贵金属冶炼热力学

A. 金的冶炼方法

分为火法冶炼、湿法提取或电化学沉积。

1、火法冶炼

又称为干式冶金，把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，生成所需的化学反应，从而分离出粗金属，然后再将粗金属精炼。

2、湿式冶金

湿法冶金这种冶金过程是用酸、碱、盐类的水溶液，以化学方法从矿石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。

3、化学反应

利用某种溶剂，借助化学反应（包括氧化、还原、中和、水解及络合等反应），对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程。

(1)贵金属冶炼热力学扩展阅读

当矿石含有天然金时，金会以粒状或微观粒子状态藏在岩石中，通常会与石英或如黄铁矿的硫化物矿脉同时出现。以上情况称为脉状矿床（Lode）、或是岩脉金。

天然金亦会以叶片、粒状或大型金块的形式出现，它们由岩石中侵蚀出来，最后形成冲积矿床的沙砾，称为砂矿，或是冲积金。

冲积金一定会比脉状矿床的表面含有较丰富的金，因为在岩石中的金的邻近矿物氧化后，再经过风化作用、清洗后流入河流与溪流，在那里透过水作收集及结合再形成金块。

金亦有时会以与其他元素，特别是碲形成化合物的形式出现。

例子有针状碲金矿（calaverite）、针碲金银矿（sylvanite）、叶碲矿（nagyagite）、碲金银矿（petzite）及白碲金银矿（krennerite）。金亦有极少机会与水银以汞齐形成出现，另外亦会以一个低浓度在海水出现。

B. 金属氧化热还原技术的热力学原理

金属氧化热还原技术：利用某些金属（例如铝粉）氧化（放热）产生高温进行热还原（吸热）。

热还原：高温下体系的热力学稳定性降低，能发生氧化－还原反应。例如金属火法冶炼一般地说，就是进行热还原。利用热还原可以提炼出希望得到的产物金属或其它还原产物。

热力学原理：还原的方向就是系统G氏自由能下降的方向。
例如，为什么焦炭能做为还原剂冶炼锡,铅
SnO2+2C→Sn+2CO
PbO+C→Pb+CO
C氧化可以还原锡和铅，同样的道理，其它元素（比如金属铝）也可以氧化，成为还原其它元素的还原剂。

C. 金属结晶的热力学条件是什么

液态金属中原子团为金属结晶提供结构条件；液固界面取得动态过冷度,为金属结晶提供了长大条件；当Tn

D. 提炼金属的化学方法,用CaH2做还原剂时有什么优点

从自然界索取金属单质的过程称为金属的提炼。金属提炼方法有火法和湿法两大类。金属提炼一般分为三个过程——矿石的富集、冶炼和精炼。

一、金属的冶炼

根据金属的存在形式、金属还原过程的热力学及其他诸多因素，工业冶炼金

属的方法主要有：热分解法、热还原法、电解法和氧化法。

1.热分解法

Ag2O、HgO等少数不活泼金属的化合物，由于其生成自由能负值小，不稳定，易分解，因此这类金属可通过直接加热使其分解的方法制备：

2HgO△2Hg+O2↑

2Ag2O△4Ag+O2↑

2.热还原法

这是最常见的从矿石提取金属的方法。由于所用的还原剂不同，又可分为碳热还原法、氢热还原法和金属热还原法。

（1）碳热还原法

碳热还原法是指用C或CO作还原剂的金属冶炼方法。由于焦炭资源丰富，价廉易得，所以只要可行，尽可能采用此种方法。

对一些氧化物如SnO2、Cu2O等，直接用碳作还原剂制取金属：

SnO2+2CSn+2CO↑

Cu2O+C2Cu+CO↑

对于Fe2O3，常用CO作还原剂：

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

如果矿石的主要成分是碳酸盐，则由于大多数碳酸盐在高温下易发生热分解生成氧化物，故也可用该法冶炼金属，只是反应分两步进行：

ZnCO3△ZnO+CO2↑

ZnO+C△Zn+CO↑

如果矿石是硫化物，则先将矿石在空气中煅烧使之转化为氧化物，再用碳还原。如：

2PbS+3O2煅烧2PbO+2SO2↑

E. 什么是冶金热力学

没有叫“冶金热力学”的。

因为，热力学是研究功与热之间的转换，而“冶金”是关于物理化学过程的，所以，应叫“冶金物理化学”。

冶金物理化学，是物理化学的一个分支，它着重研究矿石熔炼成金属的生成原理，如“钢铁是如何炼成的”、“铜、锌、铅等是如何生产的”是其落脚点，其所涉及的基本原理都是“物理化学”方面的，但着重突出“冶金”特色。

