冶金原理动力学
第四章 动力学
一、名词解释
基元反应，化学反应过程的限制性环节，化学反应的级数，化学反应的速率常数，化学反应的活化能，反应过程的准稳态，准稳态过程，对流传质，过程的限制性环节，局部平衡，扩散传质，非稳态扩散 二、填空
1．冶金热力学研究冶金过程进行的＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿；冶金动力学是研究＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。化学反应速率常数与温度的关系式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，其关系式中＿＿＿＿＿＿参数由反应的机理来决定。
2、基元反应是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。而反应的活化能是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
3、温度对化学反应速率的影响可用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿公式来衡量。
4、某一气相反应 A (g) 1
2
k k B (g)+C (g) ，若用A c 、B c 、C c 表示反应过程中A (g) 、B (g)、C (g)的浓度，则
A
dc dt
-等于＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应的平衡常数用速率常数来表示为＿＿＿＿＿＿＿＿。
5．某一气相（可逆）反应A(g) ?1
2k k B(g)+C(g) ，若用A c 、B c 、C c 表示
A(g) 、B(g)、C(g)在反应过程中的浓度，则
dt
dc B
等于＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应的平衡常数与该反应的速率常数的关系为＿＿＿＿＿＿＿＿。
6．已知某一气相反应 A (g) 12
k k B (g)+C (g) 在300K 时，标准状态下k 1=0.21s -1，k 2=5×10-9s -1，则该反应的平衡常数为＿＿＿＿＿，反应的标准吉布斯自由能的变化值为 ＿＿＿＿＿(J)，反应进行的方向为＿＿＿＿＿。
7．已知某复合反应的反应历程为A
1
2k k ?
B ，B+D J k 2
→，反应过程中A 、B 、D 、J
物质的浓度分别用A C 、B C 、D C 、J C 表示，则A 物质的浓度随时间的变化率
（A
dC dt
-
）等于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 8、已知某复合反应的反应历程为A 1
1
k k -?B ，B+D J k 2
→，则A 的浓度随时间的变
化率dt dC A
等于＿＿＿＿＿＿，D 的浓度随时间的变化率dt
dC
D 等于＿＿＿＿＿＿
＿。
9、均相多组分体系中物质的传质分为扩散传质和对流传质，它们的区别是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。还原气体CO 在铁矿石中的迁移是＿＿＿＿＿传质，其特点是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；熔渣中的硫在渣相内的迁移是＿＿＿＿＿传质。
10．对气—固反应，化学反应的速率常数与温度的关系为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，气体在固体内的扩散过程的扩散系数与温度的关系为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，通常高温情况下，化学反应不会成为限制性环节，而扩散为限制性环节，那是因为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
11．已知某一气相反应 A (g) 1
2
k k B (g)+C (g) 若用A c 、B c 、C c 表示A (g) 、B (g)、C (g)的浓度，
A
dc dt
-等于＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应的平衡常数用速率常数来表示为＿＿＿＿＿＿＿＿。在298K 时，k 1=0.21s -1，k 2=5×10-9s -1，则该反应在298K 时的平衡常数为＿＿＿＿＿，该反应的标准吉布斯自由能的变化为 ＿＿＿＿＿J 。
12．依据质量作用定律可表达出化学反应的速率方程，质量作用定律适用于＿＿
＿＿＿＿＿＿＿反应的速率方程。已知某复合反应的反应历程为A 1
2
k k
B ，若A 、B 的浓度分别用A
C 和B C 表示，则B 的浓度随时间的变化率dt
dC B
为＿＿＿＿＿＿＿＿。
13、一个基元反应的反应级数为二级时，其动力学特征为▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁。
14、双膜理论适用于▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁▁，钢液中的元素
氧化反应过程可表示为：[M]+[O]=(MO)，若分析该反应的动力学机理，适用▁▁▁▁▁▁▁模型。
15、反应2)()(CO s Fe CO s FeO +=+为可逆反应，其T G 26.2422880+-=?θ
1-?mol J ，则1173K 时反应的平衡常数K 等于＿＿＿＿＿＿＿＿。若在该温
度下，反应正向的速率常数为1
2100.3--?s ，逆反应的速率常数等于＿＿＿
＿＿。
16、依据表面更新理论，传质系数的计算式为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，依据边界层理论传质系数的计算式为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 17、若反应A →B 的速率式为
1
1C kt C A +
=，其中C 0为A 的初始浓度，A C 为反应t 时刻A 的浓度，则该反应的级数为＿＿＿＿＿＿级。
若反应A →B 的速率式为0ln ln C kt C A +-=，其中0C 为A 的初始浓度，A C 为反应t 时刻A 的浓度，则该反应的级数为＿＿＿＿＿＿级。
18、致密铁矿石被CO 气体还原，其动力学机理服从＿＿＿＿＿＿＿＿反应模型，整个过程为＿＿＿＿＿＿＿＿个环节；通常认为在冶金高温过程中，化学反应环节不会成为整个过程的限制性环节，其依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
19、反应FeO(s)+CO=Fe(s)+CO 2 为可逆反应，其T G 26.2422880+-=?θ
1-?mol J 。标准状态下，还原反应发生的最低温度是＿＿＿＿＿＿＿；1173K
时反应的平衡常数K 等于＿＿＿＿＿＿＿＿。若在该温度下，反应逆方向的
速率常数为121032.5--?s ，则正反应方向的速率常数等于＿＿＿＿＿＿1
-s 。
20、体系中物质的迁移分为扩散传质和对流传质。还原气体CO 在铁矿石中的迁移是＿＿＿＿＿传质；熔渣中的硫在液态渣相内的迁移是＿＿＿＿＿传质，其特点是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 三、问答
1、什么是浓度边界层？由边界层理论计算传质系数的基本思想是什么？
2、表面更新理论计算传质系数的基本思想及传质系数的计算式。
3、某冶金反应为气—固反应，写出化学反应的速率常数与温度的关系和扩散系数与温度的关系，说明其中每个符号的意义。并依此说明，通常情况下高温化学反应不会成为限制性环节而扩散成为限制性环节的原因。 4．描述反应[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]的组成环节？ 5．举例说明扩散传质与对流传质的区别。
8、研究通过渣-铁反应去Mn 反应[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]。 （1）写出化学反应的离子方程式。
（2）用哪一种动力学模型处理该过程较为合理？ （3）描述过程的组成环节。
9、钢液中Mn 的氧化反应为[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]。
（1）写出离子反应方程式。
（2）从动力学角度分析其过程的组成环节。 10、阿累尼乌斯公式为RT
E a
e k k -=0，依据此关系式讨论温度对化学反应速率的影
响。 11
．
CO
还
原
铁
矿
石
过
程
的
动
力
学
方
程
为
])1(1[1])1(323[61)(310
32200R kr R R D t r C C e --+---=
-ρ
平，式中各符号的意义：气体的初始浓度0C ，矿球的初始半径0r ，反应t 时刻矿球的半径r ，反应气体的平衡浓度平C ，产物层内气体的有效扩散系数De ，设矿球的密度ρ反应前后不变，R 为矿球的还原度（矿球的原始量
已还原的矿球的量
=
R ），k 为化学反应的速率常数。
（1）写出矿球完全反应时间的表达式。
（2）若内扩散为限制性环节，其速率表示式如何？ （3）反应是内扩散为限制性环节的特征是什么？
四、综合
1、针对用CO 还原铁矿石（近似认为铁矿石是致密固体）的反应，回答下列问题：
专业班级： 姓 名： 学 号：
密 封 线
装 订 线
（1）用哪种动力学模型处理较为合理，并描述过程的组成环节； （2）若过程的速率式为：
031
320)(])1(1[)1()1(32363r t C C R K k K R R D r R
e
?-=--++?
