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1、冶金原理课后习题及解答冶金原理课后习题及解答Company Document number : WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998第一章1冶金原理研究的主要内容包括 、 和 。冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。2金属熔体指 液态的金属、合金。1、 冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用 的理论和方法研究提取冶金过程，为解决有关 问题、开拓的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。物理化学、技术、新2、 根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为 四种类型。金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。3、 冶金原理按具体的冶金对象分为 冶金原理及 冶金原理。钢铁、有色金属。4

2、、 根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为 四种。在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特 点，合理地选择 使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣。熔渣。5、 熔渣是 和 的重要产物之一。金属提炼、精炼过程。6、 熔渣是指主要由各种 熔合而成的熔体。氧化物。7 的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。富集渣、8 的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。精炼渣。9、在造铳熔炼过程中，为了使铳的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，要求熔渣具有较低的 和 o粘度、密度、渣-铳界面张力。10、 为了提

3、高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使铳具有合适的 物理化学性质。11、 在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择 使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。熔渣成分12、 冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条件下反应能否自发地向 进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的 ； 3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高 指明努力方向。预期方向；限度；转化率。13大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物: FeOs 60、SiOz14高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物: CaO、AI2O3、SiO215熔盐盐的熔融态液体，通常指 无机盐的

4、熔融体16在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物叫 冶金熔体171、 应为熔盐有着与水溶液相似的性质，因此熔盐电解成为了铝、镁、衲、锂等 金属唯一的或占主导地位的生产方法。错2、 对于软化温度低的炉渣増加燃料耗量不仅能増大炉料的溶化量，而且还能进步提高炉子的最高温度。错3、 熔铳的性质对于有价金属与杂质的分离、冶炼过程的能耗等都有重要的影 响。对4、 冶金熔体在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物。对5、 金属熔体不仅是火法冶金过程的主要产品，而且也是冶炼过程中多相反应的 直接参加者。如炼钢中的许多物理过程和化学反应都是在钢液和炉渣之间进 行的。对6、 常见的熔盐由碱金属或

5、碱土金属的卤化物、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐 等组成。对7、 非金属熔体包括:熔渣、熔盐、熔硫 对1、 什么事冶金熔体它分为几种类型2、 什么事富集渣它与冶炼渣的根本区别在哪里3、 为什么熔盐电解是驴、镁、钠、锂等金属的唯一的或占主导地位的生产方法4、 熔渣的副作用5、 熔盐的冶金应用6、 熔剂在精炼中的作用1、 我们把在火法冶金过程中处于熔融状态的反应介质和反应产物（或中间产 品）称为冶金熔体。它分为金属熔体熔渣（3：熔盐熔铳四种类型。2、 富集渣是冶炼过程中把品味低的矿通过物理化学的方法调高品味的方法，它 是熔炼过程的产物，它是颜料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续 工作将它们回收利用

6、，而冶炼渣是以矿石或精矿为原料，以粗金属或熔铳为 冶炼产物的冶炼过程中生成的，其主要作用在于汇集炉料中的全部脉石、灰分及大部分杂质，从而使其与熔融的主要冶炼产物分离。3、铝、衲、镁、锂等金属都属于负电性金属，不能从水溶液中电解沉积出来,熔盐电解往往成为唯一的方法。4、 熔渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷大大缩短了炉子的使用寿命、炉渣带走 了大量热量大大地增加了燃料消耗、渣中含有各种有价金属降低了金属的 直收率5、 在冶金领域，熔盐主要用于金属及其合金的电解生产与精炼2熔盐电解法 广泛应用于铝、镁、钠、锂等轻金属和稀土金属的电解提取或精炼其它的 碱金属、碱土金属，钛、锭、钳等高熔点金属利用熔盐电解法

