Феррованадий (FeV) представляет собой сплав, полученный путем объединения железа и ванадия, с содержанием ванадия в диапазоне 35–85%. В результате производства этого сплава получается серовато-серебряное кристаллическое твердое вещество, которое можно измельчить в порошок, называемый «феррованадиевая пыль». [2] Феррованадий является универсальным отвердителем, усилителем и антикоррозионной добавкой для таких сталей, как высокопрочная низколегированная сталь , инструментальные стали , а также других изделий на основе железа. Он имеет значительные преимущества перед железом и ванадием по отдельности. Феррованадий применяют в качестве добавки для улучшения свойств ферросплавов. Одним из таких применений является улучшение коррозионной стойкости к щелочным реагентам, а также серной и соляной кислотам . Он также используется для улучшения соотношения прочности на разрыв и веса материала. Одним из применений таких сталей является химическая перерабатывающая промышленность для систем обработки жидкостей под высоким давлением и высокой пропускной способностью, связанных с производством серной кислоты в промышленных масштабах. Он также широко используется для ручных инструментов, например гаечных ключей , отверток , трещоток и т. д.
Содержание ванадия в феррованадии колеблется от 35% до 85%. FeV80 (80% ванадия) — наиболее распространенный состав феррованадия. [3] Помимо железа и ванадия, в феррованадии обнаружены небольшие количества кремния , алюминия , углерода , серы , фосфора , мышьяка , меди и марганца . Примеси могут составлять до 11% от массы сплава. Концентрация этих примесей определяет марку феррованадия. [4]
Восемьдесят пять процентов всего ванадия, добываемого на Земле, используется для создания таких сплавов, как феррованадий. [3] Существует два распространенных способа производства феррованадия: восстановление кремния и восстановление алюминия.
Пятиокись ванадия (V 2 O 5 ), ферросилиций (FeSi75), известь (CaO) и шлак (переработанные ванадийсодержащие отходы) объединяются в электродуговой печи, нагретой до 1850 °С. [3] [5] Кремний в ферросилиции восстанавливает ванадий в V 2 O 5 до металлического ванадия. Затем ванадий взаимодействует с железом, образуя феррованадий. [5] Избыток извести и V 2 O 5 добавляются, чтобы израсходовать кремний и очистить металл. Этот процесс дает концентрацию ванадия от тридцати пяти до шестидесяти процентов. [4]
2 В 2 O 5 + 5 (Fe y/5 Si) сплав + 10 CaO → 4 (Fe y/4 V) сплав + 5 Ca 2 SiO 4 [5]
Железо, V 2 O 5 , алюминий и известь соединяют в электродуговой печи. Как и кремний, алюминий восстанавливает ванадий в V 2 O 5 до металлического ванадия. Металлический ванадий растворяется в железе и образует сплав феррованадия. [6] Полученный феррованадий имеет концентрацию ванадия от семидесяти до восьмидесяти пяти процентов. [4]
3 В 2 О 5 + 10 Al → 6 В + 5 Al 2 O 3 [5]
V x + Fe 1−x → (Fe 1−x V x ) сплав
Пыль феррованадия является легким раздражителем, поражающим глаза при контакте с загрязненной кожей и дыхательные пути при вдыхании. Пыль вызывала хронические бронхиты и пневмониты у животных, подвергавшихся воздействию высоких концентраций (1000–2000 мг/м 3 ) с интервалом в два месяца. Однако у людей таких долгосрочных эффектов не наблюдалось. [2]
Американская конференция правительственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH) утверждает, что работник, работающий восемь часов в день, пять дней в неделю, может подвергаться воздействию пыли феррованадия на своем рабочем месте в концентрациях до 1,0 мг/м 3 без каких-либо неблагоприятных последствий. последствия. [7] Кратковременное воздействие следует поддерживать на уровне ниже 3,0 мг/м 3 . [2] Тем, кто работает с высокими концентрациями пыли феррованадия, рекомендуется носить респиратор, чтобы предотвратить вдыхание и раздражение дыхательных путей. [1]
Наиболее распространенное применение феррованадия — в производстве стали. В 2017 году 94% потребления ванадия в США пришлось на производство чугуна и стальных сплавов. [8] Феррованадий и другие сплавы ванадия используются в производстве углеродистой стали, легированной стали, высокопрочной стали и стали HSLA (высокопрочной низколегированной стали). [9] Эти стали затем используются для изготовления автомобильных деталей, труб, инструментов и многого другого. [6]
Добавление феррованадия повышает прочность стали, делая ее более устойчивой к температуре и кручению. [2] Это увеличение прочности является результатом образования карбидов ванадия, которые имеют жесткую кристаллическую структуру, а также более мелкий размер зерен, что снижает пластичность стали. [10] Помимо добавления в состав стали, феррованадий также можно использовать в качестве покрытия на стали. При покрытии азотированным феррованадием стойкость стали к истиранию увеличивается на 30-50%. [11]
В период с 2013 по 2017 год США импортировали 13 510 тонн феррованадия, большая часть которого поступила из Чехии, Австрии, Канады и Южной Кореи. [8] Цена на феррованадий резко колебалась с 1996 года, достигнув рекордного максимума в 2008 году и составив 76041,61 доллара США за тонну FeV80. [12] В последние годы цены на ванадий снова выросли, поскольку экологические стандарты закрыли некоторые производители ванадия в Китае. Эти остановки, а также закрытие ванадиевого рудника в Южной Африке создали дефицит ванадия, вынудив феррованадийные заводы сократить производство феррованадия, сократив его предложение и подняв цены. [8]