貴金屬冶煉熱力學

A. 金的冶煉方法

分為火法冶煉、濕法提取或電化學沉積。

1、火法冶煉

又稱為乾式冶金，把礦石和必要的添加物一起在爐中加熱至高溫，熔化為液體，生成所需的化學反應，從而分離出粗金屬，然後再將粗金屬精煉。

2、濕式冶金

濕法冶金這種冶金過程是用酸、鹼、鹽類的水溶液，以化學方法從礦石中提取所需金屬組分，然後用水溶液電解等各種方法製取金屬。

3、化學反應

利用某種溶劑，藉助化學反應（包括氧化、還原、中和、水解及絡合等反應），對原料中的金屬進行提取和分離的冶金過程。

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當礦石含有天然金時，金會以粒狀或微觀粒子狀態藏在岩石中，通常會與石英或如黃鐵礦的硫化物礦脈同時出現。以上情況稱為脈狀礦床（Lode）、或是岩脈金。

天然金亦會以葉片、粒狀或大型金塊的形式出現，它們由岩石中侵蝕出來，最後形成沖積礦床的沙礫，稱為砂礦，或是沖積金。

沖積金一定會比脈狀礦床的表面含有較豐富的金，因為在岩石中的金的鄰近礦物氧化後，再經過風化作用、清洗後流入河流與溪流，在那裡透過水作收集及結合再形成金塊。

金亦有時會以與其他元素，特別是碲形成化合物的形式出現。

例子有針狀碲金礦（calaverite）、針碲金銀礦（sylvanite）、葉碲礦（nagyagite）、碲金銀礦（petzite）及白碲金銀礦（krennerite）。金亦有極少機會與水銀以汞齊形成出現，另外亦會以一個低濃度在海水出現。

B. 金屬氧化熱還原技術的熱力學原理

金屬氧化熱還原技術：利用某些金屬（例如鋁粉）氧化（放熱）產生高溫進行熱還原（吸熱）。

熱還原：高溫下體系的熱力學穩定性降低，能發生氧化－還原反應。例如金屬火法冶煉一般地說，就是進行熱還原。利用熱還原可以提煉出希望得到的產物金屬或其它還原產物。

熱力學原理：還原的方向就是系統G氏自由能下降的方向。
例如，為什麼焦炭能做為還原劑冶煉錫,鉛
SnO2+2C→Sn+2CO
PbO+C→Pb+CO
C氧化可以還原錫和鉛，同樣的道理，其它元素（比如金屬鋁）也可以氧化，成為還原其它元素的還原劑。

C. 金屬結晶的熱力學條件是什麼

液態金屬中原子團為金屬結晶提供結構條件；液固界面取得動態過冷度,為金屬結晶提供了長大條件；當Tn

D. 提煉金屬的化學方法,用CaH2做還原劑時有什麼優點

從自然界索取金屬單質的過程稱為金屬的提煉。金屬提煉方法有火法和濕法兩大類。金屬提煉一般分為三個過程——礦石的富集、冶煉和精煉。

一、金屬的冶煉

根據金屬的存在形式、金屬還原過程的熱力學及其他諸多因素，工業冶煉金

屬的方法主要有：熱分解法、熱還原法、電解法和氧化法。

1.熱分解法

Ag2O、HgO等少數不活潑金屬的化合物，由於其生成自由能負值小，不穩定，易分解，因此這類金屬可通過直接加熱使其分解的方法制備：

2HgO△2Hg+O2↑

2Ag2O△4Ag+O2↑

2.熱還原法

這是最常見的從礦石提取金屬的方法。由於所用的還原劑不同，又可分為碳熱還原法、氫熱還原法和金屬熱還原法。

（1）碳熱還原法

碳熱還原法是指用C或CO作還原劑的金屬冶煉方法。由於焦炭資源豐富，價廉易得，所以只要可行，盡可能採用此種方法。

對一些氧化物如SnO2、Cu2O等，直接用碳作還原劑製取金屬：

SnO2+2CSn+2CO↑

Cu2O+C2Cu+CO↑

對於Fe2O3，常用CO作還原劑：

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

如果礦石的主要成分是碳酸鹽，則由於大多數碳酸鹽在高溫下易發生熱分解生成氧化物，故也可用該法冶煉金屬，只是反應分兩步進行：

ZnCO3△ZnO+CO2↑

ZnO+C△Zn+CO↑

如果礦石是硫化物，則先將礦石在空氣中煅燒使之轉化為氧化物，再用碳還原。如：

2PbS+3O2煅燒2PbO+2SO2↑

E. 什麼是冶金熱力學

沒有叫「冶金熱力學」的。

因為，熱力學是研究功與熱之間的轉換，而「冶金」是關於物理化學過程的，所以，應叫「冶金物理化學」。

冶金物理化學，是物理化學的一個分支，它著重研究礦石熔煉成金屬的生成原理，如「鋼鐵是如何煉成的」、「銅、鋅、鉛等是如何生產的」是其落腳點，其所涉及的基本原理都是「物理化學」方面的，但著重突出「冶金」特色。

