绵铁的生产过程。
直接还原铁是一种低温下固态还原的金属铁。
它未经熔化而仍保持矿石外形，但由于还原失氧形成大量气孔，在显微镜下观察形似海绵，因此也称海绵铁。
直接还原铁的含碳量低(〈2%)，不含硅锰等元素，还保存了矿石中的脉石。
因此不能大规模用于转炉炼钢，只适于代替废钢作为电炉炼钢的原料。
熔融还原(SmeltingReduction)法指在熔融状态下把铁矿石还原成融态铁水的非高炉炼铁法。
它以非焦煤为能源，得到的产品是一种与高炉铁水相似的高碳生铁。
适合于作氧气转炉炼钢的原料。
近年来，非高炉炼铁法发展比较快，其原因是：(1)不用焦炭炼铁。
高炉冶炼需要高质量冶金焦，而从世界矿物燃料的总储量来看，煤炭占92%左右，而焦煤只占煤炭总储量的5%，且日渐短缺，价格越来越高。
非高炉炼铁可以使用非炼焦煤和天然气作燃料与还原剂，对缺少焦煤资源的国家和地区提供了发展钢铁工业的巨大空间。
(2)高炉炼铁要求强度好的焦炭和块状铁料。
必须有炼焦和铁矿粉造块等工艺配套，工艺环节多，经济规模大，需要大的原料基地和巨额投资。
非高炉炼铁法使用非焦煤或天然气，可使用矿块或直接使用粉矿，市场适应性强。
(3)科学技术的进步，对钢材质量和品种提出了更高的要求。
现代电炉炼钢技术为优质钢的生产提供了有效手段，但由于废钢的循环使用，杂质逐渐富集，而一些杂质元素在炼钢过程又很难去除，无法保证钢的质量，并限制了电炉法冶炼优质钢种的优势。
非高炉炼铁法能为炼钢提供成分稳定、质量纯净的优质原料，为炼钢设备潜能的发挥，提高企业的经济效益，提供了有力的支持。
(4)随着钢铁工业的发展，氧气转炉和电炉炼钢逐渐取代平炉，废钢消耗量迅速增加，废钢供用量日感紧张，非高炉生产的海绵铁、粒铁等是废钢的极好替代品。
粉末冶金课后习题.
第一章1.碳还原法制取铁粉的过程机理是什么？影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素有哪些？答：铁氧化物的还原过程是分段进行的，即从高价氧化铁到低价氧化铁，最后转变成金属：Fe2O3→Fe3O4→Fe。
固体碳还原金属氧化物的过程通常称为直接还原。
当温度高于570°时，分三阶段还原：Fe2O3→Fe3O4→浮斯体（FeO·Fe3O4固溶体）→Fe3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3FeO+CO2 FeO+CO=Fe+CO2 当温度低于570°时，由于氧化亚铁不能稳定存在，因此，Fe3O4直接还原成金属铁 Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2影响因素：（1）原料①原料中杂质的影响②原料粒度的影响（2）固体碳还原剂①固体碳还原剂类型的影响②固体还原剂用量的影响（3）还原工艺条件①还原温度和还原事件的影响②料层厚度的影响③还原罐密封程度的影响（4）添加剂①加入一定的固体碳的影响②返回料的影响③引入气体还原剂的影响④碱金属盐的影响⑤海绵铁的处理制取铁粉的主要还原方法有哪些？比较其优缺点。
2、发展复合型铁粉的意义何在？答：高密度、高强度、高精度粉末冶金铁基零件需要复合型铁粉。
所谓复合型粉末是指用气体或液体雾化法制成的完全预合金粉末、部分扩散预合金粉末以及粘附型复合粉末。
还原法制取钨粉的过程机理是什么？影响钨粉粒度的因素有哪些？氢还原。
总的反应式：WO3+3H2====W+3H2O。
钨具有4种比较稳定的氧化物W03+0.1H2====W02.9+0.1H20 W02.9+0.18H2 ==== W02.72+0.18H20W02.72+0.72H2 ====W02+0.72H2O WO2+2H2 ====W+2H2O影响因素：⑴原料：三氧化钨粒度、含水量、杂质⑵氢气：氢气的湿度、流量、通气方向⑶还原工艺条件：还原温度、推舟速度、舟中料层厚度⑷添加剂3、作为还原钨粉的原料，蓝钨比三氧化钨有什么优越性，其主要工艺特点是什么？答：采用蓝钨作为原料制备钨粉的主要优点是可以获得粒度细小的一次颗粒，尽管二次颗粒较采用 WO3 作为原料制备的钨粉二次颗粒要大。
炼钢过程中铁矿石的还原动力学与机理研究
炼钢过程中铁矿石的还原动力学与机理研究炼钢是一项重要的冶金技术，其过程中对铁矿石的还原过程有着关键的研究与应用价值。
本文将探究炼钢过程中铁矿石的还原动力学与机理，并分析其对炼钢工艺与质量的影响。
