真空碳熱還原過程中二氧化硅的揮發(fā)行為

羅啟，劉大春，曲濤，田陽，楊斌，戴永年

(1. 昆明理工大學 真空冶金國家工程實驗室，云南 昆明，650093；2. 昆明理工大學 云南省復雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室，云南 昆明，650093；3. 昆明理工大學 云南省有色金屬真空冶金重點實驗室，云南 昆明，650093)

國內(nèi)外處理紅土鎳礦的方法主要包括[1-6]：回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原—電爐熔煉法(RKEF)、燒結(jié)—鼓風爐硫化熔煉法、燒結(jié)—高爐還原熔煉法、還原焙燒—氨浸法和高壓酸浸法。但這些方法都僅著眼于回收含量較低的鎳、鐵、鈷，而含量極高的硅和鎂都成為廢渣，將其填埋棄置會對環(huán)境造成嚴重的二次污染[7-8]，進行固化處理又導致金屬資源流失[9]。云南元江鎳礦鎳儲量43萬t，平均含量(質(zhì)量分數(shù))為Ni 0.83%，F(xiàn)e 11%，MgO 28%，SiO237%[10]，極具綜合利用價值。徐寶強等[10]利用真空碳熱還原原理[11-16]，提出真空碳熱還原綜合回收有價金屬新工藝處理元江紅土鎳礦，在冷凝系統(tǒng)回收金屬鎂，鎳、鐵在渣中通過磁選得到富集。前期研究結(jié)果表明，鎂被還原揮發(fā)的同時硅也發(fā)生類似反應(yīng)，即在高溫下SiO2氣化生成低價SiO，繼而SiO在冷凝區(qū)發(fā)生凝聚反應(yīng)(歧化分解為SiO2和Si)，不利于硅的回收，且污染爐體和冷凝系統(tǒng)，影響金屬鎂的純度。雷斯等[17-18]在鐵合金的冶煉過程中對 Fe-Si-C系進行了研究，指出在硅鐵的冶煉過程中不可避免會有 SiO氣體生成，從而造成硅的損失。何允平等[19]對工業(yè)硅生產(chǎn)的原理和工藝進行了闡述；李秋霞等[20]對低價氧化硅的歧化行為進行了熱力學研究。但是在真空條件下，二氧化硅和三氧化二鐵共熱時硅的揮發(fā)行為未見報道。探索性實驗研究表明，紅土鎳礦在真空碳熱還原過程中鎂的揮發(fā)率可以達到98%以上，但是氧化鎂的存在對硅的揮發(fā)并沒有影響。因此，有必要研究真空條件下二氧化硅和三氧化二鐵共熱時硅的揮發(fā)行為以及三氧化二鐵對硅揮發(fā)的影響。基于此，本文作者根據(jù)紅土鎳礦的組成，以分析純的 SiO2和Fe2O3為原料，煤炭為還原劑，在熱力學分析基礎(chǔ)上對反應(yīng)后渣相和冷凝物進行了 XRD分析，并對渣相進行了SEM-EDS和化學成分分析，探討二氧化硅真空碳熱還原過程中硅的揮發(fā)行為，以便為紅土鎳礦真空碳熱還原新工藝工業(yè)化應(yīng)用中對硅的回收提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 實驗

1.1 實驗原料與設(shè)備

實驗原料為粉狀分析純 SiO2(質(zhì)量分數(shù)為 99.0%)和粉狀分析純 Fe2O3(質(zhì)量分數(shù)以 Fe計，69.8%～70.1%)。還原劑煤炭分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù))見表1，其中灰分含SiO260.75%，Al2O326.3%，TiO22.47%。使用實驗室自行設(shè)計的小型立式真空爐進行實驗，其示意圖見圖1。

表1 煤炭分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù))Table 1 Analysis results of coal %

圖1 真空爐示意圖Fig.1 Schematic diagram of vacuum furnace

1.2 實驗研究方法

將煤炭球磨并篩分至小于0.106 mm，每次實驗根據(jù)Fe/Si摩爾比和配碳量，稱取一定量的Fe2O3，SiO2和煤炭，混合均勻，在6～8 MPa的壓力下制成直徑×高度為20 mm×25 mm試樣后放入真空干燥箱，在500℃條件下干燥 30～60 min，脫除吸附氣體和水分。將樣品置于坩堝中的密封真空爐。打開水冷裝置，抽真空至極限(2 Pa)，升溫至一定溫度后恒溫，物料將在石墨坩堝內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，揮發(fā)物在冷凝區(qū)冷凝。恒溫一定時間以后停止加熱，冷卻至室溫，開爐取樣。實驗過程中硅的揮發(fā)率計算式為：

