木炭因具有较高比电阻以及较高反应活性,是工业硅冶炼生产常用的碳质还原剂。木炭来源主要以砍伐大量的森林为代价,对生态环境具有严重的破坏性。石油焦较高的固定碳和较低的灰分,理论上是一种理想碳质还原剂,但因具有一定石墨化结构,尤其高温条件下极易发生石墨化,将导致其化学反应活性大幅度降低以及导电性大幅度提高,进而不利于工业硅冶炼生产。另一方面,石油焦较高的硫含量不仅对工业硅冶炼过程有重要的影响,而且高硫石油焦使用过程中会产生大量对环境有害的SO₂气体。因此,针对目前工业硅冶炼生产用碳质还原剂存在高成本、低性能以及工业硅冶炼过程高能耗等问题进行研究具有非常重要的意义。具体研究内容主要包括以下几点:（1）结合TGA和XRD分析石油焦的反应性能,研究石油焦添加剂（K₂CO₃）质量比为0.5、0.8、1.0和1.5%在CO₂气氛条件下的热反应行为,以及不同介质中（蒸馏水和无水乙醇两种具有代表性的介质）混合处理后对石油焦物理性能的影响,研究发现相同添加剂条件下,有机介质对石油焦的反应性能具有明显的改善效果,反应完成时间最大可以缩短67%。（2）真空强化高硫石油焦脱硫方法,从工艺角度系统研究了石油焦样品颗粒:350⁴50μm,300³50μm,180³00μm,150¹80μm,125¹50μm和¹25μm;料层厚度:0³0mm,30⁶0mm和60⁹0mm;温度:600-1500℃（间隔为100℃）;保温时间:0.5h,1.0h,1.5h,2.0h,2.5h和3.0h;真空度:10^-2 Pa,1Pa,和100 Pa对石油焦脱硫效果,对比发现同等条件下真空条件下脱硫效果比常压下提高了约20%。结合XRD分析方法探讨了真空条件下石油焦的脱硫机理是一个石油焦中有机硫即C-S键的断裂和C-C键重新组合的一个过程。（3）通过TGA分析几种典型生物质原料反应性能,并通过研究生物质原料和石油焦混合物料比分别为:0:100,20:80,40:60,60:40,80:20和100:0的反应特性,引用了催化指数对不同生物质原料对石油焦协同反应效果进行了评估。研究结果显示同种生物质原料和石油焦不同质量比混合反应,随着生物质原料的质量比增加,混合物料化学活化能降低最大幅度达50%。通过理论计算值和实验值对比发现生物质和石油焦混合反应不仅仅是单独原料的反应加和,而他们之间发生了协同作用,其作用的机制主要是生物质原料中碱金属/碱土金属对原料中碳成分产生了催化效果。（4）通过连续生产3个多月的实验数据,系统分析了工业硅冶炼过程45%能量来源于电能。并将有效能或收益能和支付能或总能的比值既?效率来评估工业硅生产过程,表示如下:分析显示工业硅冶炼过程的?效率仅仅为30%,而其余的70%的能量通过烟气、冷却水、炉渣、炉子的辐射或热交换损失。（5）等高线方法分析了工业硅冶炼过程原料带入的主要杂质Fe₂O₃、Al₂O₃,Ca O以及微量杂质氧化物对工业硅冶炼过程电耗的影响,结果显示了主要氧化物对电耗的影响强弱顺序为:Ca O>Fe₂O₃>Al₂O₃,微量氧化物杂质含量对工业硅冶炼过程电耗的影响强弱顺序为:Ti O₂>Cr₂O₃>Mg O>K₂O,揭示各种杂质氧化物的熔点和对过程电耗的影响基本一致。（6）采用统计学分析方法分析了碳质还原剂工业成分对工业硅过程电耗和?效率的影响,并通过等高线分析方法分析了不同碳质还原剂组合条件下工业成分两两相互作用对工业硅冶炼过程电耗以及?效率的影响。结果显示了工业成分对电耗和?效率的影响情况:固定碳>挥发分>水分。另外通过人工神经网络模型预测了碳质还原剂不同工业成分对工业硅电耗值和实际电耗值之间均方根R²=0.9393,?效率预测值和实际值之间均方根R²=0.8723,可以看出模型可以成功应用于碳质还原剂工业成分对电耗和?效率影响的预测。（7）在明确不同碳质还原剂以及碳质还原剂中化学成分以及工业成分对工业硅生产的影响情况下。通过优化原料配比以及还原剂成分,实验制备球团碳质复合还原剂,进行物理化学性能测试分析。将其用于工业硅冶炼生产,综合分析结果显示吨硅生产成本降低50¹50元,具有相对可观的经济价值。