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收集资料全面，收入大量工程数据

内容简介

《钒钛物理化学》结合物理化学的基本理论介绍了主要钒钛产品的生产工艺，概括了钒钛的化合物及其化学反应，列举了典型的钒钛相图（状态图），给出了大量的钒钛热力学性质数据，并详细分析了钒钛提取过程中的热力学与动力学。本书可作为高校的本专科及研究生教材，也可作为钒钛工程技术和研发人员的参考书籍。

作者简介

邹建新，攀枝花学院材料学院，教授，副院长，先后在攀钢矿业公司、攀钢钛业公司、攀枝花学院从事钒钛资源综合利用的生产、研发、管理和教学工作，攀枝花市学术技术带头人，攀枝花学院材料学学科带头人，从业钒钛产业25余年，熟悉国内外钒钛产业生产、研发技术。主讲《钒钛材料》，《钒钛材料工艺学》，《钒钛产品生产工艺及设备》专业课10余年，从2014级开始，又开设了钒钛类深度拓展的课程，对理论要求进一步加深。

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目　　录

第1章物理化学概论1
1.1物理学、化学、物理化学之间的区别与联系1
1.2焓1
1.3熵2
1.4化学势2
1.5自由能3
1.6化学反应速率3
1.7阿累尼乌斯公式4
1.8菲克定律4
1.9气-固反应的未反应核模型5
1.10气-液反应的气泡行为8
1.11液-液反应动力学11
1.12固-液反应动力学14
1.13固-固反应动力学17

第1章物理化学概论1 1.1物理学、化学、物理化学之间的区别与联系1 1.2焓1 1.3熵2 1.4化学势2 1.5自由能3 1.6化学反应速率3 1.7阿累尼乌斯公式4 1.8菲克定律4 1.9气-固反应的未反应核模型5 1.10气-液反应的气泡行为8 1.11液-液反应动力学11 1.12固-液反应动力学14 1.13固-固反应动力学17 第2章钛矿采选过程中的热力学与动力学20 2.1钒钛磁铁矿层状侵入体的韵律层形成机理20 2.2钛铁矿浮选捕收剂的作用机理22 2.3钛铁矿浮选体系的溶液化学计算28 2.4微细粒级钛铁矿浮选体系的界面作用32 2.5微细粒级钛铁矿浮选中DLVO理论的应用33 2.6含钛高炉渣中钙钛矿的浮选分离机理36 2.7钛铁矿浮选动力学38 第3章富钛料生产过程中的热力学与动力学42 3.1钛铁矿磁化焙烧分离的热力学42 3.2电炉冶炼过程中钛渣的主要特征46 3.3钛精矿冶炼钛渣过程中的还原热力学47 3.4钛精矿熔炼钛渣还原过程中的动力学50 3.5钛磁铁矿球团的直接还原历程及其热力学分析54 3.6密闭直流电炉连续熔炼钛渣的渣铁界层凝固机理57 3.7含钛高炉渣中钛的选择性富集与长大59 3.8钛铁矿直接制取人造金红石的热力学与粉化机理64 3.9盐酸直接浸取钛铁矿制取人造金红石的动力学68 3.10电炉钛渣钠化焙烧浸出人造金红石机理71 3.11高温改性钛渣选择性浸出人造金红石的动力学73 3.12钛铁矿还原锈蚀法制备人造金红石的动力学76 3.13钛铁矿选择氯化法制取人造金红石的热力学与动力学78 第4章TiCl4生产过程中的热力学与动力学82 4.1富钛料加碳氯化制取TiCl4的热力学82 4.2富钛料加碳氯化制取TiCl4的动力学85 4.3粗四氯化钛中铝粉除钒机理86 4.4粗四氯化钛及蒸馏釜残液预水解除铝的机理88 第5章钛白生产过程中的热力学与动力学91 5.1硫酸酸解钛铁矿的动力学91 5.2硫酸酸解钛渣的动力学93 5.3钛白生产过程中的连续酸解95 5.4KOH亚熔盐法分解钛铁矿的动力学95 5.5硫酸法钛白生产过程中硫酸氧钛水解过程的机理96 5.6硫酸法钛白生产过程中的水解动力学108 5.7偏钛酸煅烧过程的热力学110 5.8偏钛酸煅烧过程的动力学114 5.9盐处理对TiO2煅烧质量的影响120 5.10煅烧强度对TiO2煅烧质量的影响122 5.11二氧化钛表面包膜的热力学126 5.12二氧化钛表面包膜的动力学134 5.13钛白颜料的色度137 5.14四氯化钛氧化过程的热力学139 5.15四氯化钛氧化过程的动力学142 5.16云母钛珠光颜料制备过程中的热力学和动力学148 第6章钛及钛合金熔炼过程中的物理化学152 6.1镁热法生产海绵钛过程中的还原热力学152 6.2镁热法生产海绵钛过程中的还原动力学165 6.3镁热法生产海绵钛过程中真空蒸馏的动力学172 6.4海绵钛氢化脱氢动力学与热力学175 6.5钛(合金)锭熔炼过程中的物理化学178 6.6氮化钛(碳化钛)制备的热力学和动力学193 6.7钛铁冶炼过程中的热力学和动力学196 第7章石煤浮选与铁水吹钒过程中的物理化学198 7.1石煤提钒的浮选吸附机理198 7.2转炉提钒过程中钒氧化的动力学200 7.3转炉提钒过程中钒氧化的热力学207 7.4钒渣熔融结构与性质的分子动力学模拟210 第8章钒渣制取氧化钒过程中的物理化学213 8.1普通钒渣焙烧过程的物理化学213 8.2高钙低品位钒渣焙烧过程中的物理化学218 8.3钒渣焙烧渣浸出过程的物理化学229 8.4铵盐沉钒过程的动力学235 第9章石煤提取氧化钒过程中的物理化学237 9.1含钒石煤氧化焙烧过程中的物相变化237 9.2石煤提钒氧化焙烧过程钒的价态变化240 9.3含钒石煤钙化焙烧过程中的机理243 9.4含钒石煤氧化焙烧过程中的动力学243 9.5含钒石煤钠化焙烧过程中NaCl的作用与相变机理245 9.6石煤焙烧过程的热力学分析245 9.7石煤的TG-DSC曲线与焙烧过程的XRD分析247 9.8石煤焙烧渣酸浸过程热力学分析249 9.9石煤提钒焙烧渣浸出过程的动力学252 9.10石煤提钒过程中钒的浸出机理256 第10章氧化钒制取碳(氮)化钒过程中的物理化学258 10.1钒的氧化物、碳化物和氮化物的热力学特征258 10.2V-O-C体系中碳还原生成金属钒的热力学259 10.3氧化钒制取碳化钒的热力学260 10.4V-O-N体系氮化过程的热力学261 10.5V-O-C-N体系还原氮化过程热力学262 10.6碳热还原V2O5制备VN过程中氮化反应的动力学263 10.7V2O3碳热还原氮化制备碳氮化钒的动力学266 第11章钒及钒合金冶金过程中的物理化学271 11.1两步法冶炼钒铁的机理271 11.2铝热法冶炼钒铁渣系的性能273 11.3钒铝合金的还原与精炼机理276 11.4金属钒的电解历程与还原热力学279 11.5钒电池充放电过程中的热力学和动力学281 参考文献287