?????---++ρβ平
式中：R 为还原度；β为气体在气相中的传质系数；r 0为矿球的原始半径；De 为内扩散系数；K 为平衡常数；k +为正反应的速率常数；C 0为还原气体的初始浓度；
C 平为反应平衡浓度；ρ
为矿球的密度（假定反应前后矿球的密度不变）。
问：若内扩散为限制性环节，过程速率式的形式如何？在此情况下，矿石完全反应的时间与矿粒半径的关系为何？影响反应过程速率的因素有哪些？ 2、(气体物质的化学反应AB(g)=A(g)+B(g)，为一级反应。已知在温度T=593K 时该化学反应的速率常数15102.2--?=s k 。试求该化学反应进行2小时时反应物AB(g)的分解率（分解率R=
初始浓度
浓度
已分解的AB AB ）。
3、试导出铁矿石（近似为球形）为CO 气体还原时，固相层内CO 扩散单独成为限制环节的速率方程。并标明方程中各种符号的意义。
碳酸钙为致密的固体物，在冶炼过程中加热分解反应为
3CaCO (S) CaO(S)+2CO (g)
（1）分析过程的组成环节。 （2）当界面反应的速率为1υ=4
)
/1(2
2K P k r CO -+π，
CO2在产物层内的传质速率2υ=
)(40
002
2CO CO e P P r r r r RT D -?-π 式中r 、0r — 反应的某一时刻矿球的半径、矿球的原始半径，K 、+k —界面
化学反应的平衡常数、正反应速率常数， 2CO P 、
2CO P —反应界面CO2 的分压、矿球表面CO2 的分压， De —内扩散系数；T —反应的温度，K ；R 为气体常数。 求达到稳态时的速率方程的微分式。
5、对于2H 还原FeO 的过程，采用一界面未反应核描述时，其速率的积分式为：
()()()?
????
???????--?++??????---+-=
3132000
0111132363R K k K R R D r
R c c r e βρτ平
式中：0r 为矿球的原始半径；0ρ矿球的密度（假设反应过程不变）；0c 还原气体的初始浓度；平c 还原气体的平衡浓度；R 为还原度（的质量
原始质量已还原的FeO FeO R =
）；β为还原气体在气相中的传质系数；e D 为还原
气体在固体产物层内的扩散系数；K 为反应的平衡常数；k 为反应的速率常数。
（1） 当过程处于化学反应的限制环节时，写出相应的速率积分式，计算完全反应所需的时间（表达式）。
（2） 当内扩散是限制环节时，写出相应的速率积分式，计算完全反应所需的时间（表达式）。
6．已知未反应核模型综合控制的速率方程为：
])1(1[])1(323[631
3
2
2
R r De R R K r KDeCo o o --+---=τρ
假定碳酸盐的离解反应可用未反应核模型来描述。今进行碳酸盐离解动力学实验，用不同半径碳酸盐球团试验时，其离解率为1时所对应的反应时间与碳酸盐球团原始半径成正比。试问碳酸盐离解的限制性环节是什么？为什么？ 7
、
CO
还
原
铁
矿
石
过
程
的
动
力
学
方
程
为
])1(1[1
])1(323[61)(310
32200R kr R R D t r C C e --+---=
-ρ
平，式中各符号的意义：气体的初始浓度0C ，矿球的初始半径0r ，反应t 时刻矿球的半径r ，反应气体的平衡浓度平C ，产物层内气体的有效扩散系数De ，设矿球的密度ρ且反应前后不变，R 为矿球的还原度矿球的初始量
已还原的矿球量
=
R ，k 为化学反应的速率常数。
（1）写出矿球完全反应的时间表达式。
（2）若化学反应为限制性环节，其速率表示式如何？ （3）反应以界面化学反应为限制性环节的特征是什么？
8、铁矿石被CO 还原的反应为： FeO (S)+CO (g)=CO 2(g)+Fe (S) ，界面反应的速率为：
V C =4)(2平C C k r -π，产物层内的扩散速率为：))((
4000C C r
r r
r De J --=π 式中r 、0r —矿球的半径、矿球的原始半径，k —界面化学反应的速率常数， C 、C 0、C 平—反应界面浓度、气相浓度、反应平衡浓度，De —内扩散系数。 （1）求当界面反应和产物层内的扩散为限制环节时的速率方程。 （2）设矿球的还原度R （矿石的初始量
已还原的矿石量
=
R ），那么用还原度R 表示(1)的
速率方程为何？
（3）讨论k?De 时，过程的控制步骤是什么？其速率方程？ 9、某氧化物被还原的动力学速率式为：
）
（
平
))1(1()
1())1(2)1(31(633/13/2000
0R K k K
R R De r R C C r t --++-+--+-=
βρ 式中r 、r 0和0ρ—矿球的半径、矿球的原始半径和密度，K 、k —界面化学反应的平衡常数、反应速率常数， C 、C 0—反应界面还原气体的浓度、气相中还原气体的浓度，De —内扩散系数，β—气相的传质系数，R —矿球的还原度（初始矿量
已还原矿量
=
R ）。
（1）β远大于
k
和De 时的速率方程；
（2）分析（1）的情况下，影响过程的主要因素。
（3）若限制性环节是氧化物的内扩散，则氧化物完全反应的时间与原始氧化物粒度的关系为何？
10、用CO 气体还原铁氧化物的动力学方程，可根据未反应核模型导出。其速率方程为：
()()()()02/31/3
,000
131211136(1)A A e C C r R K R R R t D k K r βρ+-????+--+-+?--=??????+平
式中，R 为铁矿石还原反应的转化率（或还原度）；0r 为铁矿球的原始半径；r 还原到某一时刻铁矿球的半径。β为还原气体在气体边界层内的传质系数。e D 为气体还原剂在多孔产物层中的有效扩散系数。K 为还原反应的平衡常数。k +为
界面还原反应的正反应速率常数。0
A C 和,A C 平分别为气体还原剂反应初始及平衡
时物质的量。0 为铁矿球的初始密度。 请回答下列问题：
（1） 若矿石界面化学反应为限制环节，其速率方程为何？
（2） 矿石完全反应的时间与原始矿球半径的平方成正比，则过程的限制环节为
何？为什么？
（3） 指出在（1）的情况下影响反应速率的因素。
《冶金原理》参考书《冶金原理》,李洪桂编,科学