当然，热力学与物理化学的确有很多相同的原理，都以热力学第一、第二定律为基础，都有自由能、自由焓等基本的内容，但物理化学主要研究的是反应系的电化学反应原理与活化能等问题。

F. 锡石冶炼制金属锡有以下三种方法，请从热力学原理讨论应推荐哪一种

锡石冶炼，主要是碳还原
SnO2+2CO=Sn+2CO2

G. 金属结晶时的热力学温度是指什么

金属结晶时处于相态平衡，此时温度是固定的，比如说某金属的熔点是多少，熔点是固定的，同样凝固点等于熔点，在此温度下，金属既有液态，也有固态，液固共存。这是结晶的温度概念。
在物理学中，温度有一个极限值，该极限值是-273.15℃，自然界中不可能存在比这更低的温度了，该极限温度称为绝对0度，以此0度为坐标的温度成为开氏温度，在热力学中，都是以此温度来计算的，这就是所提的热力学温度。

H. 什么是冶金热力学

冶金热力学的定义：
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，正如热力学是物理化学的一个分支一样。

I. 炼出前所未见的合金

冶金配方数千年不变

缺失的“藏宝图”

虽然高熵合金为许多领域的材料更新提供了新的希望，但实际上到现在为止，研究者还只是触及这一研究领域的表面，没有足够多的数据帮助研究者预期合金的变化，当有人提出一项材料的性能需求时，研究者们并不能准确知道通过哪几种组合实现这种性能，已有的成果可以说有点撞大运。

这是一个令人望而生畏的研究领域，想像一下，在常用的大约60种元素中，如果每次选取5种相同比例的元素混合，就会产生1040种组合；如果让每种元素的比例增加或减少5%，再依次重新搭配，就会产生10120个组合。何况其中一些原料难以获得或者非常昂贵，因此目前实在是无法制造和测试这么多合金。没有实验数据，就没有理论框架，高熵合金的制造缺失了一张“藏宝图”，未来的研究将任重而道远。

本文源自大科技*网络新说 2017年第1期杂志重点文章

J. 冶金工程学什么

冶金工程是研究从矿石等资源中提取金属及其化合物、并制成具有良好加工和使用性能材料的工程技术领域。其工程硕士学位授权单位培养从事冶金技术及其理论、冶炼过程及控制、冶炼工艺及装备设计、生产技术改进、冶炼成品性能改进和检测及冶金企业管理的高级工程技术人才。

