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材料化学导论复习提纲
第一章
冶炼过程的定义、实质、步骤?
定义:冶炼过程是指高温下元素的分离和浓缩的过程。
实质:是从由氧化物、硫化物构成的矿石以及其他精制原料中分离提取某种有用金属,再经过精炼后制成金属的物理化学过程。
步骤:⑴把矿石粉碎分离,经过筛选获得含有某种金属的高品位精矿。(选矿过程);
⑵对精矿进行高温物理化学处理,提取某种金属(粗金属)的冶炼过程;
⑶去除粗金属中杂质的精炼、提纯过程。
讲述融化—凝固,离子交换,电解、溶解与析出法精炼工艺的原理。
融化—凝固利用的是熔点差;离子交换是利用选择系数差;电解—析出是利用电解电压差;而溶解—析出则是利用溶解度差。
详细分析区域精炼、挥发精炼的工艺原理。
利用溶液中析出固体的现象,使其中一种成分浓缩、富聚的方法叫做区域精炼。
在温度T*下二元系的固相和液相处于平衡时,对于图1—10来说,系统中溶质的浓度CL*的液相和溶质浓度CS*的固相处于平衡共存,由于CL*>CS*,因此浓度为CL*的液相凝固时,在固—液界面析出的浓度为CS*的固体。这说明凝固过程中存在着溶质浓度升高的可能性,从而造成明显的成分不均匀,即偏析。这种不均匀的效应的强弱程度可有下式表示:CS*/CL*=k;式中k叫做偏析系数。
如果k 》 1或者k 《 1,有可能通过融化或凝固过程去除杂质,从而获得较高纯度的某一物质。利用这一原理的精炼叫做区域精炼。
液相的和气相之间的分配比随着成分的不同而不同,利用这一特性,可有去除杂质,完成精炼。
当XBg <XBl时,是分离的气相析出,可提高A的纯度;反之,如果XBg >XBl,则溶体中杂质成分B的浓度降低,而溶体A的纯度增高。前者叫蒸馏精炼,后者称为挥发精炼。
△G⊙—T图的应用:为何炼钢时,Si先氧化,C后氧化。在使杂质氧化去除而精炼金属不被氧化时为何杂质成分的平衡线必须位于精炼金属平衡线下方,越远越好。
铁溶化熔化后的初始温度约为1300oC,由图可知,在这一温度下SiO2的位置比CO低,因此SiO2比CO稳定,反应初期Si优先氧化。随着Si的氧化,温度不断升高,C的平衡线和Si的平衡线相交后,CO反而更加稳定,这是C才开始氧化。
△G⊙—T图中,要氧化杂质成分而精炼成分不被氧化,则杂质成分的平衡线必须位于精炼金属下方,越低越好,因为越低其还原性就越强,越容易与氧化剂结合。
自蔓燃定义,能否形成的因素。
定义:自蔓燃合成是利用两种以上物质的生成热,通过连续燃烧放热来合成化合物。
因素:取决于生成热、绝热温度、熔点、原料粉末的性质(尺寸、比热容、热导率等),点火时原料粉末的温度,环境介质(真空、气体、液体、固体)和压力,以及绝热温度下的扩散系数等。
自蔓燃合成的绝热温度与自蔓燃合成反应焓之间的关系。
设Tm为熔点,ΔHm为合成物的熔解焓,ν(0≤ν≤1)为Tm温度下合成物中已熔解部分的比值,则绝热温度和其他几个热力学参数之间的关系有如下三种情况
(1)∆HT0∅<T0TmCp(T)dT时,Tad<Tm,生成热可用∆HT0∅=T0TadCp(T)dT;
(2)∆HT0∅=T0TmCpTdT+ν∆Hm时,Tad=Tm,绝热温度达到熔点;
(3)∆HT0∅>T0TmCpTdT+∆Hm时,Tad>Tm,绝热温度超过熔点后所能达到的温度为