《冶金原理》参考书：《冶金原理》，李洪桂编，科学出版社，2005年考试范围：主要内容包括冶金熔体的相平衡图、冶金熔体的结构、冶金熔体的物理性质、冶金熔体的化学性质、化合物的生成分解反应、化合物的生成分解反应、高温分解分离提纯过程、冶金过程的气固相反应动力学、冶金过程的液气相反应动力学、电极过程动力学。重点掌握标准吉布斯自由能与吉布斯自由能变化的计算；化学反应的质量作用定律；组分活度的相互作用系数概念与应用；冶金中主要二元渣系相图；具有简单三元共晶体的相图；分解反应的热力学参数状态图；氧势图及其应用；氧化物还原的热力学条件；氧化物的间接还原反应热力学；湿法冶金的优点，湿法冶金流程的基本表示方法；浸出过程热力学，浸出过程动力学；沉淀和结晶，水溶液中金属的沉积；电解精炼和电解提取，电解制取金属和金属粉末；萃取方式，萃取机理和萃取平衡。 《冶金传输原理》参考书：《冶金设备基础-传递原理级物料输送》，唐谟堂主编，中南大学出版社 考试范围：动量传输：主要掌握流体静力学特性、静力学基本方程、流体动力学的几个重要方程、边界层动量积分方程等，特别是掌握连续性方程、伯努利方程和动量方程的应用，分析流动状态、边界层特征，计算流动过程的能量损失。 热量传输：导热主要掌握能量方程及其在定解条件下的求解；对流传热主要掌握对流传热系数的几种求解方法；辐射传热要求能够利用辐射网络的方法求解物体间的辐射传热，掌握气体辐射的特点及其计算方法。 质量传输：掌握传质微分方程，对典型稳态、非稳态扩散传质问题的求解，掌握对流传质系数的不同求解方法以及典型相间传质问题的分析方法。 《硅酸盐物理化学》参考书：1、无机材料科学基础教程，胡志强主编，化学工业出版社，2011年第二版;；2、无机材料科学基础，陆佩文主编，武汉理工大学出版社，1996年第一版 考试范围：紧密堆积原理、鲍林规则；典型晶体结构分析，硅酸盐晶体结构分析，晶体几种类型的结构缺陷。熔体的结构与性质，玻璃的形成条件；固体界面的结构，界面的结构及界面应力，粘土－水系统的性质及瘠性料的悬浮与塑化。热力学计算方法及实例分析。单
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、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。
最新系统动力学原理
5.1 系统动力学理论 1 2 5.1.1 系统动力学的概念 3 系统动力学（简称SD—System Dynamics），是由美国麻省理工学院（MIT）的 4 福瑞斯特（J.W．Forrester）教授创造的，一门以控制论、信息论、决策论等 5 有关理论为理论基础，以计算机仿真技术为手段，定量研究非线性、高阶次、 6 多重反馈复杂系统的学科。它也是一门认识系统问题并解决系统问题的综合交 叉学科[1-3]。从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历7 8 史的方法的统一。它基于系统论，吸收了控制论、信息论的精髓，是一门综合 9 自然科学和社会科学的横向学科。系统动力学对问题的理解，是基于系统行为 与内在机制间的相互紧密的依赖关系，并且透过数学模型的建立与操作的过程10 11 而获得的，逐步发掘出产生变化形态的因、果关系，系统动力学称之为结构。 12 系统动力学模型不但能够将系统论中的因果逻辑关系与控制论中的反馈原理相 13 结合，还能够从区域系统内部和结构入手，针对系统问题采用非线性约束，动 14 态跟踪其变化情况，实时反馈调整系统参数及结构，寻求最完善的系统行为模 15 式，建立最优化的模拟方案。 5.1.2 系统动力学的特点 16 17 系统动力学是一门基于系统内部变量的因果关系，通过建模仿真方法，全面 18 动态研究系统问题的学科，它具有如下特点[4-8]： 19 （1）系统动力学能够研究工业、农业、经济、社会、生态等多学科系统问题。 20 系统动力学模型能够明确反映系统内部、外部因素间的相互关系。随着调整系 21 统中的控制因素，可以实时观测系统行为的变化趋势。它通过将研究对象划分 22 为若干子系统，并且建立各个子系统之间的因果关系网络，建立整体与各组成 23 元素相协调的机制，强调宏观与微观相结合、实时调整结构参数，多方面、多 24 角度、综合性地研究系统问题。
《冶金原理》课后习题及解答1-
第一章 1 冶金原理研究的主要内容包括_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__物理化学、_____的理论和方法研 究提取冶金过程，为解决有关__技术___问题、开拓__新__的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。、 2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为__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__钢铁____冶金原理及__有色金属___冶金原理。 4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为____冶炼渣、精炼渣、富集渣、合 成渣____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_熔渣____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。。。 5、熔渣是_金属提炼______和_____精炼过程__的重要产物之一。 6、熔渣是指主要由各种_氧化物_____熔合而成的熔体。 7、__富集渣______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。 8、__精炼渣_____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。 9、在造锍熔炼过程中，为了使锍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粘度、密度、渣-锍界面张力。 10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍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__熔渣成分______，使 之具有符合冶炼要求的物理化学性质。 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：FeO、CaO、SiO2 14高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物：CaO、Al2O3、SiO2 15熔盐——盐的熔融态液体，通常指无机盐的熔融体 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 1、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增加燃料耗量不仅能增大炉料的溶化量，而且还能进一步提高炉 子的最高温度。错 3、熔锍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？
