造渣精煉工藝是在冶金級(jí)硅中加入熔點(diǎn)高于冶金級(jí)硅的精煉渣, 并在硅和渣的熔點(diǎn)溫度之間進(jìn)行氧化精煉。一般精煉渣中至少含有兩種化合物,能富集雜質(zhì)的堿性氧化物, 主要有堿金屬氧化物如Na2O, 堿土金屬氧化物如CaO, MgO, BaO, 和能提供游離[O] 的氧化劑, 主要有固體氧化劑( 如SiO2 ) 及合成爐渣( 如CaO-Al2O3-SiO2) 等。高溫下, 熔體硅中的雜質(zhì)M 擴(kuò)散到渣硅界面被氧化劑所提供的氧化,形成不溶于硅熔體的氧化物后擴(kuò)散進(jìn)入渣相, 以CaO-SiO2 二元渣系為例, 反應(yīng)原理示意圖如圖1 所示。

圖1 反應(yīng)原理示意圖

　　利用熔渣與硅熔體的密度差異, 維持爐溫在渣與硅熔點(diǎn)溫度之間足夠長(zhǎng)的時(shí)間, 通過(guò)重力作用便可使富集雜質(zhì)及其氧化物的熔渣與硅熔體分離, 從而完成脫除雜質(zhì)的目的。若以SiO2 為造渣精煉氧化劑, 渣與硅中主要雜質(zhì)反應(yīng)如圖2 所示。由圖2 可以看出, 熔融狀態(tài)下,硅中的雜質(zhì)如Al, Mg, Ca 很容易被渣中的SiO2 氧化, 而且當(dāng)溫度接近1875 K 時(shí), B 也可被氧化, 這些雜質(zhì)被氧化后都會(huì)如圖1 所示進(jìn)入渣相。圖2 還表明, 在1900 K 以?xún)?nèi), Fe, Cu 雜質(zhì)氧化反應(yīng)的Gm 始終為正值, 反應(yīng)不能發(fā)生, 因此造渣氧化精煉不能去除這些雜質(zhì)。

圖2 渣與硅中雜質(zhì)氧化反應(yīng)的吉布斯自由能變化與溫度的關(guān)系