化学反应自发进行的判据（恒温、恒压）： 吉布斯自由能变化：△G ＝G（产）－ G（反） △G<0 反应正向 △G>0 反应逆向 △G＝0 平衡
T、P、浓度（活度）等外部条件能改变吉布斯自由能变化的 特征，从而使反应向希求的方向进行。
利用反应的△G0可得出反应的平衡常数K0，由此可计算出反应进行的限度
绪言
电冶金：利用电能提取和精炼金属的方法 电热冶金：利用电能转变成热能，在高温下提炼
金属，本质与火法同 电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属盐类
的水溶液或熔体中析出。前者称为溶液电解，如 铜的电解精炼，可归入湿法冶金，后者称为熔盐 电解，如电解铝，可列入火法冶金
绪言
钢铁冶金过程
炼铁：从矿石或精矿中提取粗金属，主要是用焦炭 作燃料及还原剂，在高炉内的还原条件下，矿石被 还原得到粗金属-生铁，其中溶解来自还原剂中的 碳(4％一5％)及矿石、脉石中的杂质，如硅、锰、 硫、磷等元素
1.1化学反应的标准吉布斯 自由能变化及平衡常数
1.1.1 化学反应的等温方程式
化学反应： v1 B1 v2 B2 v3 B3 v4 B4 ... v j B j
n
对于气体： G Go RT ln
pvB B
B
压力商
对于溶液： G Go RT
n
ln
avB B
B
活度商
化学反应达到平衡时，压力商和活度商称为平衡常数，仅与温度有关
-0.3
lgK0
T 19147 23.36T
化学反应的等温方程：表示化学反应按化学计量方程式从左向右每单位 反应进度的吉布斯自由能变化
dG
d
vBGB rGm
n
n
改变
RT
ln
和 p vB B
RT
ln
avB B
可改变反应的进行方向
B
B
1.1.2 化学反应的等压方程式
对于一定的化学反应，rGmo 及 K o 是温度的函数：
范特霍夫方程式
r Gmo
/19.147T
129300 19.147T
20.07 19.147
6753 1.04 T
反应平衡常数法
对于
r假Gm定0 r Hm0 为 T常r S数m0，则：
ln
Ko
r
H
o m
/(RT )
[
r
H
o m
/( RT1 )
ln
K1o ]
当T1对应的K10为已知： ln K o A / T B
绪言
按提取金属分类
火法冶金：在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化 作业，使其中地金属和杂质分开，获得较纯的金属 的过程。过程可分为原料准备，焙烧、熔炼、精炼、 蒸馏和离析等。所需能源，主要靠燃料燃烧，也有 靠化学反应热的。进行的化学反应则有热分解、还 原、氧化、硫化、卤化、蒸馏等
火法冶金一般具有生产率高，流程短，设备简单及投 资省等优点，但却不利于处理成分结构复杂矿或贫矿
有相变:
n
rGm0 (T ) [r H m0 (298K ) trs H m0 T (r Sm0 (298K ) trsSm0 )]
j 1
2
2 n
T ( iMi
bijM ij )
j 1
i1 j1
n
n
K()rSm0 (29trs8HK及m)0 T,(反tr应sSSmm物00()2发]98生K 相) 变，t取rsS负m0 )号] ，生成物发生相变，取
a y bx
b (x x)( y y) (x x)2
例题：P8
n
解：rGm0 (T ) [r Hm0 (298K )
trs H m0 T (r Sm0 (298K )
trs
S
0 m
)]
j 1
2
2 n
T ( iMi
bijM ij )
j 1
i1 j1
参加反应的Fe和FeO在298-1650K内发生两次相变，需分别计算
式中： △H0—积分常数，可由T=298K及△H0(298K)求得 I —积分常数，可由T=298K及△G0(298K) 求得
由吉布斯自由能的定义导出
无相变：
r Gm 0
r
H
0 m
Tr Sm0
r
H
0 m
r
H
0 m
(298K
)
T
298 CP,mdT
r
S
0 m
r
S
0 m
(298K
)
T CP,m dT 298 T
例题：计算下列反应的 rGmo 及平衡常数的温度关系式。 Mn(s) FeO(l) MnO(s) Fe(l)
解： rGmo rGmo (MnO, s) rGmo (FeO,l)
(385360 73.75T ) (256060 53.68T )