7、制取合金或 化合物 如铝锂合金、铅钙合金、稀土铝合金、WC、TiB2等某些氧化物 料（如TiO2、MgO）的熔盐氯化，适合处理50、MgO含量高的高钛渣或金 红石用作某些金属的熔剂精炼法提纯过程中的熔剂，例如，为了降低粗镁 中的非金属杂质和某些金属杂质，采用由碱金属和碱土金属的氯化物、氟化 物的混合熔剂进行精炼。6、 除去镁中的某些杂质2在熔融的镁表面形成一层保护膜，将镁与空气隔绝 防止其燃烧。第二章1、 三院系中的界线有低共熔线和转熔线两种。为了区分这两种性质的界线，在 三元系相图中规定了用箭头表示低共熔线下降的方向，用箭头表示转熔 线的温度下降方向。单、双。2、 渣型的选择通常取决于熔炼时

8、冶金炉内要求达到的温度。如果熔炼的温度较 高，渣型的选择便一些，反之渣型的选择范围要一些。宽；窄。3 三元系是十分重要的冶金炉渣体系，该三元系相图是研究大多数有色冶金炉渣和碱性炼钢炉渣性的基本相图。Cao-feo-sio204、 三元凝聚体系中可能存在的平衡共存的相属最大为最大自由度数为o 4, 35、 在实际应用中，一般才用 和 来描述三元系的相平衡。平面投影图，等温截面图。6 反映了体系在指定温度下所处的相图以及体系相态随组成的变化。等温截面图7、 一般来说，在三元相图中，对应于每一个 都有一个子三角形。无变点8、 工业铝电解质主要含有 和 其中 和 是熔剂， 是炼铝原料。冰晶石、氟化铝、

9、氧化铝，冰晶石、氟化铝，氧化铝9、 是硫化铜矿造铳熔炼的产物，主要组成为CU2S和FeS。铜铳10、 三元凝聚体系的自由度数最多为 ,即体系的平衡状态决定于温度和两个组元的浓度。311、 要完整地表示三元系的状态，必须采用 三维空间图形12、 由浓度三角形中任一顶点向对边引一射线，则射线上所有各点含三角形其余二顶点所表示的组元的数量比例 均相等13、 用三方棱柱体表示以浓度三角形为底面，以垂直于浓度三角形平面的纵坐标表示 温度。14、 在简单三元低共熔体系内，液相面和固相面之间所围的空间是由六个不同的 构成，而不是一个整体。结晶空间15、在冷却析晶过程中，不断发生液、固相之间的相变化，液相组成

10、和固相组成也不断改变，但体系的 是不变的总组成（即原始熔体的组成M点）16、 按照直线规则和杠杆规则，液相点、固相点和体系点在任何时刻都必须处于 条直线上。17、 在析晶的不同阶段，根据液相点或固相点的位置可以确定 组成点的位置。另一相18、 利用杠杆规则，可以计算出某一温度下体系中的 液相量和固相量19、 一般来说，在三元相图中，对应于每一个无变点都有 一个子三角形20、 如果原始熔体的组成落在某个子三角形内，则液相必定在其相应的无变点（低共熔点） 结束析晶21、 判断界线上的温度走向的规则 连线规则22界线上温度降低的方向用 表示 箭头23、 在浓度三角形的边线上，箭头由三角形顶点（化合物

11、组成点）指向转熔点（如，再由转熔点指向 低共熔点24、 在浓度三角形内部，界线上的箭头由二元低共熔点指向 或由二元转熔点指向三元转熔点，再由三元转熔点指向三元低共熔点三元低共熔点25、 三元低共熔点是所划分的独立三角形中温度的 最低点26三元系中有低共熔和 两种不同性质的界线 转熔27、 判定界线性质的一般方法 切线规则28、 用 表示低共熔线上温度降低的方向，用 表示转熔线上温度降 低的方向单箭头双箭头29、三元相图中的每一个无变点都对应于一个子三角形，它是由与该无变点液相平衡的 连成的三个晶相组成点30、转熔点不一定是析晶过程的终点，视 是否在对应的子三角形之内而定物系点1等温截面图：在一