一、炼钢过程简介炼钢是将铁矿石中的杂质去除，使其成为纯净的金属铁的过程。
炼钢过程可分为两个主要步骤：还原和精炼。
其中，还原是指将铁矿石中的氧化铁还原为金属铁，而精炼则是对还原后的铁进行炼制和纯化。
二、铁矿石还原动力学铁矿石的还原动力学研究是炼钢过程中的关键一环。
还原动力学是指铁矿石在还原剂作用下还原的速率与温度、还原剂浓度、反应时间等因素之间的关系。
通过分析这些因素对还原速率的影响，可以优化炼钢过程并提高产量和质量。
1. 温度对还原速率的影响在炼钢中，加热是铁矿石还原的必要条件。
温度对还原反应速率有着重要的影响。
一般来说，较高的温度能够促进反应速率的增加，但过高的温度会导致能量浪费和产生不必要的损失。
因此，要通过合理控制温度来实现高效的还原过程。
2. 还原剂浓度与还原速率还原剂是炼钢过程中的重要组成部分，其浓度对还原速率同样有着重要影响。
浓度较高的还原剂能够提供更多的还原剂分子，从而增加反应速率。
但过高的浓度也可能导致反应副产物的生成，影响反应的纯度。
3. 反应时间与还原速率反应时间是指还原反应所需的时间，它与还原速率密切相关。
较长的反应时间会使还原反应得到更充分的进行，但过长的反应时间也会增加生产成本和时间成本。
因此，在实际应用中需要在经济效益和还原速率之间寻找平衡点。
三、铁矿石还原机理铁矿石还原机理主要包括两个方面：物理还原和化学还原。
1. 物理还原物理还原指的是铁矿石中的氧化铁在还原过程中释放出的气体使矿石发生脱氧反应。
这些气体包括CO、CO2等。
脱氧反应通过降低氧化铁的氧化态来实现还原。
物理还原作用是炼钢过程中还原反应的重要组成部分。
2. 化学还原化学还原是指还原剂与铁矿石发生化学反应，使氧化铁还原为金属铁。
金属冶炼反应动力学
通过多次重复实验和对比实验等方法 提高实验精度，确保结果的准确性和 可靠性。
05
金属冶炼反应动力学的应用实例
钢铁工业中的应用
铁矿石的还原
研究铁矿石还原过程中的反应速率和机理，提高炼铁效率。
钢的连铸和轧制
通过反应动力学模型预测和控制钢在连铸和轧制过程中的相变和 组织演变。
钢铁材料的表面处理
人工智能与机器学习在反应动力学中的应用
利用人工智能和机器学习技术，对金属冶炼反应过程进行实时监测和预测，提高反应效率和产品质量 。
新型传感器和检测技术的应用
开发新型传感器和检测技术，实时监测反应过程中的温度、压力、浓度等参数，为优化反应过程提供 数据支持。
反应动力学理论的发展
建立更精确的数学模型
基于实验数据和理论分析，建立更精确的数学模型，用于描述金属冶炼反应的动力学过 程，提高预测精度。
，提高资源利用率。
02
金属冶炼反应动力学原理
化学反应速率
反应速率定义
化学反应速率是指反应过程中物质浓 度随时间变化的速率，通常用单位时 间内反应物或生成物的浓度变化来表 示。
反应速率分类
反应速率的影响因素
反应温度、压力、反应物浓度、催化 剂等都会影响化学反应速率。
根据反应速率的不同表现形式，可以 分为零级反应、一级反应、二级反应 等。
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反应速率常数与活化能
反应速率常数
01
反应速率常数是描述化学反应速率与反应物浓度关系的常数，
它反映了反应的快慢程度。
活化能
02
活化能是表示化学反应速率与反应温度关系的能量，是决定反
应速率的重要因素。
煤矸石低温中和过程铁,钙,镁的溶出及动力学
煤矸石低温中和过程铁,钙,镁的溶出及动力学煤矸石是煤炭开采过程中产生的固体废弃物，含有大量的铁、钙、镁等重金属离子。
这些重金属离子如果进入水体，会对水质造成不良影响，严重的甚至会对人体健康产生威胁。
因此，将煤矸石进行低温中和处理是保护环境的重要措施之一。
本文主要探讨煤矸石低温中和过程中铁、钙、镁的溶出及动力学。
一、低温中和过程低温中和过程是指在室温下进行的一种酸碱反应。
在煤矸石低温中和过程中，常用的中和剂包括石灰、氢氧化钠、碳酸钠等。
这些中和剂与煤矸石中的酸性物质发生反应，使其酸性得到中和。
二、铁、钙、镁的溶出在煤矸石低温中和过程中，随着中和过程的进行，煤矸石中的重金属离子会逐渐溶出。
其中，铁、钙、镁是煤矸石中含量较高的重金属离子。
铁的溶出量最高，其次是钙、镁。
此外，中和剂的种类和使用量也会影响重金属离子的溶出量。
通常情况下，使用碳酸钠中和煤矸石时，铁、钙、镁的溶出量均较少；而使用石灰或氢氧化钠时，铁、钙、镁的溶出量则较高。