一、领域介绍
冶金工程领域是研究从矿石等资源中提取 冶金企业金属或化合物，并制成具有良好的使用性能和经济价值的材料的工程技术领域。
冶金是国民经济建设的基础，是国家实力和工业发展水平的标志，它为机械、能源、化工、交通、建筑、航空航天工业、国防军工等各行各业提供所需的材料产品。现代工业、农业、国防及科技的发展对冶金工业不断提出新的要求并推动着冶金学科和工程技术的发展，反过来，冶金工程的发展又不断为人类文明进步提供新的物质基础。
冶金工程技术的发展趋势是不断汲取相关学科和工程技术的新成就进行充实、更新和深化，在冶金热力学、金属、熔锍、熔渣、熔盐结构及物性等方面的研究会更加深入，建立智能化热力学、动力学数据库，加强冶金动力学和冶金反应工程学的研究，应用计算机逐步实现对冶金全流程进行系统最优设计和自动控制。冶金生产技术将实现生产柔性化、高速化和连续化，达到资源、能源的充分利用及生态环境的最佳保护。随着冶金新技术、新设备、新工艺的出现，冶金产品将在超纯净和超高性能等方面发展，在支撑经济、国防及高科技发展上发挥愈来愈重要的作用。
冶金工程与许多学科密切相关，相互促进发展。冶金工程包括：钢铁冶金、有色金属冶金两大类。冶金物理化学是冶金工程的应用理论基础。该工程领域与材料工程、环境工程、矿业工程、控制工程、计算机技术等工程领域及物理、化学、工程热物理等基础学科密切联系，相互促进，共同发展。
二、培养目标
培养冶金工程领域科学研究与开发应用、工程设计与实施、技术攻关与技术改造、新技术推广与应用、工程规划与冶金企业管理等方面的高层次人才。
冶金工程领域工程硕士生应有扎实的现代冶金技术的基础理论和系统的专业 地理知识，对冶金工程技术的国内外现状和发展趋势有较全面的了解。能熟练运用先进的科学技术和实验方法，具有从事工程技术研究、改造、开发与应用(包括工程设计与工程管理)的能力。
三、领域范围
冶金工程的领域范围，可分为两大类：钢铁冶金和有色冶金。从研究方向和技术性质可细分为：
(1)冶金过程和材料合成的物理化学理论及应用。
(2)矿物的资源综合利用及冶炼过程中的环境保护。
(3)钢铁冶炼工艺、技术、装备及生产系统的设计、施工等。
(4)凝固加工技术。
(5)冶金过程模拟仿真。
(6)纯洁钢制造技术。
(7)钢铁制造流程的解析和综合集成。
(8)有色冶金过程电化学冶金原理、工艺、技术的应用、固态离子学及其相关理论 冶金工程在冶金和材料中的应用。
(9)有色冶过程中湿法冶金和粉体工程。
(10)有色金属功能材料的开发与应用等。
四、课程设置
基础课：科学社会主义理论、自然辩证法、外语、计算方法或数理统计或数理方程或模糊数学及其应用、计算机技术应用基础等。
技术基础：冶金物理化学、冶金传输原理与反应工程、近代物理化学研究方法、材料科学与工程导论、企业管理或工程经济等。
专业课：钢铁冶金、有色冶金新技术、冶金过程数学模拟及仿真、冶金资源综合利用及环境保护、现代冶金和材料的测试技术、塑性加工物理冶金理论、凝固原理与连铸工艺、冶金质量控制、泡沫冶金熔体、耐火材料结构与性能、轧制工艺与设备、湿法冶金物理化学、有色冶金原理与方法、有色金属材料与加工等。
上述课程，可定为学位课程和非学位课程。亦可由培养单位与合作企业根据实际需要确定其他课程，课程的总分不得低于28学分。
五、学位论文
结合冶金企业的实际课题进行研究工作，可以是冶炼新技术、新工艺、新设备、的研究和开发，可以是原冶金工艺和设备系统的技术革新，可以是冶金过程检测技术和质量控制，可以是冶金 冶金工程工艺设备的状态监测和故障诊断系统的研究，可以是大型冶金企业管理模式革新等。根据研究结果撰写论文：对于新产品设计与开发技术的结果，论文应该具有设计方案的比较、评估，设计计算书，完整的图纸；对于重大技术改造和革新的成果，应该具有对原设备与技术的评价，改造和革新方案的评述和结果的技术和经济效果分析；对于产品质量控制和试验的成果，必须有试验方案、完整的实验数据、数据处理分析方法、结果分析；对于生产设备管理成果，必须给出新的管理理论体系，对企业产量和质量作效果分析，并给出创新管理信息系统等。
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国内专业排名

1.北京科技大学
2.中南大学
3.东北大学
4.昆明理工大学
5.上海大学
6.重庆大学
7.武汉科技大学
8.北京理工大学
9.内蒙古科技大学
10.四川大学
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历史地位

说起冶金工程，在中国可以追溯到商周时期的青铜器时代。那时，丰富的冶铜技术就成为了中国冶金行业的源头，并迅速把整个青铜技术推到更高的阶段，建立了世界上最为光辉灿烂的“青铜文明”。
之后，中国的冶金技术在世界上又率先取得了突破：人们在漫长的冶炼过程中逐渐掌握了金属冶炼所需要的高温技术和较高水平的冶金处理技术。如柔化处理技术、炒钢技术、百炼钢技术、灌钢技术等。公元十五世纪，在明代中叶中国已大量开始生产金属锌。宋应星的《天工开物·五金》中有关于密封加热冶炼“倭铅”（即锌）方法的记载。明代的钱币“永乐通宝”也具有较高的含锌量。而欧洲到了十八世纪才开始冶炼锌。此外，宋应星的《天工开物》记载了中国古代冶金技术的许多成就，如冶炼生铁和熟铁的连续生产工艺，退火、正火、淬火等钢铁热处理工艺等。
新中国成立以来，国家一直非常重视冶金工业的发展。中国的钢产量连续居于世界前列，足见国家的重视和其迅速稳健发展的良好势头。诚然，现代科技的进步催生了一些高科技新材料的诞生和应用。但是，冶金材料在未来相当长的一段时期内，其优势和特性依然是其他材料所不可比拟和替代的。
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专业特色

