導(dǎo)語：煤在金屬硅的運用與發(fā)展一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

它們的2個自旋子能帶結(jié)構(gòu)幾乎是相同的，很少受V-Mn/Fe或V-V交換作用的影響，因而，它們對材料的磁性和半金屬性質(zhì)基本沒有貢獻，我們忽略了這些能帶，只給出-6eV到3eV能區(qū)之間的能帶結(jié)構(gòu)。分布在-4eV到-6eV之間的態(tài)密度主要來自Bi原子外層的p態(tài)電子，這些p態(tài)電子與這一能帶區(qū)間的少量過渡族元素的3d電子發(fā)生雜化作用而產(chǎn)生劈裂，因而我們在表1中看到Bi原子具有一定的磁性。分布在-3eV到3eV能區(qū)之間的能帶主要由V和Mn/Fe的3d態(tài)電子構(gòu)成，V-V和V-Mn/Fe之間d電子的雜化作用非常強烈，使得這些能帶看上去比較彌散，表明d電子的局域性在合金中有所降低?；瘜W(xué)級金屬硅的冶煉過程中，需要的原料主要是硅石，對于硅石的組成成分的基本要求是SiO2含量大致為99%，F(xiàn)e2O3含量大約為0.15%，Al2O3含量大約為0.2%，CaO含量大約為0.1%，雜質(zhì)的總和小于0.6%。還原劑主要采用的是含碳的木炭、木塊、石油焦及低灰分的煤炭。利用其中的碳進行還原反應(yīng)。以100KG的SiO2為基準，其反應(yīng)物質(zhì)平衡結(jié)果如圖2所示。顯然，上圖所示的5個基本反應(yīng)式并不可能完全涵蓋化學(xué)級金屬硅的冶煉全部過程，上述的所有反應(yīng)過程是建立在如下的理念基礎(chǔ)之上的：（1）初始反應(yīng)物僅限于SiO2和C；（2）過渡項完全限定為SiC及SiO；（3）反應(yīng)產(chǎn)物完全限定為Si及CO；（4）雖然忽略了一部分的衍生反應(yīng)，但是就終點反應(yīng)的產(chǎn)物來看，省略的反應(yīng)知識過程反應(yīng)，其反應(yīng)的基本結(jié)果也都包含在了上圖所示的5個反應(yīng)式之中。