12、定温度下的等温截面与立体相图相截，所得截面在浓度三 角形上的投影。2、 结晶区：在液相面与固相面之间的空间。3、 界线：两个液相面相交得到的空间曲线。4、 一致熔融化合物：在熔融时所产生液相的组成与化合物固相的组成完全相同 的化合物。5、 温度最高点规则：让一界线与其相应的连线相交，所得交点既是该界线的温 度最高点，同时也是该连线上的温度最低点。6、 凝聚体系：不含气相或气相可以忽略的体系。7、 不一致熔融化合物：如果一个化合物被加热至某一温度是发生分解，形成一 个液相和另一个固相，且二者的组成皆不同不同于化合物固相的组成，则该化 合物为不一致熔融化合物。1、 如果三元系中之生成一致熔融化合物

13、，那么久可以将该三元系划分成若干个 独立的简单子三元系。对2、 不一致熔融化合物是一种不稳定的化合物，它既可以是二元化合物，也可以 是三元化合物。对3、 C2S、CS、C3S2均为一致熔融化合物。错 4、当电解温度大于960时，三氧化二铝在电解质中的溶解度不大。错5、从Fe-S-元系相图可知，含硫量増大将导致铁的熔点降低。对6、 在一定的温度下，随着含铁量得増加，将不断有铜铁合金相析出；而当含铁 量一定时，随着温度的降低，铜铁合金也会从熔体中析出。对7、 相律是多相平衡中最基本的规律，其一般的规律为：f=c-(I +2,其中(t为组 分数。错8、 重心原理所讲重心是浓度三角形的几何重心。错9

14、.、在分析三元系相图过程中，要注意：界线性质与相应化合物的性质没有明 显关系。生成不一致化合物的体系不一定出现转熔线，而生成一致熔融化合物 的体系中一定之出现低共熔线。错10、在火法冶炼过程中，渣型的选择通常取决于冶金炉内要求达到的温度，如 果熔炼的温度较高，渣型的选择范围可窄一些。错1、 式说明绘制三元系状态图的等温截面图的主要步骤。2、 浓度三角形的性质有哪些3、 简述重心原理。4、 分析实际三元系相图的基本步骤有哪些5、 分析复杂三元系中任意熔体M的冷却结晶步骤有哪些1、若绘制该体系在T4温度下的等温截面图，则步骤如下：首先将图&中除T4 外的等温线去掉，找出T4温度下的等温线与界线的交

15、点d,连接交点与界线两 边的固相组成点构成一个接线三角形，所围成的区域为(L+B+C)三项区，扇形 区域AabA、CcdC分别是固相A/B和C的液相平衡共存两项区(L+A)、(L+B)、(L+C)区域abcdea显然是一个单一液相区，最后去掉所有的界线，并在每个区域内标出所存在的物相，这样就得到了等温截面图。2、 浓度三角形的性质有等含量规则、等比例规则、背向规则、直线规则、交叉 位规则、共觇位规则和重心原理。3、 在浓度三角形ABC中，当由物系M、N和Q构成一新物系P时，则物系P 的组成点必定落在三角形MNQ的重心位置上，这就是重心原理。4、 1)判断化合物的性质；2)划分三角形3)确定界线

16、的性质4)判断无变点的性质5、 1)根据给点熔体M的组成，在浓度三角形中找出M点的位置；2)由M点所在的等温线，确定熔体M开始结晶的温度；3)根据M点所在的初晶面，确定开始析出的晶体组成；4)根据M点所在的子三角形，确定冷却结晶的终点以及洁净中辽的固相组 成。6图为生成一个三元化合物的三元相图，判断三元化合物N的性质(2)标出界线的温度降低方向(3)指岀无变点K、L、M的性质，写出它们的平衡反应；(4)分析熔体1、2的冷却过程解：(1)因N点不在(N)初晶面内，故三元化合物为不一致熔融化合物(2)见图(3)L点位于相应的子三角形CNB之内，因此是低共熔点,L-C+N+B ； M点 位于相应的子