系统动力学原理
5.1 系统动力学理论 5.1.1 系统动力学的概念 系统动力学（简称SD—System Dynamics），是由美国麻省理工学院（MIT）的福瑞斯特（J.W．Forrester）教授创造的，一门以控制论、信息论、决策论等有关理论为理论基础，以计算机仿真技术为手段，定量研究非线性、高阶次、多重反馈复杂系统的学科。它也是一门认识系统问题并解决系统问题的综合交叉学科[1-3]。从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历史的方法的统一。它基于系统论，吸收了控制论、信息论的精髓，是一门综合自然科学和社会科学的横向学科。系统动力学对问题的理解，是基于系统行为与内在机制间的相互紧密的依赖关系，并且透过数学模型的建立与操作的过程而获得的，逐步发掘出产生变化形态的因、果关系，系统动力学称之为结构。系统动力学模型不但能够将系统论中的因果逻辑关系与控制论中的反馈原理相结合，还能够从区域系统内部和结构入手，针对系统问题采用非线性约束，动态跟踪其变化情况，实时反馈调整系统参数及结构，寻求最完善的系统行为模式，建立最优化的模拟方案。 5.1.2 系统动力学的特点 系统动力学是一门基于系统内部变量的因果关系，通过建模仿真方法，全面动态研究系统问题的学科，它具有如下特点[4-8]： （1）系统动力学能够研究工业、农业、经济、社会、生态等多学科系统问题。系统动力学模型能够明确反映系统内部、外部因素间的相互关系。随着调整系统中的控制因素，可以实时观测系统行为的变化趋势。它通过将研究对象划分
为若干子系统，并且建立各个子系统之间的因果关系网络，建立整体与各组成元素相协调的机制，强调宏观与微观相结合、实时调整结构参数，多方面、多角度、综合性地研究系统问题。 （2）系统动力学模型是一种因果关系机理性模型，它强调系统与环境相互联系、相互作用；它的行为模式与特性主要由系统内部的动态结构和反馈机制所决定，不受外界因素干扰。系统中所包含的变量是随时间变化的，因此运用该模型可以模拟长期性和周期性系统问题。 （3）系统动力学模型是一种结构模型，不需要提供特别精确的参数，着重于系统结构和动态行为的研究。它处理问题的方法是定性与定量结合统一，分析、综合与推理的方法。以定性分析为先导，尽可能采用“白化”技术，然后再以定量分析为支持，把不良结构尽可能相对地“良化”，两者相辅相成，和谐统一，逐步深化。 （4）系统动力学模型针对高阶次、非线性、时变性系统问题的求解不是采用传统的降阶方法，而是采用数字模拟技术，因此系统动力学可在宏观与微观层次上对复杂的多层次、多部门的大系统进行综合研究。 （5）系统动力学的建模过程便于实现建模人员、决策人员和专家群众的三结合，便于运用各种数据、资料、人们的经验与知识、也便于汲取、融汇其他系统学科与其他科学的精髓。 5.1.3 系统动力学的结构模式[9-10] 系统动力学对系统问题的研究，是基于系统内在行为模式、与结构间紧密的依赖关系，通过建立数学模型，逐步发掘出产生变化形态的因、果关系。系统动力学的基本思想是充分认识系统中的反馈和延迟，并按照一定的规则从因果逻辑
冶金原理动力学
第四章 动力学 一、名词解释 基元反应，化学反应过程的限制性环节，化学反应的级数，化学反应的速率常数，化学反应的活化能，反应过程的准稳态，准稳态过程，对流传质，过程的限制性环节，局部平衡，扩散传质，非稳态扩散 二、填空 1．冶金热力学研究冶金过程进行的＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿；冶金动力学是研究＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。化学反应速率常数与温度的关系式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，其关系式中＿＿＿＿＿＿参数由反应的机理来决定。 2、基元反应是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。而反应的活化能是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 3、温度对化学反应速率的影响可用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿公式来衡量。 4、某一气相反应 A (g) 1 2 k k B (g)+C (g) ，若用A c 、B c 、C c 表示反应过程中A (g) 、B (g)、C (g)的浓度，则 A dc dt -等于＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应的平衡常数用速率常数来表示为＿＿＿＿＿＿＿＿。 5．某一气相（可逆）反应A(g) ?1 2k k B(g)+C(g) ，若用A c 、B c 、C c 表示 A(g) 、B(g)、C(g)在反应过程中的浓度，则 dt dc B 等于＿＿＿＿＿＿＿＿，该反应的平衡常数与该反应的速率常数的关系为＿＿＿＿＿＿＿＿。 6．已知某一气相反应 A (g) 12 k k B (g)+C (g) 在300K 时，标准状态下k 1=0.21s -1，k 2=5×10-9s -1，则该反应的平衡常数为＿＿＿＿＿，反应的标准吉布斯自由能的变化值为 ＿＿＿＿＿(J)，反应进行的方向为＿＿＿＿＿。 7．已知某复合反应的反应历程为A 1 2k k ? B ，B+D J k 2 →，反应过程中A 、B 、D 、J 物质的浓度分别用A C 、B C 、D C 、J C 表示，则A 物质的浓度随时间的变化率
冶金原理实验报告硫化锌精矿氧化过程动力学
