冶金原理课件(中南)-第8章.ppt

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1、第八章热力学平衡图在冶金中的应用8.1基本概念8.2绘制热力学平衡图的理论基础8.3热力学平衡图的绘制与应用（一）8.4热力学平衡图的绘制与应用（二）8.5热力学平衡图的叠加8.6电势–pH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基本概念8.1基本概念图8-1Zn-S-O系热力学平衡图（1100K）1050-5-10-158.1基本概念应用指明Zn-S-O系中

2、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；例如：只有将工艺条件分别控制在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域内，才能分别获得ZnS、ZnSO4和ZnO；为得到ZnSO4，应同时控制高PO2和PSO2值；为得到ZnO，应控制高PO2值、低PSO2值。指明各种化合物之间平衡的条件例如：在ab线所表征的条件下ZnS与ZnO保持平衡；系统中不存在ZnSO4与ZnO的平衡反应。8.1基本概念8.1基本概念计算表明，系统中PCO/Pθ值小于诸反应的平衡常数值这些反应应当都能自发进行上述反应的产物Nb、NbO、NbO2、NbC、NB2C等都能存在。实际上最终产品只可能是两

3、种凝聚态化合物，即NbO2+NbC。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。8.1基本概念8.2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平衡图的计算——主要是求出各种物质稳定区的分界线。各物质稳定区的分界线——实际上是物质间的平衡线。平衡图的绘制——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二、相律相律：f=c–+2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。8.2绘制热力学平衡图的理论基础三

4、、同时平衡原理8.2绘制热力学平衡图的理论基础同时平衡原理的内容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；例如：当WO3与Cl2作用时，生成WO2Cl2、WOCl4、WCl6的诸反应都平衡存在；例如：C与O2反应时，生成CO及CO2的反应都平衡存在；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600K以上WO3与Cl2反应的气相中，同时存在WO2Cl2，WOCl4、WCl6之间的平衡反应。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）中气相（溶液）组成与各种热力学参数的关系，以及固-

5、气相（液相）线的位置和走向。8.2绘制热力学平衡图的理论基础8.2绘制热力学平衡图的理论基础8.2绘制热力学平衡图的理论基础8.2绘制热力学平衡图的理论基础W-Cl-O系热力学平衡图（1100K）lg(PCl2/Pθ)8.2绘制热力学平衡图的理论基础四、逐级转变原则原理：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：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。如：Fe-O系中存在FeO、Fe3O4、Fe2O3三种氧化物。其中FeO–Fe3O4、Fe3O4–Fe2O3能平衡共存，Fe

6、O不能直接与Fe2O3平衡。该系统中有效的生成–分解反应是：6Fe2O3=4Fe3O4+O22Fe3O4=6Fe+O22FeO=2Fe+O28.2绘制热力学平衡图的理论基础逐级转变原理（续）又如：400℃时，W-Cl-O系中存在WO3、WO2Cl2、WOCl4、WCl6四种化合物。其中WO3–WO2Cl2、WO2Cl2–WOCl4、WOCl4–WCl6能平衡共存，WO3–WOCl4、WO3–WCl6平衡不存在。该系统中有效的生成–分解反应是：8.2绘制热力学平衡图的理论基础8.3热力学平衡图的绘制与应用（I）——二组元体系，Fe-O系及多价金属-氧系的热力学

7、平衡图8.3.1热力学平衡图的绘制方法和步骤——铁-氧系热力学平衡图步骤一：查明系统物质的种类及其热力学性质。在2500K以内，FeO、Fe3O4、Fe2O3均为凝聚态。固体FeO、Fe3O4、Fe2O3的fG值分别为：fG(FeO)=269540+70.275TJ·mol1fG(Fe3O4)=1126640+338.48TJ·mol1fG(Fe2O3)=848890282.4TJ·mol18.3热力学平衡图的绘制与应用（I）步骤二：相律分析——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合物的数目。F

8、e-O系统的独立组元数为2；当温度和压强都可变时，其