17、三角形AC之内，因此是低共熔点，L-A+C+N(4)熔体 1,液相：1t(LN, f二2)gT(tC+N, f二 1)L(LC+N+B),固相：N (N+C) d (A+N+C) 1熔体 2,液相：2 (L+B, f二2) GT(LA+B,f二l)k(L+AV+B,f二0)(LN+B, f二 1) L (LC+N+B)试说明绘制三元系状态图的等温截面的主要步骤答：1将平面投影图中给定温度以外的等温线，温度高于给定温度的部分界限 (fel)去掉。2将界限与给定温度下的等温线的交叉点(f)与该界限对应的二组元的组 成的连接，形成结线三角形BfC.3去掉余下的界限(Ef, Ee2, Ee3)4在液-

18、固相区画出一系列结线5标出各相区的平衡物相6用边界规则检查所绘制的等温面图在进行三元系中某一熔体的冷却过程分析时，有哪些基本规律答：1背向规则 2杠杆规则3直线规则4连线规则5三角形规则 6重心规则7切线规则8共辄规则等分析熔体冷却过程时&：液相点总是沿着温度下降的方向移动的，液相点，原始点与固相点始终在一 条直线上，且原始物系点必定在固相点与液相点之间，他们之间的质量关系符 合杠杆原理。b：结晶终了时，液相点与固相点的变化路径首位相连，合为一条折线。C:在包括三元转熔反应的冷却结晶过程中，如果被回吸组分在析晶过程中消耗完，则剩余的液相发生穿越所生成组元初晶区的现象。8试根据氧化钙-二氧化硅-

19、三氧化二铝系相图说明组成为（/%）氧化钙二氧化硅三氧化二铝氧化镁2, 55的熔渣冷却过程中液相及固相成分的变化。解：炉渣的ZTO=%,需将其重新换算，使三组分（MgO计入CaO组分之内）之和为 100%,因此工WcaO%, X Sio：,心03二%,因此，炉渣的组成点位于ACS-C2AS-C3S2内 的0点当组成点为0的此渣冷却到此渣系所在的等温线所示的温度时，开始析出 GAS相，温度下降时不断析出C=AS相，液相沿0-0 -P-E变化，在0P段析出二 元共晶CsS-CzAS,在P点进行转熔反应L+ C3S：= C4S+CS,沿PZ线段析出二元共 晶体CS- C:AS,在E点析出三元共晶体CS

20、- C3S:- C：AS.而固相成分沿C：AS-a-b- c-o变化7如何判断无变点的性质它与化合物的性质和界限的性质有何关联如果某三元 系中只生成了一致熔融化合物，该体系中有可能出现转熔点吗答：在浓度三角形中，一致熔融化合物的组成点落在自己的初晶面之内，不一 致熔融化合物的组成点都落在自己的初晶面之外。根据无变点与其相对应子三角形的相对位置关系来确定该无变点的性质，即 是低共熔点还是转熔点。无变点的性质与相应化合物的性质和界限的性质没有必然联系，如果某三元 系中只生产了一致熔融化合物，该体系中有可能出现转熔点。第三章1、 一般来说，在发生相变时物质的各种性质都会发生变化，相变过程的热效应 可

21、视为原子间结合力变化的标志。对2、 液体的性质和结构究竟更接近于固态还是更接近于气态，主要取决于液体的 结构特点。错3、液态金属与固态金属的原子间结合力差别很小。对4、液态金属与熔盐的结构相同，均为进程有序，远程无序。对4、 熔渣从金属液中吸收有害杂质硫及磷的能力决定于渣中存在的自由CaOo对5、 温度对不同种类的熔体的电导率的影响相同。错6结构起伏的尺寸大小与温度有关，温度越高，结构起伏的尺寸越大。错7、 阴离子与阳离子间的库伦作用力是决定溶液热力学和结构性质的主要因素。对8、 大多数金属熔化后电阻减小，并且随温度升高而减小。错9、 金属在液态和固态下原子的分布答题相同，原子间结合力相近。对