冶 金 原 理 实 验 报 告 专业班级： 冶金0905 学号： 0503090629 姓名：吴海艳 实验日期： 2011 年 11 月 日 室温： 20C ? 大气压：Pa 1001.15? 实验名称：硫化锌精矿氧化过程动力学 一．实验目的 （1） 采用固定床进行硫化锌精矿氧化焙烧，分析各段时间硫的产出率，来测定氧 化速度与时间曲线。 （2） 学会氧化动力学的研究方法。 （3） 了解硫化锌精矿氧化过程机理。 （4） 学会硫的分析方法。 二．实验原理 在冶炼过程中，为了得到所要求的化学组分，硫化锌精矿必须进行焙烧，硫化锌的氧化是焙烧过程最主要的反应：ZnS+3/2O 2=ZnO+SO 2 反应过程的机理： ZnS+1/2O 2（气）——ZnS …[O]吸附——ZnO+[S]吸附 ZnO+[S]吸附+O 2——ZnO+SO 2解吸 这个反应是有气相与固相反应物和生成的多相反应，包括向反应界面和从反应界面的传热与传质过程。可以认为反应按如下步骤进行 （1） 氧通过颗粒周围的气体膜向其表面扩散； （2） 氧通过颗粒表面氧化生成物向反应界面扩散； （3） 在反应界面上进行化学反应； （4） 反应生成的气体SO 2向着氧相反的方向扩散，即反应从颗粒表面向其中心部 位逐层进行，硫化物颗粒及其附近气体成分的浓度可用未反应核模型表示。 提高硫化物氧化速度，可以通过以下方式： 提高氧分压，加速SO 2吸收，减小矿石粒度，降低氧化层厚度，提高温度 本实验采用固定床焙烧，来测定硫化锌氧化速度。分析氧化过程某一时刻产生的SO 2 的量，来计算硫化锌硫的脱出率；即单位时间硫的脱出率。为了便于比较不同硫化物和不同条件下硫化物的氧化速度，引入以下公式：总 S S S i R = 式中R S ——精矿中硫的氧化分数；S i ——硫化锌精矿氧化过程中某一时间内失去的硫量；S 总——精矿中所有的含硫量。 利用氧化分数和时间关系作出，可以得出不同温度、不同粒度、不同气相组成对硫化锌焙烧过程的影响。 实验利用卧式管状炉，通空气在温度低于硫化锌的熔点下进行。通过秒表计时，控制吸收液的吸收时间，利用滴定来分析SO 2得到S 的脱出率。
陈老师冶金动力学复习笔记
冶金动力学考试复习 ——by 陈洁云冷老师部分是根据老师上课的内容，没有划的重点额&后面的每个反应还真不知道会考what 一、绪论 1、热力学与动力学区别与联系 区别：热力学研究体系变化的可能性、方向和限度，只考虑体系变化过程的起始和最终状态，而不考虑过程进行中的瞬时状态，对化学反应的速率和历程不能给予任何回答。动力学则是研究体系变化过程的速率和机理，不仅考虑过程变化的始末状态，而且还要探讨变化的历程和反应机构。 联系：热力学上不能发生的过程，在现实中一定不能发生，研究其动力学没有意义。 热力学研究无限缓慢的可逆过程，故不考虑时间因素，所以热力学上可以发生的过程只是现实可能发生的过程，不是必然发生的，需要进行动力学研究。 2、宏观动力学和微观动力学的区别和影响因素 微观动力学：从微观角度在分子或原子水平上研究反应过程的具体行径（反应质点的组合细节、转变步序）即反应机理，研究最简单的基元反应的真实速率和复杂反应的综合速率，但不涉及物质的传输速率。 宏观动力学：在微观动力学基础上，结合流体流动、传热、传质及反应器形状研究反应速率及机理。 影响因素： 化学反应速度与外界条件（如温度、压力、浓度、催化剂等）有关，也与反应物的化学组成和结构等因素有关。 化学反应速度还与传质速度（反应物向反应区域的传输速度以及反应产物离开反应区域的速度）有关，传热以及反应器的形状、尺寸等因素也对化学反应速度有不可忽视的影响。 二、化学反应动力学基础 1、基元反应：反应物分子在相互作用或碰撞时一步就直接转化成产物的反应。 2、质量作用定律：在一定温度下，基元反应瞬时速率与各反应物瞬时浓度的若干次幂的乘积 成正比，浓度的方次等于化学反应式中相应物质的化学计量系数。 基元反应aA + bB dD + eE 不考虑逆反应，反应速率可表示为：
系统动力学与案例分析
系统动力学与案例分析 一、系统动力学发展历程 （一）产生背景 第二次世界大战以后，随着工业化的进程，某些国家的社会问题日趋严重，例如城市人口剧增、失业、环境污染、资源枯竭。这些问题范围广泛，关系复杂，因素众多，具有如下三个特点：各问题之间有密切的关联，而且往往存在矛盾的关系，例如经济增长与环境保护等。 许多问题如投资效果、环境污染、信息传递等有较长的延迟，因此处理问题必须从动态而不是静态的角度出发。许多问题中既存在如经济量那样的定量的东西，又存在如价值观念等偏于定性的东西。这就给问题的处理带来很大的困难。 新的问题迫切需要有新的方法来处理；另一方面，在技术上由于电子计算机技术的突破使得新的方法有了产生的可能。于是系统动力学便应运而生。 （二）J.W.Forrester等教授在系统动力学的主要成果： 1958年发表著名论文《工业动力学——决策的一个重要突破口》，首次介绍工业动力学的概念与方法。 1961年出版《工业动力学》(Industrial Dynamics)一书，该书代表了系统动力学的早期成果。 1968年出版《系统原理》(Principles of Systems)一书，论述了系统动力学的基本原理和方法。 1969年出版《城市动力学》(Urban Dynamics)，研究波士顿市的各种问题。 1971年进一步把研究对象扩大到世界范围，出版《世界动力学》(World Dynamics)一书，提出了“世界模型II”。 1972年他的学生梅多斯教授等出版了《增长的极限》(The Limits to Growth)一书，提出了更为细致的“世界模型III”。这个由罗马俱乐部主持的世界模型的研究报告已被翻译成34种语言，在世界上发行了600多万册。两个世界模型在国际上引起强烈的反响。 1972年Forrester领导MIT小组，在政府与企业的资助下花费10年的时间完成国家模型的研究，该模型揭示了美国与西方国家的经济长波的内在机制，成功解释了美国70年代以来的通货膨胀、失业率和实际利率同时增长的经济问题。(经济长波通常是指经济发展过程中存在的持续时间为50年左右的周期波动) （三）系统动力学的发展过程大致可分为三个阶段： 1、系统动力学的诞生—20世纪50-60年代 由于SD这种方法早期研究对象是以企业为中心的工业系统，初名也就叫工业动力学。这阶段主要是以福雷斯特教授在哈佛商业评论发表的《工业动力学》作为奠基之作，之后他又讲述了系统动力学的方法论和原理，系统产生动态行为的基本原理。后来，以福雷斯特教授对城市的兴衰问题进行深入的研究，提出了城市模型。 2、系统动力学发展成熟—20世纪70-80年代 这阶段主要的标准性成果是系统动力学世界模型与美国国家模型的研究成功。这两个模型的研究成功地解决了困扰经济学界长波问题，因此吸引了世界范围内学者的关注，促进它在世界范围内的传播与发展,确立了在社会经济问题研究中的学科地位。 3、系统动力学广泛运用与传播—20世纪90年代-至今 在这一阶段,SD在世界范围内得到广泛的传播,其应用范围更广泛,并且获得新的发展.系统动力学正加强与控制理论、系统科学、突变理论、耗散结构与分叉、结构稳定性分析、灵敏度分析、统计分析、参数估计、最优化技术应用、类属结构研究、专家系统等方面的联系。许多学者纷纷采用系统动力学方法来研究各自的社会经济问题，涉及到经济、能源、交通、环境、生态、生物、医学、工业、城市等广泛的领域。 （四）国内系统动力学发展状况 20世纪70年代末系统动力学引入我国，其中杨通谊，王其藩，许庆瑞，陶在朴，胡玉奎等专家学者是先驱和积极倡导者。二十多年来，系统动力学研究和应用在我国取得飞跃发展。我国成立国内系统动力学学会，国际系统动力学学会中国分会，主持了多次国际系统动力学大会和有关会议。 目前我国SD学者和研究人员在区域和城市规划、企业管理、产业研究、科技管理、生态环保、海洋经济等应用研究领域都取得了巨大的成绩。 二、系统动力学的原理 系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科。它是系统科学中的一个分支，是跨越自然科学和社会科学的横向学科。系统动力学基于系统论，吸收控制论、信息论的精髓，是一门认识系统问题和解决系统问题交叉、综合性的新学科。从系统方法论来说，系统动力学的方法是结构方法、功能方法和历史方法的统一。 系统动力学是在系统论的基础上发展起来的，因此它包含着系统论的思想。系统动力学是以系统的结构决定着系统行为前提条件而展开研究的。它认为存在系统内的众多变量在它们相互作用的反馈环里有因果联系。反馈之间有系统的相互联系，构成了该系统的结构，而正是这个结构成为系统行为的根本性决定因素。
冶金原理试卷与答案 (1)
《冶金原理》试题 一 解释下列名词 ①氧势：体系中氧气的相对化学位，2ln O P RT 。 ②选择性氧化：对于金属熔体，用控制温度及体系压力的方法，控制熔体中元素的氧化，达到保留某些元素或者氧化富集某些元素的目的，称为选择性氧化。 二 简答题(共30分) ①(6分)炉渣的熔点是如何定义的？炉渣的半球点温度是如何定义的？二者是否一致？为什么？ 炉渣熔点定义：加热时固态完全转变为均匀液相的温度，也就是炉渣相图的液相线或液相面的温度。半球点温度：渣柱试样在加热过程中高度降低一半时所对应的温度，实际上此时炉渣未完全熔化，因此不等于理论上定义的炉渣熔点。 ②(5分)在进行冶金中的相关反应计算时，对于金属熔体中的组元，一般采用哪种标准态？对于熔渣中的组元，一般采用哪种标准态？ 在进行冶金中的相关反应计算时，对于金属熔体中的组元，一般采用服从亨利定律，重量1%浓度溶液为标准态；对于熔渣中的组元，一般采用纯物质为标准态。 ③(6分)写出化学反应速率常数与温度的关系式，说明其中每个符号的意义，讨论活化能的大小对反应速率常数随温度变化的影响关系。 化学反应速率常数与温度的关系式为： RT E e z k - ?= 式中：k —化学反应速率常数；R —理想气体常数；T －温度 E —活化能； z —频率因子。 在频率因子一定的条件下，活化能E 越大，则k 越小。反之，活化能E 越小，则k 越大。 因为： RT E z k -=ln ln 所以： 2 ln RT E dT k d = E 越大， dT k d ln 值越大，当温度升高时，k 随温度升高而增大得多；E 越小，dT k d ln 值越小，当温度升高时，k 随温度升高而增大得少。 ④(8分)对于H 2还原FeO 的过程，采用一界面未反应核描述时，其速率的积分式为： ()()()? ???? ???????--?++??????---+-= 31320 00 0111132363R K k K R R D r R c c r e βρτ平 当过程处于动力学范围时，写出相应的速率积分式，计算反应完全所需的时间；内扩散是限制环节时，写出相应的 速率积分式，计算反应完全所需的时间。 当过程处于动力学范围时，β<<< Mingcijieshi 第一章 冶金溶液热力学基础—重点内容 本章重要内容可概括为三大点：有溶液参与反应的θG Δ、G Δ、溶液中组分B 活度 一、名词解释 生铁 钢 工业纯铁 熟铁 提取冶金 理想溶液 稀溶液 正规溶液 偏摩尔量X B 化学势μB 活度 活度系数 无限稀活度系数r B 0 一级活度相互作用系数e i j 一级活度相互作用系数εi j 标准溶解吉布斯自由能 θB S G ? 溶液的超额函数 生铁: 钢: 工业纯铁: 熟铁: 提取冶金: 理想溶液: 稀溶液: 正规溶液是指混合焓不等于0，混合熵等于理想溶液混合熵的溶液称为正规溶液。 偏摩尔量X B 是指指在恒温、恒压、其它组分摩尔量保持不变条件下，溶液的广度性质X （G 、S 、H 、U 、V ）对组分B 摩尔量的偏导值。)(,,)/(B k n p T B B k n X X ≠??=。 化学势μB 是指在恒温、恒压、其它组分摩尔量保持不变条件下，溶液的吉布斯能对组分B 摩尔量的偏导值。)(,,)/(B k n p T B B B k n G G ≠??==μ。(P27) 活度是指实际溶液按拉乌尔定律或亨利定律修正的浓度。 活度系数是指实际溶液按拉乌尔定律或亨利定律修正的浓度时引入的系数。 无限稀活度系数r B 0是指稀溶液中溶质组分以纯物质为标准态下的活度系数。 无限稀活度系数r B 0大小意义 是组元B 在服从亨利定律浓度段内以纯物质i 为标准态的活度系数 是纯物质为标准态的活度与以假想纯物质为标准态的活度相互转换的转换系数 是计算元素标准溶解吉布斯能的计算参数 一级活度相互作用系数e i j 是指以假想1%溶液为标准态，稀溶液中溶质组分i 的 活度系数的lg f i 对溶质组分j 的ωj (%)偏导值，即：0)/lg ((%)→??=A j i j i f e ωω。 (P106) 一级活度相互作用系数εi j 是指以纯物质为标准态，稀溶液中溶质组分i 的活度系 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、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、在造锍熔炼过程中，为了使锍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_______ 。粘度、密度、渣 - 锍界面张力。 冶金反应工程学复习题 一、填空题 1、冶金生产中地（）、（）、（）、加热、相变、变形、再结晶过等程,都在（）中进行,其热力学、动力学规律都符合（）地理论研究成果. 2、冶金反应工程学是（）地研究工业装置（反应器）中地（）、（）、（）,明确其对冶金反应过程地影响及其规律地科学.是运用解析手段分析所提出地数学模型；为改进（）性能、提高（）、提高（）提供保证地“中观”地技术科学. 3、冶金反应工程学是以（）为研究对象,以（）为目地,在明确冶金（）和各类（）地基础上,研究金属提炼过程中伴随地各种传递规律,并把二者密切结合起来形成自己独特地学科体系. 4、微观动力学研究地主要内容是研究机理和预测速度.反应速度地预测是通过测定反应地1）（）、2）（）、3）求反应活化能E、4）给出反应速度表达式来实现地. 