當然，熱力學與物理化學的確有很多相同的原理，都以熱力學第一、第二定律為基礎，都有自由能、自由焓等基本的內容，但物理化學主要研究的是反應系的電化學反應原理與活化能等問題。

F. 錫石冶煉制金屬錫有以下三種方法，請從熱力學原理討論應推薦哪一種

錫石冶煉，主要是碳還原
SnO2+2CO=Sn+2CO2

G. 金屬結晶時的熱力學溫度是指什麼

金屬結晶時處於相態平衡，此時溫度是固定的，比如說某金屬的熔點是多少，熔點是固定的，同樣凝固點等於熔點，在此溫度下，金屬既有液態，也有固態，液固共存。這是結晶的溫度概念。
在物理學中，溫度有一個極限值，該極限值是-273.15℃，自然界中不可能存在比這更低的溫度了，該極限溫度稱為絕對0度，以此0度為坐標的溫度成為開氏溫度，在熱力學中，都是以此溫度來計算的，這就是所提的熱力學溫度。

H. 什麼是冶金熱力學

冶金熱力學的定義：
用熱力學方法研究從礦石提取金屬及其化合物的各種冶金過程的一門學科。它是冶金過程物理化學的一個分支，正如熱力學是物理化學的一個分支一樣。

I. 煉出前所未見的合金

冶金配方數千年不變

缺失的「藏寶圖」

雖然高熵合金為許多領域的材料更新提供了新的希望，但實際上到現在為止，研究者還只是觸及這一研究領域的表面，沒有足夠多的數據幫助研究者預期合金的變化，當有人提出一項材料的性能需求時，研究者們並不能准確知道通過哪幾種組合實現這種性能，已有的成果可以說有點撞大運。

這是一個令人望而生畏的研究領域，想像一下，在常用的大約60種元素中，如果每次選取5種相同比例的元素混合，就會產生1040種組合；如果讓每種元素的比例增加或減少5%，再依次重新搭配，就會產生10120個組合。何況其中一些原料難以獲得或者非常昂貴，因此目前實在是無法製造和測試這么多合金。沒有實驗數據，就沒有理論框架，高熵合金的製造缺失了一張「藏寶圖」，未來的研究將任重而道遠。

本文源自大科技*網路新說 2017年第1期雜志重點文章

J. 冶金工程學什麼

冶金工程是研究從礦石等資源中提取金屬及其化合物、並製成具有良好加工和使用性能材料的工程技術領域。其工程碩士學位授權單位培養從事冶金技術及其理論、冶煉過程及控制、冶煉工藝及裝備設計、生產技術改進、冶煉成品性能改進和檢測及冶金企業管理的高級工程技術人才。