22、10、 熔盐熔化时的体积増加是自由体积的増加。错11、 一般认为空穴是在作为谐振子的球状的阴阳离子间形成的，空穴体积相当于熔融时体积膨胀量，空穴的分布是均匀的。对12、 金属原子与氧原子的电负性相差越大，离子键分数越大，氧化物离解为简单离子的趋势也越大。对13、 氧化物离解为简单离子的趋势取决于氧化物中阳离子与氧离子的作用力。 对14、 一般来说，场强越大则氧化物的酸性越强；场强越小则氧化物的碱性越小。错单键强度越大，氧化物的酸性越强；反之，单键强度越小，氧化物碱性越强。对15、 对于同一种金属，通常其高价氧化物显示酸性或两性，低价氧化物表现 为碱性。对16、 随着温度升高，低聚物浓度降低。错

23、17、 温度对不同种类的熔体的电导率的影响相同。错18、 冶金熔体的结构主要取决于质点间的交互作用能。对19、 冶金熔体的结构:指冶金熔体中各种质点的排列状态。对20、 熔体结构主要取决于质点间的交互作用能。对冶金熔体的物理化学性质 与其结构密切相关。对21、 相对于固态和气态，人们对液态结构，尤其是冶金熔体结构的认识还很 不够对22、 不同的冶金熔体具有明显不同的结构和性质 对1、 典型的晶体结构有三种： 和 o面心立方、体心立方、密堆立方2、 根据氧化物对氧离子的行为，可以将它们分为 和 o酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物。3、 电荷小、半径大、活动性较大的阳离子，争夺氧的能力很弱，这种

24、阳离子称为 O便网离子4、 通常熔渣的热力学模型有 和 o分子理论模型、聚合物模型、理想离子溶液模型5、 马森模型可分为 和 两种。直链模型、支链模型6、 熔体结构主要取决于质点间的 交互作用能7、 金熔体的物理化学性质与其 密切相关结构8、 通常情况下，冶金熔体的结构和性质更接近于其 固态9、 在熔点附近液态金属和固态金属具有相同的 和 结合键近似的原子间结合力10、 原子的热运动特性大致相同，原子在大部分时间仍是在其平衡位（结点）附近振动，只有少数原子从 位以跳跃方式移动一平衡位向另一平衡位11、 金属熔体在过热度不高的温度下具有 的结构准晶态12、 熔体中接近中心原子处原子基本上呈 的分

25、布，与晶体中的相同（保持了近程序）；在稍远处原子的分布几乎是 的有序无序13、 熔渣的氧化能力决定于其中未与SiO?或其他酸性氧化物结合的 的浓度自由FeO14、 熔渣从金属液中吸收有害杂质S及P的能力决定于渣中存在的 自由CaO ；15、 只有在 的情况下，熔渣才能被视为理想溶液稀溶液16、 可用 表示阳阴离子间的作用力阳离子的静电场强。Zc/d217、 酸性氧化物的阳离子静电场强一般大于1012nr,场强越大则氧化物的酸性 越强18、 碱性氧化物的阳离子静电场强一般小于10,2m2,场强越小则氧化物的碱性 越强。19、 对于同一种金属，通常其高价氧化物显 而其低价氧化物显 酸性或两性碱性，

26、20、 渣中阳离子及阴离子的分布显示 出现了有序态的离子团。微观不均匀性1、冶金熔体的结构：是指冶金熔体中各种质点的排列状态。2、成网离子:电荷大、半径小、电离势大的阳离子，争夺氧的能力强。1、熔体的聚合程度是如何表示的，它与熔体的结构有何关系2、 简述捷母金理想离子溶液模型的要点。3、 简述弗鲁徳离子溶液模型的要点。1、 熔体的聚合程度通常是用平衡常数表述的，平衡常数越大，其聚合程度越 高，平衡常数越小，其聚合程度越低。2、 1）熔渣完全由离子组成，包括简单阳离子、简单阴离子和复杂阴离子；2）熔渣中阳离子与阳离子、阴离子与阴离子的混合分别为理想混合。3、 1）熔渣完全由离子组成，包括简单阳离