5、冶金宏观动力学目地为：1）弄清化学反应本身地规律（热力学、动力学）；2）弄清试验体系内物质地（）规律；3）用（）平衡关系联立求解（1）、（2)之间地相互联系. 6、在实际反应中,反应速度受到压力、温度、物质地浓度、催化剂、（）、（）等因素影响,当温度、压力一定时,反应速度决定于（）和催化剂地素影响. 7、在实际冶金过程地均相反应中,通常使用地反应器有（）、（）、（）和（）等四种基本型式. 8、停留时间分布可用应答技术中地（）和（）测定；前者测定地是停留时间（）,后者测定地是停留时间（）. 9、物料混合分为（）和（）地混合,后者是微元体之间均匀混合为一体,并达到（）地均匀；其形成原因为湍动、湍旋地分割加（）. 10、冶金反应过程中地数学模型有（）、（）和（）模型三种. 11、用（）可直接检测出停留时间分布（）；用（）可直接检测出停留时间（）. 12、一级反应地混合早晚对反应结果（）影响；二级反应地混合早晚对反应结果（）影响. 13、冶金过程中流体/流体之间地传质模型主要用（）理论、（）论、（）论和（）等理论来描述. 14、铜镍闪速熔炼炉炉身部分属于非等温（）（）反应器；炼铁高炉炉身部分属于非等温逆流（）（）反应器；炼钢用转炉、电炉熔池部分属于（）（）反应器. 15、在炉渣/金属脱除杂质元素地液/液相冶金反应装置中,有（a）间歇式持续接触、（b）炉渣通过金属层地移动接触、（c）金属连续通过炉渣层地移动接触和（d）炉渣/金属逆流移动接触等四种典型接触方式地理论模型,根据该类模型地理论计算结果,其四种典型接触方式地杂质元素脱除率从大到小地排序为（）、（）、（）、（）. 二、名词解释 1、间歇反应器及其特点 2、活塞流反应器地特点 3、全混流反应器地其特点 4、停留时间 5、固定床反应器地优缺点 冶金原理（1）复习题 1、判断具体浸出的目的。 浸出的实质在于利用适当的溶剂使矿石、精矿和半成品中的一种或几种有价成分优先溶出，使之与脉石分离。（指借助于溶剂从固体物料中提取可溶组分。） 2、当用气态H2S使浸出液中的金属离子呈硫化物形态有效沉淀出来，常采取什么措施？ 一是使有价金属从稀溶液中沉淀，得到硫化物富集物，以备进一步回收处理；另一是使伴生金属呈硫化物形态沉淀，使其与主要金属分离 3、如何提高浸出过程的速率？ （1）提高温度 （2）提高浸出剂浓度C O （3）降低精矿颗粒的原始半径 （4）搅拌 4、在用形成氢氧化物分离浸出液中的金属离子时，如何判断氢氧化物生成的次序？ 1当氢氧化物从含有几种阳离子价相同的多元盐溶液中沉淀时，首先开始析出的是其形成pH 最小，从而其溶解度最小的氢氧化物。 2在金属相同但其离子价不同的体系中，高价阳离子总是比低价阳离子在pH更小的溶液中形成氢氧化物，这也是由于高价金属氢氧化物比低价氢氧化物的溶解度更小的缘故。 5、对属于液固反应的浸出过程，浸出速率和哪些因素有关？ 多相反应的特点是反应发生在两相界面上，反应速度常与反应物在界面处的浓度有关，同时也与反应产物在界面的浓度及性质有关，所以反应速度与反应物接近界面的速度、生成物离开界面的速度及界面反应速度有关，其中最慢的一个步骤决定整个反应速度。 在许多固液反应中，扩散常常是最慢步骤。另外，多相反应速度还与界面的性质、界面的几何形状、界面面积以及界面上有无新相生成有关。 6、根据什么原则选择浸出剂？ 1、所选浸出剂能有效分解矿物 2、在处理多金属复杂矿时，应能有效地综合回收多种金属。 3 、根据产品的数量、质量、生产规模及下一步工艺的衔接来选择最合适的浸出剂。 4 、要求流程简短，设备简单，金属收率高、产品成本低。 5 、符合劳动保护和工业卫生、环境保护等要求。 其它还有矿石的性质、浸出剂的价格及其消耗量、浸出剂的的腐蚀性及其所需的设备材料、浸出液进一步处理的难易以及浸出剂再生而循环使用的可能性。 7、萃取时，分配比、萃取率、萃取比和萃取饱和容量等参数和什么有关？ ⑴空腔能的影响 ⑵破坏被萃物与水的结合所需能的影响 ⑶破坏被萃物与有机溶剂结合所需能的影响 8、萃取时，有机相为何通常要加稀释剂？ 稀释剂—是一种惰性有机溶剂，用于改善有机相比重、粘度 《冶金实验研究方法》报告 学院：冶金与化学工程学院 专业：13有色金属冶金 学生：邹剑 学号：6120130109 指导教师：徐志峰 课程：冶金实验研究方法 热力学、动力学及工艺矿物学分析方法 在冶金过程研究中应用 一热力学 1.1热力学概述 冶金过程热力学使用热力学方法研究从矿石提取金属及其化合物的各种冶金过程的一门学科。它是冶金过程物理化学的一个分支，从矿石提取金属可分为火法冶金、湿法冶金和电冶金，后者包括电炉冶炼、熔盐电解和水溶液电解，故也可分别包括在前二者之内。冶金过程物理化学的发展是从火法冶金，特别是炼钢的热力学开始的，随着冶金工业的发展而扩大其内容，并已逐步深入到有色金属的火法和湿法冶金的研究。 1.2热力学分析方法在冶金过程研究中的应用 冶金过程热力学研究范围十分的广，不仅包括冶金体系的热力学，同时也包含各种冶金过程中有关体系间的相互反应。在实际生产中，运用热力学定律(dU?TdS?pdV≤SW′)和拉乌尔定律(P A=P A??X A)、亨利定律(P B=k B?X B)以及吉布斯自由能公式(G=U?Ts?PV)等定理公式求得反应是否可以发生。在研究有色金属冶金时，冶金热力学涉及到了熔锍、熔渣、熔盐和水盐体系以及有机溶剂和离子交换树脂各个方面。 冶金热力学针对火法冶金来说，通过氧势图给出一系列金属化合物的标准生成自由焓与温度的关系，从而可以对不同化合物的相对稳定性作出定量比较，并可据以计算有关冶金反应的平衡常数。而对湿法冶金来说,通过电位-pH图给出的某一金属的各种固态和溶解于溶液中的化合物的热力学平衡，也可以给出溶质和气相间的平衡。这种图对于金属在给定条件下的浸取或腐蚀有一定参考和应用价值，例如湿法冶金中的高压氢还原法就是冶金热力学应用于生产实践的一个例子。 通常情况下，可以通过人为的干预达到提高反应速率、提高经济效益、节约生产成本的目的，从热力学的角度来看，可以通过调节反应条件使得标准自由焓变量尽可能成为较大的负值，越负反应进行得越剧烈也越明显，其次可以提高反应物的活度或者降低产物的活度，这些都可以在生产实践当中指导企业生产，以达到效益的最优化。 冶金原理与工艺（钢铁部分） 绪论 1.矿床：矿石集合体 矿石：矿物集合体。包括有用矿石和脉石 有用矿石：可提取矿物的矿石 脉石：含微量或不含矿物的矿石 矿物：有用元素或化合物 2.