煤炭的揮發(fā)分高，孔隙度相對較大，而且還原性適中，價格與木炭相比要便宜接近一倍，煤隨爐料下沉緩慢，有利于爐口位置的還原劑中的水分和揮發(fā)分的充分排出，能夠有利于提高爐料的透氣性，使得爐料面燒結(jié)性較好，從而確保爐中的穩(wěn)定反應(yīng)。但是，煤含焦油較高，容易燒結(jié)，從而也可能降低反應(yīng)效率。根據(jù)張并立（2001）的研究結(jié)果，在工業(yè)硅的冶煉之中，煤炭作為還原劑是可行的，但是選用煤炭的時候，要注意煤炭的物理性質(zhì)，需要是無裂紋、無光澤、呈暗黑色，質(zhì)地比較堅硬，棱角分明，煤炭無粘結(jié)，熱介過程無膠質(zhì)體產(chǎn)生。其利用煤炭代替木炭作為還原劑用于撫順鋁廠5000KVA單相硅爐，經(jīng)過技術(shù)改造能夠成功冶煉工業(yè)硅。而在冶煉化學(xué)級金屬硅方面，鄒學(xué)柏，彭達，梁躍云（2007）近年來開展了以煤代炭冶煉化學(xué)級金屬硅的試驗，在于木炭條件完全相等的情況下，實現(xiàn)了煤炭完全取代木炭冶煉化學(xué)劑金屬硅，而且在冶煉的過程中，爐況非常正常，產(chǎn)量也穩(wěn)定，這說明，以煤代炭冶煉化學(xué)級金屬硅法是完全可行的，它為減少國家森林資源消耗、為企業(yè)節(jié)能降耗提高利潤提供了技術(shù)保障。將煤代替木炭應(yīng)用于化學(xué)劑金屬硅，需要加強工藝控制，以確保煤炭與木炭之間的差異不會對化學(xué)級金屬硅的冶煉產(chǎn)生太多的負面影響。首先，要控制好煤炭的選擇。在上個世紀90年代后期，我國開始用精洗煤取代木炭作為還原劑生產(chǎn)工業(yè)硅并且取得了成功，到了本世紀逐漸推廣開來之后，我國開展完全用煤炭取代木炭作為還原劑生產(chǎn)金屬硅的嘗試。然而，現(xiàn)在我國的還原劑煙煤的灰分含量基本上都在3%以上，而在國外，煙煤的灰分含量則基本上可以控制在1%左右。為了控制灰分含量，而可以選擇化學(xué)方法對煙煤進行精選，從而得到氯化鐵含量低于0.1%的精煤，精煤比電阻很高，化學(xué)活性很好，反應(yīng)能力也較強。其次，保證電極的穩(wěn)定性。在煤炭代替木炭冶煉化學(xué)級金屬硅的反應(yīng)過程中，電極底部一直在消耗，電極底端的位置也會逐步上升，離爐底也會越來越遠，電流如果供應(yīng)不足，就會使得還原反應(yīng)進行出現(xiàn)問題，無法保證金屬硅的純度。因此，為了保證電極的穩(wěn)定，確保在煤炭代替木炭冶煉化學(xué)級金屬硅的反應(yīng)過程能夠持續(xù)進行，要將電極穩(wěn)定地較深地插入到爐料之中，從而使得反應(yīng)能夠穩(wěn)定進行，出現(xiàn)結(jié)塊的時候要及時的搗碎，改善爐料通氣性，確保反應(yīng)的穩(wěn)定性。再次，合理選用爐料疏松劑。由于煤炭冶煉容易燒結(jié)，爐料透氣性不如使用木炭，因此要合理的選擇使用爐料疏松劑，包括木屑、玉米芯、甘蔗渣等。疏松劑用的多了會造成爐料體積增大，容易刺火、塌料，如果用少了就難以改善通氣效果，造成冶煉效果不佳。因此，用量需要合理選擇。隨著我國將煤炭用于替代木炭冶煉化學(xué)級金屬硅的嘗試的不斷進行，對于何種物理參數(shù)的煤炭能夠產(chǎn)生更好的冶煉效果，也總結(jié)出了非常多的經(jīng)驗。比如，對于煤的具體物理參數(shù)，有學(xué)者認為冶煉化學(xué)級金屬硅對于精煤的要求，有如下幾項：（1）揮發(fā)分＞25%~40%；（2）固定碳＞55%；（3）灰分＜5%，其中三氧化二鐵＜0.3%，三氧化二鋁＜0.7%，一氧化鈣＜0.4%；（4）粘結(jié)指數(shù)大于85。同時，對于在實際的冶煉過程中的工藝控制，也有了一定的進步，具體包括了對硅爐的參數(shù)選擇，包括了電極直徑、極心圓直徑、爐膛直徑及爐膛深度等等，除此之外，對于不同的用煤數(shù)量對應(yīng)應(yīng)該選擇的操作電阻也有了具體的參數(shù)。

我國當前關(guān)于煤炭應(yīng)用于化學(xué)級金屬硅的冶煉工藝的研究已經(jīng)有了長足的進步，并且已經(jīng)能夠在實際生產(chǎn)中依靠煤炭取代木炭生產(chǎn)化學(xué)級金屬硅，如果技術(shù)過關(guān)、操作得當，產(chǎn)品質(zhì)量不僅不受太大影響，而且爐況也相當容易控制。但是，我們也應(yīng)該看到，這一工藝還有不少細節(jié)問題需要進一步的深入研究，包括如何控制煙煤的質(zhì)量，如何更好地提高冶煉的穩(wěn)定性，如何進一步優(yōu)化和提高冶煉水平等等，這些問題都值得我們深入的思考。

本文作者：劉子賢楊明工作單位：安徽工業(yè)經(jīng)濟職業(yè)技術(shù)學(xué)院