27、子、简单阴离子和复杂阴离子。2）阳离子与阳离子、阴离子与阴离子的混合分别为理想混合。试分析Ba-O, A1-0键的性质解：要判断键的性质，首先计标其离子键分数离子键分数二exp-l/4（x厂X。） 孤和X。分别表示金属（或准金属）原子积和原子的电负性由教材 P 求 2 知 Xo Xb Xai对于BaO而言离子键分数-1-exp Pl/4对于A1-0而言离子键分数=l-exp-l/4 某矿渣成分 鼠/%） FeO , MnO , CaO ,MgO , SiO：,P：05 .分别用捷姆金和弗鲁德理想离子溶液模型计算渣中FeO的活度解：1捷姆金理想溶液模型：假定熔渣中存在 F/、Mn= Cu3 Mg

28、: 0: SiO P0广、氧化物FeOMnOCaOMnOSiO：P：05Wb/%物质的量溶液中碱性氧化物按下列反应离解为相应的金属阳离子和氧阴离子FeO 二 Fe+O MnO=Mn:+O:_ CaO=Ca:+O2_ MgO 二 Mg+O因此，个金属阳离子的物质的量分别为：n (Fe2) =n(FeO) = mol n (Mn)二n (MnO)二 moln (Ca2) =n (CaO) = n (Mg:) =n (MgO) = mol二 nFe:+ nMn:-+ nCa:+ nMg= mol复合阴离子的生成反应为：SiO:+O/=Si0J 匕(V30广二2 PO?-故 n (SiO?) =n(S

29、iOj = mol n(PO.广)=2n (P205) = mol熔渣中0一的物质的量为碱性氧化物离解出的0的物质的量之和减去复和阴离子生成消耗的0一的物质的量n= (02-) = n (FeO) + n (MnO) + n (CaO) + n (MgO) - 2n(SiOj-3 n(Pd)=molx n；= n (SiOR +n (PO 广)+n (0:_)=molX(Fe)二n(Fe)/工 n；=X(02_)= n(02-)/Zn因此，炉渣在 FeO 的浓度为 a (FeO) =x(Fe:+)*x (0:_)2弗鲁德理想溶液模型的离子摩尔分数表达式为：Xi -vg / 2 Vini Xj

30、-vg式中V、V,分别为第i种阳离子和第j种阴离子的电荷数X (Fe2) =2 n(Fe2)/2 n(Fe)+2 n (Mn:) + n (Ca:) + n (Mg:)=2* (2*=X(O2-)=2 n(0：-) / 2 n (0)+4 n(SiO)+3 n(P0广)=2*(2*+4*+3*=因此，炉渣中FeO的活度为:x(FeO)= x(F)*x(0)二*二为什么同一种金属的低价氧化物呈碱性，而高价氧化物呈酸性、答：对于氧化物，阳离子o2- Za=a, ra=*10_1m,均为确定值，因而可用Za/d表示阳离子与阳离子间的作用力，称为阳离子的静电场，即Za/d:= Za/(r+ra):显然，阳离子的电荷数大，半径越小，其静电场强越大，随着阳离子静电场强 的増大，阳离子与氧离子作用时的氧化能力増强，使得血-0键的共价键成分増 长，因此氧化物离解为简单离子的趋势减小，而有利于复合粒子的形成。金属的焙烧嫡和融化热远小于其蒸发嫡和蒸发热，这说明液态金属在什么方面 跟接近于固态金属，为什么答：应为金属在其热度不高的温度下具有准晶态的结构，即熔体中接近中兴原 子处原子基本上呈有序分布，与晶体中相同，而在稍远处原子的分布则是无序 的。试比较液态金属与固