主要的冶金工序 干燥：除去水分，温度400~6000度 焙烧：适当气氛下，加热到熔点以下发生氧化、还原或其他化学变化的冶金过程，除去有害杂质，回收有用元素，提高气孔率和还原性 煅烧：将碳酸盐或氢氧化物的矿石原料在空气中加热分解，除去二氧化碳或水分变成氧化物的过程，也称焙解 烧结和球团：将不同的粉矿混匀或造球后加热焙烧，团结成多孔块状或球状的物料熔炼：将处理好的矿石或原料在高温下通过氧化还原反应，使矿石中的金属和杂质分离成两个液相层即金属液和熔渣，也叫冶炼 精炼：进一步除杂，以提高纯度 吹炼：实质是氧化熔炼，借鼓入的空气中的氧使铸铁中的磷，硫和其他杂质元素氧化而分离去除 净化：溶液除杂至达标的过程，方法有离子沉淀法、置换沉淀法、共沉淀法 3.冶金工业的发展趋势 钢铁工业：1）高效化、连续化、自动化；2）节约能源和资源，降低成本；3）发展高新技术所需的新材料；4）连铸技术；5）发展近终成型金属毛坯制备技术；6）人工智能控制 有色金属：1）供大于求；2）发展的国际化、集团化；3）低级产品向低成本地区转移； 4）适应高新技术发展的需求，新材料发展迅速 第一章高炉炼铁 1.高炉冶炼主要产品：生铁1）90%以上是炼钢铁（白口铁）；2）铸造生铁（灰口铁）； 3）少量的铁合金 副产品：炉渣、煤气和炉尘 2.高炉冶炼的主要技术经济指标 1）高炉有效容积利用系数【η】：1立方米有效容积平均每天生产的合格生铁的折合产量 2）焦比【K】：高炉冶炼1t生铁所消耗的干焦炭量 3）冶炼强度【I】：1立方米高炉有效容积每天所能燃烧的干焦炭量，反映了炉料下降及冶炼的速度η=I/K 4）生铁的合格率：化学成分符合国家规定的生铁量占总监测量的比例 5）焦炭负荷：一批料中矿石质量与焦炭质量之比 6）生铁原材料：铁矿石，碎杂铁等 7）富氧量：工业氧加入鼓风中后，鼓风中氧含量增加的百分数 系统动力学理论 系统动力学的概念 系统动力学（简称SD—System Dynamics），是由美国麻省理工学院（MIT）的福瑞斯特（．Forrester）教授创造的，一门以控制论、信息论、决策论等有关理论为理论基础，以计算机仿真技术为手段，定量研究非线性、高阶次、多重反馈复杂系统的学科。它也是一门认识系统问题并解决系统问题的综合交叉学科[1-3]。从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历史的方法的统一。它基于系统论，吸收了控制论、信息论的精髓，是一门综合自然科学和社会科学的横向学科。系统动力学对问题的理解，是基于系统行为与内在机制间的相互紧密的依赖关系，并且透过数学模型的建立与操作的过程而获得的，逐步发掘出产生变化形态的因、果关系，系统动力学称之为结构。系统动力学模型不但能够将系统论中的因果逻辑关系与控制论中的反馈原理相结合，还能够从区域系统内部和结构入手，针对系统问题采用非线性约束，动态跟踪其变化情况，实时反馈调整系统参数及结构，寻求最完善的系统行为模式，建立最优化的模拟方案。 系统动力学的特点 系统动力学是一门基于系统内部变量的因果关系，通过建模仿真方法，全面动态研究系统问题的学科，它具有如下特点[4-8]： （1）系统动力学能够研究工业、农业、经济、社会、生态等多学科系统问题。系统动力学模型能够明确反映系统内部、外部因素间的相互关系。随着调整系统中的控制因素，可以实时观测系统行为的变化趋势。它通过将研究对象划分为若干子系统，并且建立各个子系统之间的因果关系网络，建立整体与各组成元素相协调的机制，强调宏观与微观相结合、实时调整结构参数，多方面、多角度、综合性地研究系统问题。 （2）系统动力学模型是一种因果关系机理性模型，它强调系统与环境相互联系、相互作用；它的行为模式与特性主要由系统内部的动态结构和反馈机制所决定，不受外界因素干扰。系统中所包含的变量是随时间变化的，因此运用该模 第一章 1 冶金原理研究的主要容包括_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__物理化学、_____的理论和方法研 究提取冶金过程，为解决有关__技术___问题、开拓__新__的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。、 2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为__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__钢铁____冶金原理及__有色金属___冶金原理。 4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为____冶炼渣、精炼渣、富集渣、合 成渣____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_熔渣____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。。。 5、熔渣是_金属提炼______和_____精炼过程__的重要产物之一。 6、熔渣是指主要由各种_氧化物_____熔合而成的熔体。 7、__富集渣______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。 8、__精炼渣_____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。 9、在造锍熔炼过程中，为了使锍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粘度、密度、渣-锍界面力。 10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍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__熔渣成分______，使 之具有符合冶炼要求的物理化学性质。 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：FeO、CaO、SiO2 14高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物：CaO、Al2O3、SiO2 15熔盐——盐的熔融态液体，通常指无机盐的熔融体 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 1、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增加燃料耗量不仅能增大炉料的溶化量，而且还能进一步提高炉 子的最高温度。错 3、熔锍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？冶金原理名词解释
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