式中：V(Si)為硅的揮發(fā)率；ω1(Si)為渣中硅的質(zhì)量分數(shù)；ω2(Si)為入爐原料中硅的質(zhì)量分數(shù)。

采用日本理學公司 Rigaku X線自動衍射儀(XRD)(TTRⅢ)對反應(yīng)殘料和冷凝物進行物相分析，使用Cu Kα，掃描區(qū)間為10°～95°；采用氟硅酸鉀法測殘料中硅元素的質(zhì)量分數(shù)；采用 Philips XL30ESEM-TMP型掃描電子顯微鏡觀察反應(yīng)殘料的形貌，并用能譜儀(EDAX產(chǎn)PHOENIXTM)分析其表面元素含量。

2 理論分析

二氧化硅的還原過程極為復雜，對其機理的解釋也較多[17-22]，但是碳還原二氧化硅的總反應(yīng)式是一致的[23]。查閱相關(guān)的熱力學數(shù)據(jù)[24]，運用“物質(zhì)吉布斯自由能函數(shù)法”[25]，計算真空碳熱還原二氧化硅所涉及的化學反應(yīng)的吉布斯自由能(ΔGT)與熱力學溫度(T)的關(guān)系，結(jié)果如表2所示。由表2可知：系統(tǒng)壓力對體積增大的反應(yīng)有顯著的影響，而對反應(yīng)(3)，(4)和(9)并沒有影響。

考慮到真空還原實驗一般在2～200 Pa下進行，因此對反應(yīng)(1)～(14)在系統(tǒng)壓力為100 Pa下的吉布斯自由能(ΔGT)與熱力學溫度(T)的關(guān)系進行計算，結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出：在100 Pa條件下：反應(yīng)(7)的起始溫度高于反應(yīng)(1)的起始溫度，與反應(yīng)(2)的起始溫度接近，即在碳對二氧化硅還原的同時，不可避免會有SiC和SiO生成，其起始反應(yīng)溫度分別為1 330 K和1 427 K；SiO氣體在高溫條件下與C接觸容易生成SiC或者Si，但是C捕獲SiO的能力有限，因此SiO氣體容易揮發(fā)，在冷凝區(qū)歧化分解為Si和SiO2；SiO2破壞SiC生成SiO或者Si的起始反應(yīng)溫度分別為1 562 K和1 723 K，因此SiC具有很高的化學穩(wěn)定性，難于分解，是工業(yè)硅生產(chǎn)中導致爐底上漲的主要原因；Fe2O3與C在465 K時首先生成Fe3O4，繼而Fe3O4在676 K時生成FeO，當溫度高于706 K時，有金屬Fe生成；游離Fe的存在有助于破壞碳熱還原過程中容易生成的SiC，其起始反應(yīng)溫度為1 083 K。

表2 二氧化硅真空碳熱還原過程中可能發(fā)生的主要化學反應(yīng)[24,25]Table 2 Primary reactions of silicon by vacuum carbothermic reduction[24,25]

圖2 100 Pa下吉布斯自由能和溫度的關(guān)系Fig.2 Relationships between Gibbs free energy and temperature at 100 Pa

3 結(jié)果與討論

3.1 二氧化硅的真空碳熱還原行為

圖3 不同F(xiàn)e/Si摩爾比時渣相XRD圖譜Fig.3 XRD patterns of slags with different mole ratios of Fe to Si