一、領域介紹
冶金工程領域是研究從礦石等資源中提取 冶金企業金屬或化合物，並製成具有良好的使用性能和經濟價值的材料的工程技術領域。
冶金是國民經濟建設的基礎，是國家實力和工業發展水平的標志，它為機械、能源、化工、交通、建築、航空航天工業、國防軍工等各行各業提供所需的材料產品。現代工業、農業、國防及科技的發展對冶金工業不斷提出新的要求並推動著冶金學科和工程技術的發展，反過來，冶金工程的發展又不斷為人類文明進步提供新的物質基礎。
冶金工程技術的發展趨勢是不斷汲取相關學科和工程技術的新成就進行充實、更新和深化，在冶金熱力學、金屬、熔鋶、熔渣、熔鹽結構及物性等方面的研究會更加深入，建立智能化熱力學、動力學資料庫，加強冶金動力學和冶金反應工程學的研究，應用計算機逐步實現對冶金全流程進行系統最優設計和自動控制。冶金生產技術將實現生產柔性化、高速化和連續化，達到資源、能源的充分利用及生態環境的最佳保護。隨著冶金新技術、新設備、新工藝的出現，冶金產品將在超純凈和超高性能等方面發展，在支撐經濟、國防及高科技發展上發揮愈來愈重要的作用。
冶金工程與許多學科密切相關，相互促進發展。冶金工程包括：鋼鐵冶金、有色金屬冶金兩大類。冶金物理化學是冶金工程的應用理論基礎。該工程領域與材料工程、環境工程、礦業工程、控制工程、計算機技術等工程領域及物理、化學、工程熱物理等基礎學科密切聯系，相互促進，共同發展。
二、培養目標
培養冶金工程領域科學研究與開發應用、工程設計與實施、技術攻關與技術改造、新技術推廣與應用、工程規劃與冶金企業管理等方面的高層次人才。
冶金工程領域工程碩士生應有扎實的現代冶金技術的基礎理論和系統的專業 地理知識，對冶金工程技術的國內外現狀和發展趨勢有較全面的了解。能熟練運用先進的科學技術和實驗方法，具有從事工程技術研究、改造、開發與應用(包括工程設計與工程管理)的能力。
三、領域范圍
冶金工程的領域范圍，可分為兩大類：鋼鐵冶金和有色冶金。從研究方向和技術性質可細分為：
(1)冶金過程和材料合成的物理化學理論及應用。
(2)礦物的資源綜合利用及冶煉過程中的環境保護。
(3)鋼鐵冶煉工藝、技術、裝備及生產系統的設計、施工等。
(4)凝固加工技術。
(5)冶金過程模擬模擬。
(6)純潔鋼製造技術。
(7)鋼鐵製造流程的解析和綜合集成。
(8)有色冶金過程電化學冶金原理、工藝、技術的應用、固態離子學及其相關理論 冶金工程在冶金和材料中的應用。
(9)有色冶過程中濕法冶金和粉體工程。
(10)有色金屬功能材料的開發與應用等。
四、課程設置
基礎課：科學社會主義理論、自然辯證法、外語、計算方法或數理統計或數理方程或模糊數學及其應用、計算機技術應用基礎等。
技術基礎：冶金物理化學、冶金傳輸原理與反應工程、近代物理化學研究方法、材料科學與工程導論、企業管理或工程經濟等。
專業課：鋼鐵冶金、有色冶金新技術、冶金過程數學模擬及模擬、冶金資源綜合利用及環境保護、現代冶金和材料的測試技術、塑性加工物理冶金理論、凝固原理與連鑄工藝、冶金質量控制、泡沫冶金熔體、耐火材料結構與性能、軋制工藝與設備、濕法冶金物理化學、有色冶金原理與方法、有色金屬材料與加工等。
上述課程，可定為學位課程和非學位課程。亦可由培養單位與合作企業根據實際需要確定其他課程，課程的總分不得低於28學分。
五、學位論文
結合冶金企業的實際課題進行研究工作，可以是冶煉新技術、新工藝、新設備、的研究和開發，可以是原冶金工藝和設備系統的技術革新，可以是冶金過程檢測技術和質量控制，可以是冶金 冶金工程工藝設備的狀態監測和故障診斷系統的研究，可以是大型冶金企業管理模式革新等。根據研究結果撰寫論文：對於新產品設計與開發技術的結果，論文應該具有設計方案的比較、評估，設計計算書，完整的圖紙；對於重大技術改造和革新的成果，應該具有對原設備與技術的評價，改造和革新方案的評述和結果的技術和經濟效果分析；對於產品質量控制和試驗的成果，必須有試驗方案、完整的實驗數據、數據處理分析方法、結果分析；對於生產設備管理成果，必須給出新的管理理論體系，對企業產量和質量作效果分析，並給出創新管理信息系統等。
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國內專業排名

1.北京科技大學
2.中南大學
3.東北大學
4.昆明理工大學
5.上海大學
6.重慶大學
7.武漢科技大學
8.北京理工大學
9.內蒙古科技大學
10.四川大學
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歷史地位

說起冶金工程，在中國可以追溯到商周時期的青銅器時代。那時，豐富的冶銅技術就成為了中國冶金行業的源頭，並迅速把整個青銅技術推到更高的階段，建立了世界上最為光輝燦爛的「青銅文明」。
之後，中國的冶金技術在世界上又率先取得了突破：人們在漫長的冶煉過程中逐漸掌握了金屬冶煉所需要的高溫技術和較高水平的冶金處理技術。如柔化處理技術、炒鋼技術、百煉鋼技術、灌鋼技術等。公元十五世紀，在明代中葉中國已大量開始生產金屬鋅。宋應星的《天工開物·五金》中有關於密封加熱冶煉「倭鉛」（即鋅）方法的記載。明代的錢幣「永樂通寶」也具有較高的含鋅量。而歐洲到了十八世紀才開始冶煉鋅。此外，宋應星的《天工開物》記載了中國古代冶金技術的許多成就，如冶煉生鐵和熟鐵的連續生產工藝，退火、正火、淬火等鋼鐵熱處理工藝等。
新中國成立以來，國家一直非常重視冶金工業的發展。中國的鋼產量連續居於世界前列，足見國家的重視和其迅速穩健發展的良好勢頭。誠然，現代科技的進步催生了一些高科技新材料的誕生和應用。但是，冶金材料在未來相當長的一段時期內，其優勢和特性依然是其他材料所不可比擬和替代的。
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專業特色