专业领域
冶金工程专业是一门研究从矿石提取钢铁或有色金属材料并进行加工的应用性学科，培养的是冶金工程领域科学研究与开发应用、工程设计与实施、技术攻关与技术改造、新技术推广与应用、工程规划与冶金企业管理等方面的高层次专门人才。
高新技术和学科发展相结合是本专业的一大特点。主要体现在以下两个方面：一 英语课程是通过冶金过程的优化和新技术开发最大限度地满足相关产业对高品质冶金材料的要求，二是最大限度地减少冶金生产的资源和能源消耗，减少对环境的污染。这也是本专业的前沿主攻方向。考虑到中国冶金行业清洁化生产水平低和特有的复合矿资源多样化的特点等因素，该专业不仅要致力于研究流程中废弃物的“四化”（即减量化、再资源化、再能源化和无害化）处理综合技术，而且还要对复合矿冶炼技术进行环保和经济意义上的评价和指导，并在此原则下开发复合矿的综合利用技术，最终实现中国高品质冶金材料的生态化生产。
研究领域
根据以上特点，冶金工程专业主要有三大研究方向。一是冶金物理化学方向：学习内容包括冶金新理论与新方法、冶金与材料物理化学、材料制备物理化学、冶金和能源电化学等。二是冶金工程方向：学习内容包括钢铁和有色金属冶金新工艺、新技术和新装备的研究、现代冶金基础理论和冶金工程软科学、冶金资源的综合利用、优质高附加值冶金产品的制造和特殊材料的制备技术等。三是能源与环境工程方向：学习内容包括冶金工程环境控制、燃料的清洁燃烧与能源极限利用、工艺节能与余能回收、工业固体废弃物、城市垃圾处理、大气污染控制、技术及新产品的开发与试验工作等。这些广泛的分支领域构成了冶金工程的重要组成部分，极大地推进了冶金材料行业的发展与国家的工业建设。
与此同时，冶金工程技术也在不断汲取相关学科和工程技术的新成就进行充实、更新和深化，在冶金热力学、金属、熔锍、熔渣、熔盐结构等方面的研究会更加深入。随着冶金新技术、新设备、新工艺的出现，冶金产品将在超纯净和超高性能等方面发展。
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就业前景

中国仅有20多所高校开设有此专业，每年培养的专业人才非常有限，而市场需求量又特别大。有关统计数据显示，市场对冶金工程专业人才的需求是实际该专业毕业生人数的10倍。如此大的市场需求也为该专业的学子提供了广阔的就业前景。
由于冶金工程专业培养的学生基础宽厚、理论扎实、技能全面，同时，又具备冶金和金属材料加工等方面的知识和技能。加之，冶金行业属于国民经济的基础和支柱产业之一，因而，毕业生择业面宽，适应能力强。毕业生可以到冶金、化工、材料、环境保护及其相关行业的生产、科研和管理部门从事生产技术管理、工程设计、技术开发、新型结构材料和功能材料的研制和开发等工作，也可以到高等院校和高等职业学校从事专业教学工作。“感觉现在钢铁、冶金类专业的大学生太吃香了。”在东北大学2005举办的一次毕业生双选会上，一位钢铁冶金类专业毕业生述说了该专业毕业生的就业好机遇。的确，祖国蓬勃的建设事业需要冶金工程方面大量的专业人才，众多的钢铁冶金，有色金属冶金企业等都是学子们一展身手的好地方。
随着现代科技的迅猛发展，该专业对从业人员的综合素质也提出了较高的要求，如计算机技术在冶金工程领域的广泛应用，也就使得学生在大学里就要逐步接触并掌握到丰富而实用的计算机知识。另外，该领域在国内的发展与国外先进技术的交流也日益频繁，对学生外语的使用也提出了相当高的要求。