根據(jù)化學方程式(7)和(14)計算配碳模數(shù)M，當M=1.0時，配碳量為化學計量。對SiO2與Fe2O3真空碳熱還原得到的渣相進行XRD分析，結(jié)果如圖3所示，實驗條件如下：系統(tǒng)壓力為 2～200 Pa，配碳量M=1.1，反應(yīng)溫度為1 450 ℃，反應(yīng)時間為180 min。從圖3可知：當Fe/Si摩爾比為1:4.67時，渣中主要物相除 SiC，F(xiàn)eSi和 SiO2外，還摻雜有 FeSi2，沒有發(fā)現(xiàn)鐵的氧化物，說明Fe2O3反應(yīng)完全，SiO2有剩余；隨著Fe/Si摩爾比增大，SiO2和FeSi2的特征衍射峰有所減弱，F(xiàn)eSi的特征衍射峰逐漸增強；當Fe/Si摩爾比為 1:2時，渣中物相種類發(fā)生改變，SiO2和 FeSi2的特征衍射峰均消失，只有SiC和FeSi的特征衍射峰。說明鐵的增加，加快了SiO2的還原反應(yīng)速率，才會使SiO2的特征衍射峰消失，并且Fe-Si合金中Si的含量升高，從而使 FeSi的特征衍射峰加強。這是因為Fe可以溶解Si，使Si離開反應(yīng)區(qū)并且放出熱量，從而改善了SiO2還原的熱力學條件；另一方面，F(xiàn)e的增加，游離的Fe與Si在高溫下形成合金，二組元活度均呈負偏差[26]，其中以 Fe組元的負偏差為大，因此，F(xiàn)e的存在將使SiO2的還原反應(yīng)起始溫度大大降低。

繼續(xù)增大Fe/Si摩爾比到1:1時，出現(xiàn)了Fe3Si，F(xiàn)e5Si3和C的特征衍射峰，且SiC和FeSi的特征衍射峰有所減弱；當Fe/Si摩爾為1.5:1時，F(xiàn)eSi的特征衍射峰消失，SiC的特征衍射峰明顯減弱，F(xiàn)e5Si3和 C的特征衍射峰明顯加強。其原因是：鐵的增加，促進了鐵與碳化硅作用生成硅鐵合金和石墨的反應(yīng)，增強了鐵破壞碳化硅的能力。雷斯[17]認為：在1 500 K時反應(yīng)開始進行，在1 500～1 600 K之間反應(yīng)激烈進行；熱力學計算表明，在1 083～1 900 K內(nèi)，有鐵存在時，碳化硅不穩(wěn)定，因為鐵破壞碳化硅反應(yīng)自由能的變化值為負值。

圖1所示的冷凝區(qū)只有在石墨冷凝系統(tǒng)收集到了淡黃色的塊狀冷凝物，而在鋼板冷凝系統(tǒng)并沒有收集到冷凝物。說明SiO氣體揮發(fā)至石墨冷凝系統(tǒng)就已經(jīng)發(fā)生了凝集反應(yīng)(歧化分解為Si和SiO2)。對冷凝物進行XRD分析，結(jié)果如圖4所示。從圖4可知：冷凝物主要由Si，SiO2和SiC組成，說明SiO2氣化生成了SiO氣體，繼而SiO氣體在石墨冷凝系統(tǒng)發(fā)生了凝聚反應(yīng)，并且有部分 SiO氣體和石墨發(fā)生反應(yīng)(3)生成SiC。

圖4 不同F(xiàn)e/Si摩爾比時冷凝物XRD圖譜Fig.4 XRD patterns of condensate with different mole ratios of Fe to Si

根據(jù)氣體狀態(tài)方程PV=nRT[25]可知，氣體溫度T和體積V一定時，體系壓力P與氣體分子數(shù)n成正比，因此在真空爐內(nèi)氧化物的還原反應(yīng)速率可以用系統(tǒng)壓力來表征。當還原反應(yīng)由緩慢變得激烈時，產(chǎn)生的CO氣體增多，系統(tǒng)壓力會增大；當還原反應(yīng)由激烈變得緩慢時，產(chǎn)生的CO氣體減少，系統(tǒng)壓力會變小；當還原反應(yīng)結(jié)束時，就不再有CO氣體產(chǎn)生，系統(tǒng)壓力將穩(wěn)定在真空爐的極限值。因此，在實驗過程中，以15 ℃/min的速率升溫，當溫度達到1 450 ℃時開始保溫，在保溫階段每5 min記錄一次系統(tǒng)壓力。圖5所示為配碳模數(shù)M=1.1，反應(yīng)溫度1 450 ℃，不同F(xiàn)e/Si摩爾比條件下，保溫階段反應(yīng)時間和系統(tǒng)壓力的關(guān)系。

