PDF《Si-Cu 合金化渣剂精炼去除冶金级硅中 金属杂质》

7、514.3 和669.6 ℃时也出现了吸热峰.对比两组数据可知,合金造渣的过程发生了 较为剧烈的反应,合金和渣剂都经历了多次物相转变;

发生固体相变的两个吸热峰的强度明显减弱, 造渣的过程中的 Si-Cu 合金中产生了很多小而弥散的合金相. 图3合金和渣剂精炼的 TG-DSC 曲线 Fig.3 TG-DSC curves of the samples 图4(a)是以 CaO-SiO2 为渣剂造渣精炼后的 Si-Cu 合金的表面形貌,发现 Si-Cu 合金相中存在杂 质富集的区域. 通过 EDS 分析发现, 金属杂质 Fe 和Ca 明显聚集在合金相中, Fe 与Si 可能生成 Si-Fe 相.图4(b)为造渣精炼后的渣剂表面形貌,可以发现有少量的铜溶剂进入渣相中.对该相进行 EDS 分析发现,富集的主要杂质是 Fe,并形成了 Si-Fe 相.因此对于金属杂质 Fe,在熔炼过程中主要生 成Si-Fe 相并溶解于 Si-Cu 合金相中.由于在造渣精炼的快速凝固过程中,一部分 Cu 溶剂进入渣相 中,故在两相中均检测到 Fe 杂质的存在. 图4Si-50%Cu 和CaO-SiO2 造渣后合金(a)和渣剂(b)中合金相的 SEM-EDS 谱图 Fig.4 SEM-EDS analysis of the Si-50%Cu alloy (a) and CaO-SiO2 slag (b) after refining 2.3 添加助熔剂对 Si-Cu 合金造渣的影响 研究[22] 表明,添加助溶剂 CaCl2 不仅能够降低渣剂的熔炼温度,而且还能降低渣剂粘度.由图 4(a)可知,以CaO-SiO2 为渣剂造渣后 Si-50%Cu 合金相表面平整,当渣剂中含有 CaCl2 时,造渣后的 Si-Cu 合金及渣剂的微观形貌均发生了明显变化. 从图 5(a)可看出, 以CaO-SiO2-CaCl2 为渣剂造渣后 Si-50%Cu 合金表面有析出物且有层片状撕裂现象,这可能是对样品表面进行抛光时造成的表层撕 裂.对此撕裂部分进行 EDS 分析(表1),发现该区域 Cl 含量要远远高其他区域;

另外,从渣剂的微 观形貌图 5(b)中可以看出,有圆形浅色区域覆盖于表面,将电子枪聚焦其中一个圆形浅色区时,发 生的撕裂如图 5(b),对其进行 EDS 分析(表1),同样发现其 Cl 含量高于其他非圆形浅色覆盖区域. 由此可推测,造渣精炼结束后,熔体迅速凝固,CaCl2 均匀分布在合金及渣相中.由于 CaCl2 可以溶 于水及酸液中,故不会对合金与渣剂的分离造成影响.对2种渣剂造渣后的合金样品进行 ICP-AES 测试,Si-Cu 合金中

3 种主要金属杂质(Fe、Al 和Ca)的去除率如图

6 所示,含有 CaCl2 的渣剂明显具 有较好的除杂效果,其原因可能是因为造渣精炼过程中,Fe、Al 和Ca 杂质由于与 O 具有较强的亲 和力,在高温状态下生成金属氧化物,这些金属氧化物在高温状态下可能与熔融 CaCl2 发生如下反 应[23] : (1) 式中,MOx 代表金属氧化物. 由于生成的金属氯化物的沸点较低,故在高温造渣条件下可以从熔渣中挥发,从而使得 Fe、Al 和Ca 杂质的去除率升高.除此之外,渣剂中添加适量的 CaCl2 可提高渣剂的流动性,有利于形成薄 边界层,从而提高杂质元素的质量传输与扩散能力,确保造渣过程中 Si-Cu 合金与渣剂之间的物质 传输,这有利于加快杂质与渣剂的反应速率,提高杂质的去除效率.此外,已有的研究结果表明[15] , 当CaCl2 的含量过高时,渣剂中与杂质发生反应的 CaO 和SiO2 的有效含量将降低,导致 Si 中杂质 被氧化的效果也随之降低,最终导致杂质的去除效率下降. 图5Si-50%Cu 和CaO-SiO2-CaCl2 造渣后的合金(a)和渣剂(b)的表面 SEM 图Fig.5 SEM images of Si-50%Cu alloy (a) and CaO-SiO2-CaCl2 slag (b) after refining 表1Si-50%Cu 和CaO-SiO2-CaCl2 造渣后区域的 EDS 分析 Tab.1 EDS analysis on the Si-50%Cu 和CaO-SiO2-CaCl2 phases 测量点 原子分数/% Si Cu Ca O Cl 1# 11.68 2.24 10.48 40.31 24.28 2# 90.21 ― 0.22 3,53 0.62 3# 84.07 0.48 0.57 8.44 1.24 4# 25.92 ― 25.29 39.09 7.36 5# 23.03 ― 16.87 53.65 6.45 注:― 表示含量低于 EDS 的检测极限,下同. 图6Si-50%Cu 造渣酸洗后的杂质 Fe、Al 和Ca 的去除效率 Fig.6 Removal efficiency of Fe, Al, and Ca from Si-50%Cu alloy after slag refining and acid leaching 2.4 不同合金含量对合金造渣的影响 本实验研究了不同成分的 Si-Cu........