造渣精煉工藝是在冶金級硅中加入熔點高于冶金級硅的精煉渣, 并在硅和渣的熔點溫度之間進行氧化精煉。一般精煉渣中至少含有兩種化合物,能富集雜質的堿性氧化物, 主要有堿金屬氧化物如Na2O, 堿土金屬氧化物如CaO, MgO, BaO, 和能提供游離[O] 的氧化劑, 主要有固體氧化劑( 如SiO2 ) 及合成爐渣( 如CaO-Al2O3-SiO2) 等。高溫下, 熔體硅中的雜質M 擴散到渣硅界面被氧化劑所提供的氧化,形成不溶于硅熔體的氧化物后擴散進入渣相, 以CaO-SiO2 二元渣系為例, 反應原理示意圖如圖1 所示。

圖1 反應原理示意圖

　　利用熔渣與硅熔體的密度差異, 維持爐溫在渣與硅熔點溫度之間足夠長的時間, 通過重力作用便可使富集雜質及其氧化物的熔渣與硅熔體分離, 從而完成脫除雜質的目的。若以SiO2 為造渣精煉氧化劑, 渣與硅中主要雜質反應如圖2 所示。由圖2 可以看出, 熔融狀態(tài)下,硅中的雜質如Al, Mg, Ca 很容易被渣中的SiO2 氧化, 而且當溫度接近1875 K 時, B 也可被氧化, 這些雜質被氧化后都會如圖1 所示進入渣相。圖2 還表明, 在1900 K 以內(nèi), Fe, Cu 雜質氧化反應的Gm 始終為正值, 反應不能發(fā)生, 因此造渣氧化精煉不能去除這些雜質。

圖2 渣與硅中雜質氧化反應的吉布斯自由能變化與溫度的關系