從圖5可以看出：在反應(yīng)開始階段，雖然 Fe/Si摩爾比不同，但是系統(tǒng)壓力基本一樣為200 Pa，而且隨著時間的延長迅速下降；反應(yīng)時間在 40 min內(nèi)，F(xiàn)e/Si摩爾比越大，系統(tǒng)壓力越大，還原反應(yīng)速率越大；在反應(yīng)60 min時，F(xiàn)e/Si摩爾比為1.5:1的物料最先趨于穩(wěn)定值，其次是Fe/Si摩爾比為1:1的物料在105 min時趨于穩(wěn)定值，其他3個物料在180 min內(nèi)未達到穩(wěn)定值。說明SiO2的還原反應(yīng)速率在反應(yīng)前期較大，在反應(yīng)后期，逐漸減小；鐵的增加，有利于提高 SiO2與C的還原反應(yīng)速率。其原因是：鐵可以無限溶解硅，使硅離開反應(yīng)區(qū)，從而改善了硅還原的熱力學條件，減少了硅的損失，并且硅溶解在鐵中放出的熱量，占熱平衡進項中總熱量的2.5%～3%[17,22]，若爐料中沒有鐵，則這部分熱量也沒有了；另一方面，從化學反應(yīng)動力學因素考慮，還原過程一般認為有以下幾步：固-固界面處氧化物與碳反應(yīng)；產(chǎn)物CO氣體通過產(chǎn)物層擴散；氧化物和碳通過產(chǎn)物層擴散；接觸界面的反應(yīng)。還原反應(yīng)開始階段，球團中氧化物與碳接觸條件良好，能使反應(yīng)順利進行，反應(yīng)速率較大；此后，還原反應(yīng)的進行需要氧化物和碳通過產(chǎn)物層的擴散才能完成，使得反應(yīng)速率逐漸減小。

圖5 反應(yīng)時間與系統(tǒng)壓力的關(guān)系Fig.5 Relationships between time of reaction and system pressure

3.2 Fe/Si摩爾比對硅揮發(fā)率的影響

當系統(tǒng)壓力為2～200 Pa，配碳量M=1.0，反應(yīng)溫度為1 450 ℃，反應(yīng)時間為90 min和180 min時，F(xiàn)e/Si摩爾比與硅揮發(fā)率的關(guān)系如圖6所示。從圖6可以看出：反應(yīng)時間90 min，F(xiàn)e/Si摩爾比從1:4.67升高到1.5:1時，硅的揮發(fā)率從12.18%降低至0.456%；反應(yīng)時間180 min，F(xiàn)e/Si摩爾比從1:4.67升高到1.5:1時，硅的揮發(fā)率從18.4%降低至0.8%，硅的揮發(fā)率隨Fe/Si摩爾比的增大，呈明顯的下降趨勢。熱力學分析表明：在810 ℃時，F(xiàn)e與SiC開始反應(yīng)，產(chǎn)物是硅鐵和石墨，并且隨著溫度的升高，吉布斯自由能越來越負，反應(yīng)的驅(qū)動力就越大。因此在1 450 ℃時，鐵的增加，促進了反應(yīng)(1)抑制了反應(yīng)(2)的進行；另一方面，球團中鐵的氧化物逐漸被還原為金屬鐵，形成較致密的外殼，球團孔隙率降低，導致球團內(nèi)外氣體擴散阻力增大，

從而阻礙了殘余SiO氣體的揮發(fā)。

圖6 Fe/Si摩爾比對硅揮發(fā)率的影響Fig.6 Effect of Fe/Si mole ratio on silicon volatilization

當Fe/Si摩爾比為1:3.5，反應(yīng)時間為90 min時，反應(yīng)殘料的背散射電子圖像和EDS分析結(jié)果如圖7所示。從圖7可知：主要物相為白色顆粒狀的Fe-Si合金，分布廣泛，平均粒徑在10 um左右，灰色的SiC呈聚集態(tài)，灰黑色的SiO2粒徑為40～100 um，與反應(yīng)前相比粒徑明顯減小。此外還摻雜了微量的Al和Mg的氧化物，這是煤炭灰分中帶入的雜質(zhì)，但是在XRD分析(圖8)中未發(fā)現(xiàn)這些氧化物，這是由于這些氧化物雜質(zhì)含量不夠高，達不到 XRD的檢測限所致。二氧化硅與三氧化二鐵含碳球團在還原過程中的固相反應(yīng)，導致鐵晶粒很難形成和長大，一方面，鐵晶粒的形成需要克服成核壁壘，另一方面，生成的鐵晶粒擴散至含Si和SiC的表面發(fā)生固相反應(yīng)而消失，并生成新相(Fe-Si合金)。形成的新相以及碳化硅就在二氧化硅的邊界生長，隨著反應(yīng)的進行，新相以及碳化硅層把還原劑和二氧化硅隔開，使得二氧化硅的還原變的困難。

