Sn、SnS、Cu、Cu2S分解、挥发及相互反应的热力学分析与讨论

张 博,刘大春,熊 恒,周正恩,邓 勇,杨 斌,李 玲,徐宝强

(1.复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,云南昆明 650093;2.昆明理工大学真空冶金国家工程实验室,云南昆明 650093;3.云南省有色金属真空冶金重点实验室,云南昆明 650093;4.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京 100083;5.北京安泰科信息股份有限公司,北京 100083)

标准吉布斯自由能ΔrGθ和吉布斯自由能ΔrG是确定反应过程进行方向的主要热力学量[1]。通过标准吉布斯自由能ΔrGθ和吉布斯自由能ΔrG的计算结果,不仅可以预测材料制备和冶金过程中反应的基本规律,还可作为相关工艺的理论基础。饱和蒸气压是纯物质的特性,可用来作为纯物质挥发性判断的依据[2]。本文采用经典热力学计算了不同条件下Sn、SnS、Cu、Cu2S分解、挥发及相互反应ΔG-T关系,以及锡的饱和蒸气压等数。

1 理论基础

1.1 吉布斯自由能

吉布斯自由能在冶金过程中有重要的地位。在冶金和材料热力学分析中,标准吉布斯自由能的计算是主要的指标。它是判断和控制相关反应在一定条件下发生的趋势、方向以及达到平衡的重要参数[3-6]。一般用范特霍夫化学反应等温方程式,计算推导实际条件下反应的吉布斯自由能变化ΔrG,可以判断反应过程进行的方向,计算公式见式(1)～(3)。

式中:Kθ为标准平衡常数;ΔrGθ为标准状态下的吉布斯自由能变化;Q为实际条件下反应前后物质的压力或浓度(活度)之比;ΔrG为实际条件下的吉布斯自由能变化。

当ΔrG为负值且其数值越大时,反应向指定方向进行的可能性就越大。……