金属硅冶炼的热化学反应理论
Si—C系
在冶炼金属硅时,对SiC的认识也非常重要,因它与SiO一样它也是过渡中不可或缺的产物。冶炼过程中它的生成,如果是在固态下完成的,固态的SiO2与还原剂中的固态C按下式进行反应:
SiO2+3C=SiC+2CO (3) SiO2+C=SiC+O2 SiO2+2C=Si+2CO SiO2+4C= SiO+ SiC+3CO
△G0=555615-322.11T
若PCO=100Kpa,在1725K时△G=0。因此,在冶炼反应过程中,在较低温度固态下,即未达还原温度时,将生成大量的SiC。即,如果有足够的碳,且SiO2与C有的接触面,则SiO2将全部转化为SiC(碳化硅的生产就是建立在这个理论基础上)。
* 液态的硅与固态的碳,按下式反应生成SiC:
Si+C=SiC (4) Si+2C=Si+2CO
在1683~2000K时:
△G =-100600+34.9T,
在2880K时,△G=0。也就是说,在2880K之前SiC是稳定的,高于该温度它将开始离解。
* 气态的SiO与过剩的C在高温下,按下式生成冷凝的SiC:
SiO+2C=SiC+CO (5) (正常: SiO+C=Si+CO SiO+SiC=2Si+O )
在通常条件下SiC不熔化而是从固态转变为气态。
SiC将按下式进行离解生成液态硅和固态碳:
SiC→Si+C (6) 或 SiO2+0.5SiC=1.5SiO+0.5CO SiO2+2SiC= 3Si+2CO 2SiO2+SiC= 3Si+CO 0.5SiO2+SiC= 1.5Si+CO
充分理解SiC的生成、离解和参与反应的理论对减少SiC在炉中的残余量,对炉况的顺行十分重要。