圖7 n(Fe)/n(Si)=1:3.5反應(yīng)90 min時殘料的SEM分析Fig.7 SEM image of slag with n(Fe)/n(Si)=1:3.5 after reacting for 90 min

圖8 當n(Fe)/n(Si)=1:3.5反應(yīng)90 min時殘料的XRD圖譜Fig.8 XRD patterns of slag at n(Fe)/n(Si)=1:3.5 after reacting for 90 min

3.3 配碳量對硅揮發(fā)率的影響

當系統(tǒng)壓力 2～200 Pa，配碳模數(shù)M=1.0，1.1，1.2，反應(yīng)溫度1 450 ℃，反應(yīng)時間90 min時，F(xiàn)e/Si摩爾比與硅揮發(fā)率的關(guān)系如圖9所示。從圖9可以看出：配碳模數(shù)M=1.0時，硅的揮發(fā)率最大，配碳模數(shù)M=1.2時，硅的揮發(fā)率最小。當Fe/Si摩爾比為1:3.5，配碳量從M=1.0增加到1.2時，硅的揮發(fā)率從12.77%降低至 8.83%。說明配碳量的增加可以降低硅的揮發(fā)率。其原因是：在煤基直接碳熱還原過程中，以間接還原為主直接還原為輔，鐵、硅的氧化物與碳直接接觸中斷后將會導致還原反應(yīng)停滯，此時碳通過產(chǎn)物層的擴散才能使反應(yīng)繼續(xù)進行，配碳量的增加，增加了C與SiO的接觸面積，增強了C捕獲SiO氣體的能力，促進了反應(yīng)(3)和(4)的進行，使SiO轉(zhuǎn)變?yōu)镾iC或者Si。

圖9 配碳量對硅揮發(fā)率的影響Fig.9 Effect of reductant content on silicon volatilization

3.4 反應(yīng)時間對硅揮發(fā)率的影響

在系統(tǒng)壓力2～200 Pa，F(xiàn)e/Si摩爾比為1:3.5，配碳量為M=1.0，1.1，1.2條件下，反應(yīng)時間對SiO2真空碳熱還原揮發(fā)率的影響如圖10所示。由圖10可見：當M=1.2，反應(yīng)時間從90 min延長到180 min時，硅的揮發(fā)率有所增大，從8.83%增大到12.23%，再從180 min延長到 225 min時，硅的揮發(fā)率變化不大為12.35%。說明隨著反應(yīng)時間增加，硅的揮發(fā)率呈明顯增大趨勢，最后達到一定的穩(wěn)定值，225 min時二氧化硅的還原過程基本完成。

圖10 反應(yīng)時間對硅揮發(fā)率的影響Fig.10 Effect of reaction time on silicon volatilization

對配碳量M=1.0條件下的渣相進行XRD分析，結(jié)果如圖11所示。從圖11可以看出：當反應(yīng)時間為90 min時，除有明顯的SiO2，SiC和FeSi特征衍射峰存在外，還有Fe5Si3的特征衍射峰存在；當反應(yīng)時間為135 min時，物相種類沒有發(fā)生變化，但是SiO2的特征衍射峰明顯減弱，SiC和FeSi特征衍射峰明顯增強；當反應(yīng)時間為180 min時SiO2的特征衍射峰繼續(xù)減弱，F(xiàn)e5Si3轉(zhuǎn)變?yōu)镕eSi2；當反應(yīng)時間為225 min時，SiO2的特征衍射峰消失，物相組成是SiC和FeSi，沒有檢測到其他物相。說明延長反應(yīng)時間有利于 SiO2還原過程的進行，硅的揮發(fā)率也就隨著增大，當SiO2的還原過程結(jié)束時，硅的揮發(fā)率不再增加。

圖11 配碳量M=1.0時渣相XRD圖譜Fig.11 XRD patterns of slags with M=1.0 after reacting for different time

