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## 冶金学的成就中的提取冶金学

研究从矿石或其他物料提取金属（包括金属化合物）的生产过程的学科。由于这些生产过程大多依靠化学反应来实现，所以又称为化学冶金学。然而冶金生产并非纯粹的化学反应变化，还包括相的变化、力学和形貌的变化、流动及传热等现象，所以称为过程冶金学更为准确。按照中国冶金工作者的习惯，狭义的冶金学指的就是过程冶金学。而广义的冶金学应该包括过程冶金学和物理冶金学。提取冶金学的任务是研究各种冶炼及提取方法、各种方法的功能及相互关系、生产过程和能源转化的效率、生产系统和环境的关系、有效生产适合用户需要的金属材料等。冶金方法可以分为火法冶金、湿法冶金和电冶金三种形态。

### 冶金过程的理论进展

冶金工艺从古老的技艺演变成冶金学是从冶金过程热力学开始的。20世纪30年代以来，以美国J.奇普曼和德国H.申克为代表的多国学者，运用化学热力学的理论和方法研究多种冶金反应（包括熔融金属的反应、渣-金属间的反应、气相-固相间的反应等），创造了一系列的高温实验研究方法，测定了许多冶金反应的热力学平衡数据，同时发展了溶解自由能和活度的概念。其间通过许多国际会议和学术期刊的交流及专门的研究总结，使这些很难准确测定的高温反应数据逐渐精确化。这些冶金热力学数据已被整理，汇编成册或编制成热力学数据库，用于计算冶金反应的自由能，使某些元素实现有选择地优先氧化或还原，或利用某种因素（如温度、添加剂、分压）使期望的冶金过程得以进行，如不锈钢的氩氧脱碳法。冶金过程热力学成为指导提取冶金的理论基础。由于冶金反应是在高温下进行的，过程中的化学反应环节容易达到平衡，除了极少数冶金反应（如钢液脱氮反应）外，控制过程速率的是传质而不是化学反应。20世纪60年代由R.B.伯德等人总结形成的传输现象理论，对于冶金过程动力学的研究有很大促进。冶金过程中的物质传递多在流体中进行。另外，工程中的实际过程必然在某个具体装置中进行，装置的几何尺寸及其中的流动速度分布、浓度分布和温度分布等现象对冶金过程的进展情况有很大影响，因而形成了冶金反应工程学。冶金反应工程学是以研究工业装置中的运动规律和操作方式为核心，而冶金过程动力学着重于某一个冶金反应的速率及控制速率的流动、传质现象。一般对于某个不太熟悉的冶金反应，应首先研究其动力学，而已经了解其动力学规律的反应，则着重于反应工程学的研究。另外，冶金生产所用原料成分复杂，副反应多，而且制造成为材料的过程要经历多个步骤，成为多工序组成的生产流程。过去习惯上认为这种复杂的流程不可能有统一的理论。20世纪90年代起，中国殷瑞钰提出钢铁冶金生产是多因子的铁素物质流和碳素能量流在高温下的相互作用和协同运行的演化过程，应用了I.普里戈金的耗散结构的自组织原理和H.哈肯[注]的协同学理论，开创了冶金流程工程学，使冶金学理论发展到整个生产流程的时空尺度。总体看来，冶金学理论的发展，从冶金过程物理化学到冶金反应工程学到冶金流程工程学，和其物理学基础的发展（从经典热力学到线性不可逆过程热力学到非线性不可逆过程热力学）是一致的。
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