杨 栋, 冯乃祥, 王耀武, 彭建平, 王紫千, 狄跃忠

(东北大学 材料与冶金学院, 沈阳 110004)

碳热还原法制取铝硅合金的反应机理及其动力学

杨 栋, 冯乃祥, 王耀武, 彭建平, 王紫千, 狄跃忠

(东北大学 材料与冶金学院, 沈阳 110004)

利用XRD、TG/DTA技术分别分析真空碳管炉内不同反应温度下的物相组成和碳热共还原Al2O3、SiO2的反应过程，并在此基础上探讨碳热还原法制取铝硅合金的反应机理。分别采用10、15、20和25 K/min升温速率的差热分析，研究动态氩气气氛中碳热法制取铝硅合金的反应动力学。结果表明：碳热还原反应过程可分为4个阶段，其中，以碳化物的生成与分解阶段为主。碳热还原反应的4种还原机理中，碳化物的生成与分解理论能较好地解释反应过程中出现的反应现象。各个吸热峰的表观活化能分别为848.9、945.4、569.7、325.7、431.9和723.1 kJ/mol，给出了各个吸热峰的动力学方程。同时，利用XRF和红外定硫定碳仪对碳管炉和电炉所得产物组成的定量分析，验证了动力学分析结果的可行性。

碳热还原；差热分析；铝硅合金；反应机理；动力学方程

关于碳热共同还原氧化铝、氧化硅制取铝硅合金的反应机理，国内外学者提出了各种不尽相同的观点：邱竹贤[1]认为还原过程中首先生成单质硅，而后硅在高温下作为还原剂还原氧化铝生成铝硅合金，即硅热还原学说：

前苏联学者拉勃勃尔特等[2]认为当Al2O3和SiO2一起被还原时，还原反应过程是分段、分带进行的：低温带生成SiC、Si、SiO，高温带Si、SiC、SiO与Al2O3反应生成Al2O，最后Al2O、SiO、C、Si和碳化物SiC、Al4C3等相互作用生成铝硅合金，即两段还原学说；……