3.5 還原劑粒度對硅揮發(fā)率的影響

在系統(tǒng)壓力2～200 Pa，配碳量M=1.0，F(xiàn)e/Si摩爾比為1:3.5，反應(yīng)溫度1 450 ℃，反應(yīng)時間180 min條件下，考察還原劑煤炭的粒度對硅揮發(fā)率的影響。當煤炭的粒度為0.25，0.15，0.106，0.075和0.058 mm，二氧化硅真空碳熱還原過程中硅的揮發(fā)行為如圖12所示。從圖12可知：當還原劑粒度從0.25 mm減小到0.058 mm時，硅的揮發(fā)率有所下降，從22.13%下降到18.43%。其原因是：煤粉和二氧化硅在6～8 MPa壓力下制備的含碳球團在真空條件下發(fā)生還原反應(yīng)，可理解為碳和二氧化硅緊密接觸而發(fā)生反應(yīng)(1)和(2)，隨著反應(yīng)的進行，碳和二氧化硅被新相阻隔，反應(yīng)(1)和(2)只有通過擴散才能繼續(xù)進行，否則停止。反應(yīng)(1)和(2)分別涉及固體氧化物和碳，因此這2種固體反應(yīng)物的粒度便會對含碳球團的反應(yīng)產(chǎn)生一定的影響。還原劑粒度的減小，增大了碳的比表面積，促進了反應(yīng)(1)和(2)的進行，但更是增大了碳捕獲SiO的能力，促進了反應(yīng)(3)和(4)的進行。因此，還原劑粒度的減小，降低了硅的揮發(fā)率。

圖12 還原劑粒度對硅揮發(fā)率的影響Fig.12 Effect of reductant grain size on silicon volatilization

3.6 升溫速率對硅揮發(fā)率的影響

當系統(tǒng)壓力2～200 Pa，配碳量M=1.0，F(xiàn)e/Si摩爾比為1:3.5，反應(yīng)溫度1 450 ℃，反應(yīng)時間180 min條件下，升溫速率與硅揮發(fā)率的關(guān)系如圖13所示。從圖13可知：升溫速率對硅的揮發(fā)率有一定的影響。升溫速率從15 ℃/min增大到55 ℃/min 時，硅的揮發(fā)率增加了4.94%，為24.94%；繼續(xù)增大升溫速率，硅揮發(fā)率的增幅減小，當升溫速率為135 ℃/min時，硅的揮發(fā)率達到26.02%。文獻[27]研究表明：煤基直接還原過程中鐵氧化物的反應(yīng)逐級進行。由熱力學計算可知，在100 Pa條件下，鐵的一系列氧化物與碳最終并完全反應(yīng)生成金屬鐵的溫度為706 K以上，并且隨著溫度的升高，吉布斯自由能越來越負，相應(yīng)反應(yīng)就越容易發(fā)生。因此，當升溫速率提高，縮短了球團傳熱的時間以及三氧化二鐵的還原時間，從而減少了升溫階段鐵的生成量，根據(jù) Fe-C相圖[28]可知，鐵的減少將不利于形成包裹SiO2與C的熔體，此熔體的形成有利于SiO2與C的還原反應(yīng)，且可以抑制SiO氣體的揮發(fā)。因此升溫速率的提高不利于反應(yīng)(1)的進行，促進了反應(yīng)(2)的進行，從而增大了硅的揮發(fā)率。

圖13 升溫速率對硅揮發(fā)率的影響Fig.13 Effect of heating rate on silicon volatilization

4 結(jié)論

(1) 在100 Pa條件下，SiO2與C在1 330 K時開始反應(yīng)生成SiC, 在1 427 K時開始有SiO氣體和Si生成，SiO氣體容易揮發(fā)且溫度低于1 538 K時極不穩(wěn)定，容易歧化分解為Si和SiO2，F(xiàn)e2O3經(jīng)過一系列還原反應(yīng)生成金屬Fe的起始反應(yīng)溫度為706 K。

(2) 鐵對二氧化硅真空碳熱行為有顯著影響，F(xiàn)e-Si-C體系隨著鐵的增加，SiC逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?FeSi2，F(xiàn)eSi，F(xiàn)e5Si3和Fe3Si，并且加快了SiO2的還原反應(yīng)速率，減少SiO氣體的揮發(fā)。

(3) SiO2發(fā)生氣化反應(yīng)生成了SiO氣體，在石墨冷凝系統(tǒng)歧化生成Si和SiO2，且有部分SiO氣體和石墨反應(yīng)生成了SiC。

(4) 增加配碳量和減小還原劑的粒度可有效降低硅的揮發(fā)率，提高升溫速率和延長反應(yīng)時間硅的揮發(fā)率將增大。

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