Współczesny inżynier niezależnie od tego, czy tworzy nową technologię, czy ją doskonali lub tylko też nią kieruje, musi posiadać wiedzę obejmującą następujące zagadnienia:
? znajomość składu chemicznego, strukturalnego oraz właściwości fizykochemicznych substratów i produktów rozpatrywanego procesu,
? bilanse masowe i energetyczne procesu,
? termodynamika przemian oraz równowag fazowych,
? kinetyka zachodzących przemian wraz z opisem zjawisk transportu masy ciepła i pędu oraz
? elementy modelowania matematyczno-fizycznego.
Z punktu widzenia inżynierii procesowej dwa z tych zagadnień są najistotniejsze. Zawierają się w pytaniu: jak daleko może przebiegać określony proces albo inaczej mówiąc - jakie są warunki równowagi oraz jak szybko można osiągnąć stan zbliżony do warunków równowagowych?
Rozwój metalurgii ekstrakcyjnej przez całe stulecia opierał się na praktycznej metodzie ?prób i błędów". Dopiero w XX wieku rozwój tej dziedziny techniki w coraz większym stopniu był efektem wysiłku naukowców i inżynierów. Do lat sześćdziesiątych stan nauki umożliwiał głównie termodynamiczny opis procesów metalurgicznych. Bazą był znaczny rozwój metod doświadczalnych, za pomoca których uzyskano dane termodynamiczne i termochemiczne pozwalające na określenie równowagi większości reakcji chemicznych i równowag fazowych.
Możliwości opisu kinetycznego są o wiele uboższe. Nieocenioną rolę w rozwoju metod kinetycznych odegrała powołana w 1965 roku John Percy Research Group w imperial College w Londynie, działająca pod kierunkiem profesora F.D. Richardsona. Pierwsze wyniki prac tej grupy zostały opublikowane w postaci książkowej, obejmując zagadnienia transportu masy i-ciepła w wielu podstawowych, jednostkowych operacjach metalurgicznych i odlewniczych, Następnie dwie prace książkowe ugruntowały tę dziedzinę wiedzy. Pierwszą była wydana w 1971 roku książka profesora MIT w Cambridge J. Szekely'ego i N.J. Themelisa na temat szybkości reakcji w procesach metalurgicznych. Drugą była wspomniana dwutomowa monografia F.D. Richardsona pt. ?Physical Chemistry of Melts in Metallurgy" wydana w 1974 roku. Obie te książki stanowią do dzisiaj podstawowe podręczniki w tym zakresie. Brak jest natomiast tego typu podręczników w języku polskim. Nie wypełniły tej luki liczne książki i podręczniki z zakresu termodynamiki, czy też nawet doskonałe opracowania w dziedzinie inżynierii chemicznej, by tylko wspomnieć książki profesorów: T. Hoblera, J. Ciborowskiego, 5. Bretsznajdera, a ostatnio R. Pohoreckiego i S. Wrońskiego.
Niniejszy podręcznik jest przeznaczony głównie dla studiujących metalurgię, odlewnictwo, ceramikę i inżynierię materiałową. Może być pomocny także tym wszystkim, których działalność zawodowa związana jest z tymi obszarami techniki. Książka zawiera osiem rozdziałów. Dwa z nich - pierwszy i trzeci - Czytelnik posiadający odpowiednie przygotowanie w zakresie chemii ogólnej i chemii fizycznej może bez szkody dla całości pominąć. Rozdział drugi ma również charakter ogólny, lecz zawiera szereg danych parametrów kinetycznych dla szerokiego spektrum układów metalurgicznych: metali i ich stopów, układów tlenkowych (żużli), siarczkowych (kamieni) oraz stopionych soli. W rozdziale czwartym i piątym omówiono podstawowe zależności transportu masy i związanych z nim zjawisk na powierzchni międzyfazowej. Trzy końcowe rozdziały to omówienie procesów zachodzących w układach: ciecz - faza gazowa, ciecz- ciecz i ciało stałe - płyn.
Mam nadzieję, że książka okaże się przydatna studentom kierunku metalurgia, którzy mają na ogół trudności w opanowaniu tego przedmiotu.
Pragnę serdecznie podziękować panu mgr inż. Jerzemu Łabajowi za duży trud związany z przygotowaniem tej pracy do druku.