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前　　言

我国钒钛资源非常丰富，已探明钛资源储量（以TiO2计）7.2亿吨，约占世界总储量的1/3，钒资源储量（以V2O5计）4290万吨，约占世界总储量的21%。钛资源被开采并深加工成钛白粉和钛合金材等产品，广泛应用于航空航天、汽车、化工、海洋和涂料等领域，钒资源被开采并深加工成合金添加剂和催化剂等产品，广泛应用于钢铁冶金和化工等领域。钒钛不仅是我国重要的战略资源，也是应用广泛的民用产品。
钒钛资源主要以钒钛磁铁矿、钛铁矿和石煤等形式存在。攀枝花西昌地区和承德地区是我国主要的钒钛磁铁矿产区，钛铁矿广泛分布在云南、广东、广西及海南等地。钛精矿产地主要集中于攀西和云南等地，澳大利亚、东南亚等已成为我国重要的钛矿进口国。钛白粉产地遍及全国，但主要集中在攀西、沿海地区和云南。海绵钛生产分布于全国各地。钛合金材主要集中在陕西宝鸡和东北、华东地区。石煤提钒遍及全国各地。钒产品主要集中在攀西。2008年，攀枝花市被中国矿业协会授予“中国钒钛之都”称号，宝鸡也素有“中国钛谷”之称的美誉。2013年，攀枝花、西昌、雅安等地被国家授予“攀西战略资源创新开发试验区”。