129300 27.03T
lg K 0
由Gibbs-Helmholtz方程导出
d ( r Gm0 T
)
r
H
0 m
T2
dT
rGm0
r
H
0 m
dT
T
T2
Kirchhoff定律： CP,m a0 a1 103T a2 105 T 2
r
H
0 m
C p,m dT H 0 a0T (a1 103 / 2)T 2
△rGm0＝△H0-△a0TlnT-(△a1X10-3/2)T2-(△a1X10-5)T-1 -…-IT
冶金熔体：是火法冶金反应中参加的具体物质，包括金属互 溶的金属熔体、氧化物互溶的熔渣及硫化物互溶的熔锍。它 研究熔体的相平衡、结构及其物理和化学性质，而熔体的组 分是反应的直接参加者，熔体的结构及性质则直接控制着反 应的进行
绪言
《钢铁冶金原理开设》的意义
阐述钢铁冶金的物理化学原理及主要的有关冶金 反应进行热力学及动力学的分析，为钢铁冶金学 等课程奠定冶金工艺的基础理论
绪言
湿法冶金：一般在常温或低于100℃下，用溶剂处 理矿石或精矿，使所需提取的金属溶解于溶液中， 而其它杂质不溶解。然后再从溶液中提取金属，包 括浸出，分离，富集和提取等工序。由于绝大部分 溶剂为水溶液。故也称水法冶金
湿法冶金一般具有能耗低，过程易控制，能处理各类 矿石。但生产规模及生产率不如火法冶金
正号
j 1
j 1
n
rGm每0 (T个) 相 [变r温H m度0 (的29rG8Kmr0G)(Tm)0不(T包[)tr括rsH[该mr0H温(2m9T度08(2K的9r)8SKm0)(2及98trsKH)tmrs0HmT0(trTsrSS(mm00r)(S]2m908(2K9
j 1
适用于热力学数据较完全和在很宽的温度范围内 讨论反应的平衡状况
1 冶金热力学基础
本章内容
1.1 化学反应的标准吉布斯自由能变化及平衡常数 1.2 溶液的热力学性质—活度及活度系数 1.3 溶液的热力学关系式 1.4 活度的测定及计算方法 1.5 标准溶解吉布斯自由能及溶液中反应rGm0 的计算
冶金热力学基础：热力学第二定律，它研究冶金反应在一定条 件下进行的可能性、方向及限度
△rGm0与T的简化多项式 将△rGm0＝△H0-△a0TlnT-(△a1X10-3/2)T2-(△a1X10-5)T-1 -…-IT 简化，取 Cp,m c得on出st三项式：
rGm0 A BT ln T CT
J mol 1
rGm0与T的二项式 rGm0 A BT
求解：利用回归分析常用公式 y＝a＋bx
测得不同温度下的K0，以lnK0对该 温度的倒数作图，直线的斜率和截距 即为常数A和B，从而
rGm0 RT ln K 0 RA RBT
例题：P52习题3
解：利用 ln K o A / T B，由各温度测定的反应平衡常数的
lgK0对1/T作图，作图的数值见表1-1。
温度/K
873
（1/T）×104 11.45
然后计算个温度的M和ΔM：
1033K
M0
0.5316
M1
0.2615
M2
0.2850
1183K
0.6306
0.3310
0.3151
M M (1183) M (1033) 1650K
0.099 0.892
0.0695 0.5539
0.0301 0.378
M M (1183) M (1033) 0.2614
LgK0
-0.087
973 10.28 -0.176
1073 9.32 -0.288
1173 8.53 -0.368
1273 7.88 -0.455
1373 7.28 -0.478
作图法： ln K o 1000 /T 1.22
-0.1
rGm0 RT ln K 0 1000
-0.2
19.147T ( 1.22)
温度对平衡移动的影响：
r
H
o m
0 吸热反应，
K o 随温度上升而增大，平衡向吸热方向移动。
r
H
o m
0
放向逆反应方向移动。
r
H
o m
0 无热交换， K o 与温度无关，即温度不改变平衡状态。
1.1.3 标准生成吉布斯自由能 f Gm0 的温度关系式
rGm0 与T的多项式
钢铁冶金原理
主讲：郭宇峰
教材：黄希祜.钢铁冶金原理 第3版.北京：冶金工业 出版社，2002
参考书： 1.陈新民.火法冶金过程物理化学(第二版).北京:冶金工
业出版社,1994 2.傅崇说.有色冶金原理.北京:冶金工业出版社, 1990 3.魏寿昆.冶金过程热力学.上海：上海科技出版社，