三、动力学煤矸石低温中和过程中铁、钙、镁的溶出是一个动力学过程，受多种因素影响。
其中，pH值、中和剂种类和使用量、反应时间等是影响重金属离子溶出的主要因素。
实验研究表明，当pH值升高时，铁的溶出量会增加，而钙和镁的溶出量则会减少。
此外，中和剂种类不同对铁、钙、镁的溶出量也有不同的影响。
在使用石灰中和煤矸石时，铁、钙、镁的溶出量会随中和剂用量的增加而增加；而使用氢氧化钠和碳酸钠中和时，铁的溶出量较少，钙和镁的溶出量则会随中和剂用量的增加而先增加后降低。
综上所述，煤矸石低温中和过程铁、钙、镁的溶出及动力学是一个复杂的过程。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的中和剂和处理参数，以达到最佳处理效果。
同时，还需要注意对重金属离子的后续处理，以防止其对环境造成影响。
二氧化碳化学还原的动力学研究
二氧化碳化学还原的动力学研究二氧化碳的化学还原是人类探索的一个重要课题，因为通过还原二氧化碳可以制备高附加值的化学品，同时也可以有效促进减排和环保。
目前，已有不少学者对二氧化碳的还原过程进行了研究，本文将从动力学角度探究二氧化碳还原的过程。
一、反应机理二氧化碳化学还原的反应机理，主要依靠还原剂的还原能力和产物的稳定程度。
目前，有许多还原剂可以用于二氧化碳的还原，如氢气、还原糖等。
而反应产物也是非常多样的，如甲酸、甲醇、CO等。
这些产物都是非常有价值的化学品，可以广泛应用于化学、材料等领域。
二、反应条件二氧化碳的还原过程，通常需要一定的反应温度和反应压力。
这是因为反应温度和反应压力可以有效影响反应速率和反应产物的选择性。
同时，还需要选择合适的催化剂和溶剂，以提高反应的产率和选择性。
例如，金属催化剂可以促进二氧化碳的还原反应，而溶剂则可以调节反应条件。
三、动力学研究动力学研究是指对化学反应中反应速率和反应中间体的研究。
在二氧化碳的还原过程中，反应速率和反应产物的选择性是非常关键的研究方向。
许多学者通过理论计算和实验研究，得到了一些有价值的结论。
例如，许多动力学模型可以预测二氧化碳还原的反应速率和产物选择性。
同时，还可以通过实验手段观察反应动力学过程中反应中间体的生成和消耗情况。
四、未来展望二氧化碳化学还原的研究，将会对环保和可持续发展产生积极的影响。
未来，除了继续深入研究二氧化碳还原的反应机理和动力学过程外，还需要继续筛选出更为高效和可持续的反应体系，并加大工业化应用推广力度。
只有通过多方面的研究和合作，才能更好地实现CO2资源化利用的目标。
总之，二氧化碳化学还原的动力学研究具有重要的学术意义和工业价值，需要不断深入研究和探索，以实现对人类社会和环境的巨大贡献。
化学反应动力学一二三章
反应速率随温度的变化
影响的类型：
Ⅰ：阿累尼乌斯型； Ⅱ：爆炸极限反应； Ⅲ：酶催化或受吸附制约的多相催化反应； Ⅳ：某些烃类气相氧化、煤的氧化等反应； Ⅴ：如 2NO O2 2NO2 。
Arrhenius定理的适用性 指前因子A与温度T的关系
A A0T
m
k A0T m e Ea
化学反应速率 （一）反应进展度ξ
代表进行的基元化学物理反应的次数
R P
t=0 t=t
nR (0) nR (t )
n p ( 0) n p (t )
nR (t ) nR (0) nP (t ) nP (0)
（二）反应进展度ξ定义反应速率
1 d 1 r v dt v
1. 对基元反应A+2BC，若将其反应速率方程写为下列形 c dc k c c 式， ddt k c c ddct k c c dt 则kA、kB、kC间的关系应为：( ) (A)kA = kB = kC (B) kA =2 kB = kC （C） kA =1/2 kB = kC
A B C D A X 2B E
基元反应：反应分子（或原子、自由基、质 子）直接碰撞一步完成的反应 基元反应
I2 2I
单分子反应 两分子反应
2NO2
N2O4
2I +H2
2HI
三分子反应
反应分子数：发生一次基元化学物理反应时参与反应的分 子数目
反应机理：大量的实验事实表明，绝大多数化学反应并不是
简单地一步就能完成的，而往往是分步进行的。化学反应经 历的途径叫做反应机理（或反应历程）。
在上述条件下，从热力学角度看，是可以进行的； 但从动力学角度看，则没有实际意义。 但若改变反应条件，升温到1073K或加入合适的催化剂，反应可瞬间 完成。