我国钒钛资源非常丰富，已探明钛资源储量（以TiO2计）7.2亿吨，约占世界总储量的1/3，钒资源储量（以V2O5计）4290万吨，约占世界总储量的21%。钛资源被开采并深加工成钛白粉和钛合金材等产品，广泛应用于航空航天、汽车、化工、海洋和涂料等领域，钒资源被开采并深加工成合金添加剂和催化剂等产品，广泛应用于钢铁冶金和化工等领域。钒钛不仅是我国重要的战略资源，也是应用广泛的民用产品。 钒钛资源主要以钒钛磁铁矿、钛铁矿和石煤等形式存在。攀枝花西昌地区和承德地区是我国主要的钒钛磁铁矿产区，钛铁矿广泛分布在云南、广东、广西及海南等地。钛精矿产地主要集中于攀西和云南等地，澳大利亚、东南亚等已成为我国重要的钛矿进口国。钛白粉产地遍及全国，但主要集中在攀西、沿海地区和云南。海绵钛生产分布于全国各地。钛合金材主要集中在陕西宝鸡和东北、华东地区。石煤提钒遍及全国各地。钒产品主要集中在攀西。2008年，攀枝花市被中国矿业协会授予“中国钒钛之都”称号，宝鸡也素有“中国钛谷”之称的美誉。2013年，攀枝花、西昌、雅安等地被国家授予“攀西战略资源创新开发试验区”。 随着航空航天、汽车产业等对钛（合金）材需求的增加，以及民生改善对钛白粉和高强度钢需求的增强，钒钛产业呈现出欣欣向荣的局面，生产技术与成本的竞争也越加激烈，钒钛从业人员对技术创新的需求也更迫切。国内外虽有一些关于钒和钛方面的书籍，但多数都是讲解原理、工艺和设备，数据较少，内容欠全面，深度不够。研发人员和从事技术创新的工程技术人员，深感身边缺少一本在热力学和动力学理论上有一定深度的书;大中专院校的本科生和研究生，想要深入学习钒钛学科，想要深入研究钒钛课题，也有同感。为此，作者编著了本书以飨读者，以期为钒钛行业尽微薄之力。 本书以物理化学的基本概念为基础，主要介绍其在冶金、化工、材料、熔盐、选矿、环保等领域广泛应用的物理化学理论模型，深入分析了钛铁矿、钛渣、人造金红石、熔分渣、含钛高炉渣、硫酸法钛白粉、四氯化钛、氯化法钛白粉、海绵钛、钛（合金）锭、钛（合金）材、钛（合金）粉、钛铁、碳化钛、氮化钛、钒渣、石煤、五氧化二钒、三氧化二钒、金属钒、钒铁合金、钒铝合金、氮化钒、碳化钒、钒电池等产品生产过程中的热力学和动力学理论。所论述的物理化学问题均是钒钛行业人员关注的焦点和难点。 本书的编著是在作者长期的生产、科研、教学活动和技术交流过程中的经验积累和资料积累的基础上完成的。全书编排在结构上由浅入深、先远后近，第1章讲述物理化学概论，浓缩了物理化学、冶金物理化学、熔盐物理化学、材料物理化学等的精髓，以此作为读者可信手拈来的研发工具；第2章～第6章深入分析了主要钛产品提取过程中的热力学和动力学，第7章～第11章深入分析了主要钒产品提取过程中的热力学和动力学。创新的关键在于理论和技术层面的深层次掌控和突破，对热力学过程和动力学过程的透彻理解是基础和关键，本书所选内容均是钒钛行业从业人员在生产和科研活动中经常遇到的难点和重点，研究成果取自于国内外钒钛领域的期刊文献、硕博论文、研究报告及作者本人的研究成果等，经作者遍览筛选后再凝练加工而成，这些成果都具有一定的深度。全书编排在内容上以产品为主线，考虑到钛产品在GDP中的比例远较钒产品大以及钛的重要战略地位，本书将钛排列于前，而钒排列于后，但在称谓上仍然遵照传统的先钒后钛的习惯。 本书的编著参阅了大量公开和未公开的文献资料，这些文献涉及的单位主要有：中国科学院过程工程研究所、中国工程物理研究院、攀枝花钢铁研究院、北京有色金属研究院、西北有色金属研究院、长沙矿冶研究院、沈阳铝镁设计研究院、东北大学、清华大学、攀枝花学院、四川大学、北京科技大学、中南大学、上海大学、昆明理工大学、华东理工大学、重庆大学、贵州大学、天津大学、成都理工大学、西北工业大学、武汉理工大学、西安建筑科技大学、宝钛集团、攀钢集团、云南新立集团、遵义钛业公司、西部导公司等。涉及的作者主要有梁英教、车荫昌、梁连科、傅献彩、莫畏、邓国珠、孙康、黄道鑫、陈厚生、申泮文、杨守志、席振伟、马俊伟、张力、刘云龙、居殿春、李文兵、程洪斌、金作美、温旺光、肖锥琴、张履国、狄伟伟、王文豪、高成涛、王明华、刘玉民、崔爱莉、郝琳、李靖华、向斌、倪月琴、罗雷、赵小花、孙来喜、陈庆红、孙健、肖建平、李丹柯、甄小鹏、李兰杰、李新生、何东升、曾孟祥、顾东燕、于三三、王永钢、罗冬梅、许昂风、陈铁军、徐耀兵、刘清才等。由于数量众多，恕不一一列举，更多可参见参考文献和文中内容，这些单位和个人都是钒钛行业的骨干，具有较深厚的学识和专业功底，编著者在此对他们的辛勤劳动表示衷心的感谢。 本书在编著与出版过程中得到了许多同事、同行、朋友、领导以及部分同学的帮助，他们有的查阅资料，有的购买参考书籍，有的打字复印，有的制图编辑，有的解答疑难，有的在工作和生活中给予方便。编著者在此向他们表示诚挚的谢意。 本书第3章的3.8节、第4章的4.2节、第9章的9.8节、9.9节由彭富昌编著；其余章节由邹建新编著。全书由邹建新审校和统稿。 本书内容具有理论性和工具性的特色，基础数据翔实，理论有一定深度。本书可作为钒钛领域研发人员、工程技术人员、专家学者的参考书籍。也可作为大中专院校的专业教材和钒钛行业机构的培训教材。 由于作者水平有限、经验不足，书中难免存在不妥之处，恳请专家和读者不吝赐教、批评指正。 编著者   2016年5月于“中国钒钛之都”攀枝花    e-mail:cnzoujx@sina.com

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