Spis treści:PRZEDMOWA
1. PODSTAWOWE POJĘCIA
1.1. Wstęp
1.2. Budowa materii
1.2.1. Atomy i pierwiastki
1.2.2. Cząsteczki, związki chemiczne
1.3. Wiązania chemiczne
1.3.1. Energia wiązań
1.3.2. Wiązania kowalencyjne
1.3.3. Wiązania jonowe
1.3.4. Wiązanie metaliczne
1.3.5. Oddziaływanie międzycząsteczkowe
1.4. Literatura
2. WŁAŚCIWOŚCI KINETYCZNE
2.1. Układy metalurgiczne
2.2. Gazy
2.2.1. Kinetyczna teoria gazów
2.2.2. Lepkość
2.2.3. Dyfuzyjność
2.2.4. Przewodność cieplna
2.3. Ciecze
2.3.L Charakterystyka stanu ciekłego
2.3.2. Metale
2.3.2.L. Lepkość
2.3.2.2. Dyfuzyjność
2.3.2.3. Przewodność cieplna
2.3.2.4. Roztwory niemetali w metalach
2.3.3. Ciecze jonowe
2.3.3.1. Charakterystyka cieczy jonowych
2.3.3.2. Stopione sole
2.3.3.3. Tlenki metali
2.3.3.4. Stopione siarczki
2.3.4. Ciecze polimeryczne
2.3.4.1. Tlenki metali
2.4. Ciała stałe
2.4.1. Koncentraty metali
2.4.2. Dyfuzja w porach
2.4.3. Metale i ich stopy
2.4.4. Materiały ceramiczne
2.5. Literatura
3. PODSTAWY KINETYKI CHEMICZNEJ
3.1. Klasyfikacja reakcji chemicznej
3.2. Szybkość reakcji chemicznych
3.3. Rząd i cząsteczkowość
3.4. Równania kinetyczne
3.5. Reakcje odwracalne
3.6. Czynniki wpływające na szybkość reakcji
3.7. Wpływ temperatury
3.8. Teorie przebiegu reakcji chemicznych
3.8.1. Teoria zderzeń aktywnych
3.8.2. Teoria absolutnej szybkości reakcji
3.9. Reakcje katalizowane
3.10. Literatura
4. TRANSPORT MASY
4.1. Dyfuzyjny transport masy
4.1.1. Prawa Ficka
4.1.2, Dyfuzja stacjonarna
4.1.3. Dyfuzja niestacjonarna
4.2. Konwekcyjny transport masy
4.2.1. Rodzaje przepływów
4.2.2. Współczynnik wnikania masy
4.2.3. Teorie wnikania masy
4.2.3.1. Model warstewki granicznej
4.2.3.2. Modele penetracyjne
4.2.3.3. Model turbulentnej warstewki granicznej
4.2.4. Wpływ temperatury
4.2.5. Wpływ stężenia
4.2,6. Korelacje empiryczne
4.3. Literatura
5. ZJAWISKA NA POWIERZCHNI MIĘDZYFAZOWEJ
5.1. Pole powierzchni międzyfazowej
5.2. Zjawiska powierzchniowe
5.2.1. Zjawiska na granicy faz ciało stałe - ciecz i ciecz - gaz
5.2.2. Zjawiska na granicy ciało stałe-gaz
5.3. Napięcie powierzchniowe
5.3.1. Metale i ich stopy
5.3.2. Żużle
5.3.3. Stopione sole i siarczki
5.4. Wpływ zjawisk powierzchniowych na szybkość procesów
5.4.1. Blokowanie powierzchni międzyfazowej
5.4.2. Zjawiska zawirowań i turbulencji na powierzchni międzyfazowej
5.4.3. Efekty elektrokapilarne
5.4.4. Powstawanie nowych faz
5.4.5. Rozdział faz
5.5. Literatura
6. REAKCJE CIEKŁYCH METALI Z GAZAMI
6.1. Absorpcja gazów w metalach
6.2. Procesy przy dwu fazach ciągłych
6.3. Procesy, gdy faza metaliczna jest rozproszona w ciągłej fazie gazowej
6.4. Procesy, gdy faza gazowa jest rozproszona w ciągłej fazie metalicznej
6.5. Literatura
7. PROCESY W UKŁADACH CIEKŁY METAL-ŻUŻEL
7.1. Typy oddziaływań
7.2. Procesy w układzie metal -żużel
7.2.1. Układy mieszane pęcherzykami gazowymi
7.2.2. Transport masy przez powierzchnię międzyfazową
7.3. Układy z rozproszoną fazą metaliczną w żużlu
7.3.1. Szybkość rozdziału faz
7.3.2. Transport masy
7.4. Literatura
8. PROCESY W UKŁADACH CIAŁO STALE - PŁYN
8.1. Wstęp
8.2. Etapy cząstkowe procesu
8.3. Modele procesu
8.4. Etapy powierzchniowe
8.5. Procesy metalurgiczne w układach ciało state -płyn
8.5.1. Prażenie koncentratów siarczkowych
8.5.2. Metody stapiania zawiesinowego
8.5.2.1 Koncentraty siarczkowe miedzi
8.5.2.2. Proces redukcji tlenku cynku
8.5.3. Metody stapiania w kąpieli
8.5.4. Proces elektrolizy tlenku glinu
8.6. Literatura