專業領域
冶金工程專業是一門研究從礦石提取鋼鐵或有色金屬材料並進行加工的應用性學科，培養的是冶金工程領域科學研究與開發應用、工程設計與實施、技術攻關與技術改造、新技術推廣與應用、工程規劃與冶金企業管理等方面的高層次專門人才。
高新技術和學科發展相結合是本專業的一大特點。主要體現在以下兩個方面：一 英語課程是通過冶金過程的優化和新技術開發最大限度地滿足相關產業對高品質冶金材料的要求，二是最大限度地減少冶金生產的資源和能源消耗，減少對環境的污染。這也是本專業的前沿主攻方向。考慮到中國冶金行業清潔化生產水平低和特有的復合礦資源多樣化的特點等因素，該專業不僅要致力於研究流程中廢棄物的「四化」（即減量化、再資源化、再能源化和無害化）處理綜合技術，而且還要對復合礦冶煉技術進行環保和經濟意義上的評價和指導，並在此原則下開發復合礦的綜合利用技術，最終實現中國高品質冶金材料的生態化生產。
研究領域
根據以上特點，冶金工程專業主要有三大研究方向。一是冶金物理化學方向：學習內容包括冶金新理論與新方法、冶金與材料物理化學、材料制備物理化學、冶金和能源電化學等。二是冶金工程方向：學習內容包括鋼鐵和有色金屬冶金新工藝、新技術和新裝備的研究、現代冶金基礎理論和冶金工程軟科學、冶金資源的綜合利用、優質高附加值冶金產品的製造和特殊材料的制備技術等。三是能源與環境工程方向：學習內容包括冶金工程環境控制、燃料的清潔燃燒與能源極限利用、工藝節能與余能回收、工業固體廢棄物、城市垃圾處理、大氣污染控制、技術及新產品的開發與試驗工作等。這些廣泛的分支領域構成了冶金工程的重要組成部分，極大地推進了冶金材料行業的發展與國家的工業建設。
與此同時，冶金工程技術也在不斷汲取相關學科和工程技術的新成就進行充實、更新和深化，在冶金熱力學、金屬、熔鋶、熔渣、熔鹽結構等方面的研究會更加深入。隨著冶金新技術、新設備、新工藝的出現，冶金產品將在超純凈和超高性能等方面發展。
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就業前景

中國僅有20多所高校開設有此專業，每年培養的專業人才非常有限，而市場需求量又特別大。有關統計數據顯示，市場對冶金工程專業人才的需求是實際該專業畢業生人數的10倍。如此大的市場需求也為該專業的學子提供了廣闊的就業前景。
由於冶金工程專業培養的學生基礎寬厚、理論扎實、技能全面，同時，又具備冶金和金屬材料加工等方面的知識和技能。加之，冶金行業屬於國民經濟的基礎和支柱產業之一，因而，畢業生擇業面寬，適應能力強。畢業生可以到冶金、化工、材料、環境保護及其相關行業的生產、科研和管理部門從事生產技術管理、工程設計、技術開發、新型結構材料和功能材料的研製和開發等工作，也可以到高等院校和高等職業學校從事專業教學工作。「感覺現在鋼鐵、冶金類專業的大學生太吃香了。」在東北大學2005舉辦的一次畢業生雙選會上，一位鋼鐵冶金類專業畢業生述說了該專業畢業生的就業好機遇。的確，祖國蓬勃的建設事業需要冶金工程方面大量的專業人才，眾多的鋼鐵冶金，有色金屬冶金企業等都是學子們一展身手的好地方。
隨著現代科技的迅猛發展，該專業對從業人員的綜合素質也提出了較高的要求，如計算機技術在冶金工程領域的廣泛應用，也就使得學生在大學里就要逐步接觸並掌握到豐富而實用的計算機知識。另外，該領域在國內的發展與國外先進技術的交流也日益頻繁，對學生外語的使用也提出了相當高的要求。